強化電流是電解鋁增產節約的有效措施

　　近年來，國際鋁電解工業為了進一步提高企業經濟效益，普遍通過強化電解系列電流強度來提高鋁產量。通過提高電流效率增加產量收效甚微，而新建和擴建的投資大建設周期長，相比之下，采用強化電流的方法來提高產量可以達到投資少、見效快的目的。可充分利用現有的場地、公用及輔助設施，提高電解槽鋁產量和電流效率，降低生產成本。特別是，目前氧化鋁價格較低，電解鋁企業的利潤相對提高，在這些因素的刺激下，電解鋁企都在開足設備滿負荷生產以下提高產量。


　　2005年我國電解鋁產量達到780萬噸，2006年達到935萬噸。電流強度在157kA的鋁廠有43家，生產量約占全國產量的82％，這部分電解槽設計的陽極電流密度均較低，一般為0.73A/cm2以下，均有強化電流的可行性。但是，原有60kA自焙槽改造成的預焙槽陽極電流密度較高，一般為0.80A/cm2~0.88A/cm2,強化電流的可行性小。扣除自焙槽改造成預焙槽的生產量，新建的160kA以上預焙槽約占總產量的60％以上，如果將這部分預焙槽電流強化10％，電流強化后每年可增加產量55萬噸，國內新建電解鋁投資費用為1.1萬元/噸～1.3萬元/噸，而強化電流增產的電解鋁需要的投資僅為新建項目投資的0～30％，可節約投資約80％，所以，強化電流增產55萬噸電解鋁可節約投資50億元。另外，電解鋁廠產量的提高，使得噸鋁成本的固定費用可降低約10％，即每噸可節約成本約55元，全國可節約33210萬元。可見鋁電解強化電流的意義重大，所以說，強化電流是電解鋁增產節約的有效措施。


　　強化電流的可行性

　　1．國內強化電流的成功案例。國內鋁電解槽強化電流于2002年開始，但強化電流的幅度較小，一般為1％～5％，近年來強化電流的幅度有所加大。中鋁廣西分公司與青海分公司通過使用加長的偏心陽極，成功的將160kA預焙槽強化電流到180kA，提高系列電流12.5％，廣西分公司2006年試驗槽進一步強化電流到190kA;蘭州鋁業2006年在不加大陽極尺寸的情況下，將200kA系列預焙槽的電流強化到220kA，試驗槽強化到230kA，強化電流的幅度達10％～15％;鄭州研究院在原280kA預焙陽極電解槽基礎上通過強化電流至300kA。以上強化電流的成功案例取得了良好的經濟效益和社會效益，均相繼通過了國內權威專業技術的鑒定，工業生產實踐表明可以推廣應用。


　　2．強化電流及陽極電流密度與電流效率。1999年11月在澳大利亞召開的第六屆電解鋁技術會議上公布的新西蘭迪拜（Dubal）鋁廠新系列200kA預焙槽，陽極電流密度高達0.88A/cm2，1年的運行結果電流效率達到95.5％，結果證明電解槽運行穩定。


　　挪威奧大爾鋁廠，1系列150kA強化到159kA，電流效率從88.9％提高到93.2％，11系列160kA強化到169kA，電流效率從90.5％提高到93.4％;法國彼施涅公司180kA強化到210kA，電流效率從94.8％～94.9％提高到95.3％。國內160～kA200kA預焙槽的陽極電流密度設計值約為0.72A/cm2，電流效率約為92％～93％，強化電流后陽極電流密度為0.75A/cm2～0.83A/cm2，電流效率提高了約0.2個百分點，總的來看國內強化電流后電流效率變化不大。


　　3．強化電流的可行性。我國原來60kA的自焙槽陽極電流密度最早高達1.0A/cm2以上，經多次陽極加寬改造后陽極電流密度仍在0.82A/cm2以上。國外預焙槽陽電流密度一般為0.8A/cm2～0.9A/cm2，隨著陽極生產技術工藝的成熟，陽極質量在不斷的提高，就陽極碳素材料物理化學性能來說，允許電流密度提高到一定的水平，陽極電流密度提高到0.9A/cm2有可能實現鋁電解生產的正常進行。


　　從上述幾個實例我們可以看到，強化電流的經驗是成功的，而且，強化電流后電流效率均得到不同程度的提高，說明強化電流后隨著陽極電流密度的增大以及采取相應的技術措施，電流效率將有所提高。實現研究密度越大電流效率越高。但是，陽極電流密度達到一定值（1.57A/cm2）時電流效率趨于恒定。就目前我國大型預焙槽來講，凡陽極電流密度在0.73A/cm2以下的，電流強化10％～20％是有可能的。


　　強化電流方案和主要技術措施

　　1．強化電流的方案。鋁電解槽強化電流，涉及到鋁電解槽內襯材料、電熱平衡、磁場影響等諸多技術問題。主要技術包括陽極技術和陰極技術。經過電、流、磁場的模擬計算，估算增加負荷后所需各項投資費用，分析篩選最佳方案。


　　強化電流都是在電解槽槽殼和主要結構尺寸不變的情況下進行的。目前，強化電流主要有兩種方案：第一，加大陽極面積，這樣強化電流后陽極電流密度增幅較小;第二，陽極尺寸不變，這樣強化電流后陽極電流密度較高。無論采用哪一種方案，最好通過專業部門對強化電流后的磁場、熱場、物料平衡進行計算機模擬分析對比。特別是系列電流提高10％～30％后，熱平衡的影響可能成為關鍵問題，在模擬分析的基礎上確定技術方案。


　　鋁電解強化電流生產慶謹慎實施，首先要選擇少量（5臺～10臺）生產槽進行工業試驗，在試驗槽中控索和解決電解槽的熱平衡以及工藝技術方案等，只有在試驗成功的基上方可進行系列電流強化的全面推廣。


　　2．主要技術措施。


　　（1）電力供應。試驗槽需要外接一個小回路，通過增加一臺可移動式直流供電設施供給來強化電流;全系列強化時，原有整流系統有滿足強化電流所增加負荷的容量，否則，需要按所需負荷增加供電設施。電流的提升，使供電系統及其輔助設施的負荷加重，對供電設施的可靠性要求更高，需要儲備一定量的備品備件，以便檢修。


　　（2）煙氣凈化系統。


　　（3）熱平衡。


　　（4）物料平衡。

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