電解鋁生產的精密控制
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- 安徽新天源建設咨詢有限公司
- 最后修訂:
- 2020-07-28 09:48:47
摘要:
一、理論上:生產一噸電解鋁電耗6330kwh(電解槽生產電流工作原理,如圖一);在用銀做陽極進行精密控制的實驗槽上,噸鋁電耗9240kwh,電能利用率67.8%;目前的工業電解生產中,使用模糊控制對電解生產進行調控,其實際電耗高達13200kwh,同時還要消耗550kg優質石油焦,電能利用率47%,能耗利用率僅33.5%。鋁電解生產中,銀既不是電解生產的催化劑,也不是電解生產的添加劑,也未見添加銀對電解生產有益的實踐。
從以上的數據,進行深一步分析可以看出:
a、精密控制的實驗槽上,噸鋁電耗9240kwh;(電流工作原理,如圖二),模糊控制生產槽上,噸鋁電耗高達13200kwh;(電流工作原理,如圖三),這兩個數據可以得出如下結論:
1、用9240kwh生產一噸鋁是有事實依據的;電解鋁行業用教程一直使用此數據;
2、用精密控制生產一噸鋁比使用模糊控制節電4000kwh;
3、精密控制比模糊控制有更大的優越性。
b、精密控制的實驗槽上,電能利用率67.8%;能耗利用率67.8%;模糊控制生產槽上,電能利用率47%;能耗利用率33.5%;這幾個數據可以看出:
1、模糊控制的鋁電解生產,能耗是精密控制的202.38%;
2、與精密控制相比,模糊控制的鋁電解生產有20.8%的電能做了無用功;
3、模糊控制的電解生產,電能沒能充分的得以利用。
c、從生產實踐來看,在電解鋁的生產流程中,銀沒有任何助益。其對電解鋁生產電耗的降低,完全得益于電解鋁生產中的過程控制——精密控制。
二、 實際事例1:上世紀90年代中期,國內石油焦的出口,導致國內電解鋁生產用的陽極糊發生短缺;不得已,國內電解鋁生產廠家只得使用了不同品質的陽極糊,在陽極糊生成陽極的過程中,兩種不同品質的陽極互相交雜、交錯、交疊,熔融----凝固成型在一起,形成一個陽極整體;當底層不同品質的陽極消耗殆盡,新的品質的陽極尚未形成一個穩定的工作底面;此時,陽極底面極不規整,或犬牙狀突出、或大面積的突出、或大面積的凹陷,或凸凹不平,陽極電流的導通受到極大的影響,分布極度不均,電解槽的溫度隨電流的分布也極不均衡。電流弱的地方溫度低,電解質甚至凝固成一體;電流強的地方,電解反應異常劇烈,電解質溫度奇高,甚至電解槽的槽體都受到傷害。電解槽電流的不均衡引起了一系列的后遺癥,電解的生產工藝受到極大的影響,同時還得提高電壓,提升電流,投入冰晶石、鋁氧粉、堿、鹽等保持電解槽的溫度,保持電解質平衡;電解環境極度惡化;電解槽的結構受到巨大破壞,生產陷入停頓……為維持電解槽的生命,投入大量的人力、物力,幾個月的時間,才使電解槽恢復穩定。至此,電解鋁生產企業元氣大傷,一批鋁電解生產廠家因此退出電解鋁生產領域。能夠從這場風波中幸存下來的企業,無例外的采用——將電解生產陽極退出,修整底面然后再投入生產。底面修整后的電解槽很快就恢復了生產。
從這個實例得出:
a、陽極底面的不平整(實質是電解生產電流的不均衡),導致電解生產受極大的影響,甚至電解生產都無法進行。
b、陽極底面修整平整后(實質是電解生產電流的均衡),電解生產能很快恢復正常。
這個事例,表面上看是電解槽陽極與電解質的密切接觸,其實質是電解生產電流的均衡與否,這是保證電解生產正常進行的主要條件。
三、實際實例2:業界有一臺單陽極時期的電解槽,由于管理的精細、呵護的精心,其電解生產的效率,非同類型的電解槽可比;就現在模糊控制下的多陽極電解槽與其相比,也要稍遜一籌;經20余年運行(一般的電解槽使用壽命4—5年),其槽況仍讓新啟動的電解槽無法相比。其神奇的效能一直奉為業界神奇。以精密控制的眼光看待此事:所用原材料,與其它電解槽相比沒有差別;用電,與其它電解槽在同一條電流回路;管理,都是同時期的職工。
其實,用精密控制的眼光,很容易看出其中的端倪,電解槽各處的電流分布均衡、熱收入分布均衡、電解質的成分分布均衡;這都是電解鋁生產中一直要求的基本條件。但是,能把握住這些這些條件的,在目前的電解系統內去做確實難上又難。目前的電解條件下,無論是單陽極的電解生產、模糊控制下多陽極的電解生產,都難以從根本上控制、分配電解槽內部的電流,這也是無法進一步提高電解生產的效率的根本所在,這個業界的神奇也就難以逾越。
無庸置疑,本例確實是通過精細管理,實實在在的把握住了這些基本的條件。這個實例再次說明:實現精密控制是提高電解生產效率根本途徑。而精密控制的實現,要依賴自動化,微型工業計算機來實現,依賴人工監控效率極低,成效很難有保障。
四、精密控制電解的益處分析:電解生產中,無論是單陽極電解生產還是模糊控制的多陽極電解生產,都難以避免的產生陽極效應。效應發生時,陽極氣體成分發生急劇變化,CO從20%上升到60%,產生20%的CF4,在電解生產過程中,產生大量的CO2、HF氣體,這些氣體或固體顆粒都或多或少的因電解生產的過程產生;特別是電解效應發生時,電解槽內產生很多電火花,火花溫度高達數千乃至上萬度,高溫和電弧沖擊給這些有害氣體產生提供了優越條件。
a、精密控制可消除陽極效應發生的條件,CO的產生率降低20%,理論上可杜絕鋁電解生產過程中產生有害氣體CF4、HF;
b、通過精密控制,可提高電能利用率20%,降低噸鋁電耗約4000kwh;
c、電解鋁精密控制,為鋁電解生產更大型化奠定理論基礎;
d、精密控制電解生產具有的無可比擬優越性,是單陽極電解生產、模糊控制的多陽極電解生產達到的;在電解技術沒有實現飛躍性突破之前,一旦應用于電解生產,其優勢無可比擬,電耗能降低30%,僅此一條就具有壟斷電解生產領域的可能。
圖一
圖二
圖三