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[摘 要]本文主要介绍某电解铝厂通过与东北大学研究院合作采用当前铝行业新概念节能技术对240kA系列电解槽进行改造，应用磁流体超稳定技术提高了电解槽稳定性，应用保温型阴极内衬、新型高导电钢棒和局部绝缘钢棒技术使原散热型内衬改为保温型内衬降低了电解槽的阴极压降和铝液中的水平电流。
[关键词]铝电解槽 补偿母线、保温型阴极内衬 节能技术
中图分类号：P618.45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0055-02
近年来，在全球铝市场低迷、电力成本等原辅材料不断上调和国家十二五节能减排的背景下，国内铝厂面对生存压力纷纷采用低电压为主的节能技术，以达到节能降耗、降低生产成本。2012年10月某公司通过对240kA系列电解节能技术改造后，系列电解槽的稳定性极大增强，各项经济技术指标得到优化，尤其是电耗指标大幅下降，节能效果十分显著。
1 240kA系列电解槽节能技术改造前的生产运行情况
某公司240kA电解系列自投产以来吨铝直流电耗一直偏高，通过近几年的努力，该铝厂电解槽平均电压仅能在4.14V左右运行，吨铝直流电耗长期在13400 Kwh以上。槽状态极不稳定，存在侧部炉帮薄、伸腿长，炉底沉淀和突发效应偏多、电解槽换极、出铝后电压波动剧烈。
2 原有系列电解槽问题原因分析
2.1 磁流体稳定性较差
为从根本上解决平稳降耗难题，该公司在调研分析当前最新节能技术及其工艺装备的基础上，于2012年初与东北大学研究院（简称“东大院”，下同）合作对240kA系列电解槽进行节能技术改造。该公司委托东大院现场随机抽取四台电解槽进行三维磁场测试。其磁场情况见图1、表1、表2。
对上述图表分析问题如下：
一是从图1可以看出240kA电解槽的Bz磁场分布呈现出两端大（Bz绝对值超过20Gs），中间小的“斜坡”型，尤其是烟道端有多数超过30Gs。根据电解槽磁流体稳定性判断标准，对于240kA电解槽，在铝水平20cm左右、极距4.5cm时，其垂直磁场平均值应不高于7.5Gs。
二是从表1可以看出该电解槽在四个象限的磁场分布均匀性较差。
三是从表2可以看出240kA电解槽三维磁场测量值与计算值基本吻合，其中垂直磁场平均值和最大值均偏高，超过10Gs。
2.2 热场设计不合理
240kA电解槽运行不稳定又一原因是热场设计不合理，具体表现在：
一是侧下部方面：电解槽大小面侧下部保温材料基本由干式防渗料填充，保温效果相对较差，不利于电解槽内衬保持合理温度场分布，易造成炉底沉淀及阴极炭块破损。
二是角部内衬方面：由于240kA电解槽槽壳为圆角型结构，未采取有效的保温措施，在生产过程中造成角部偏冷，伸腿肥大，日常工艺操作劳动强度大。
三是侧部人造伸腿方面：原设计人造伸腿采用糊料扎固存在电解槽破损漏炉隐患。
四是阴极结构设计方面：一是原设计采用普通碳素结构钢，运行中的炉底压降偏高，能耗高；二是原设计电解槽铝液水平电流分量较大。
3 240kA系列电解槽节能技术解决方案
3.1 双回路不等电流补偿母线改造方案
采用“磁流体超稳定性技术”：不改变原有槽周围母线配置结构基础上，在电解槽烟道端和出铝端两侧分别加装补偿母线且单独设立提供不等电流两台整流机组，补偿母线电流方向与原系列母线电流方向相同，见图2。补偿母线通电投运后，使240kA系列电解槽的垂直磁感应强度Bz平均值、最大值显著降低并呈现沿X（长轴）、Y（短轴）反对称均匀分布，具体见表3。
3.2 阴极内衬改造方案
一是槽侧部内衬改造：在槽侧部增加硅酸钙板同时将槽底的硅藻土保温砖改成粘土质隔热耐火砖，加强侧下部保温，增强电解槽保温效果。
二是槽角部内衬改造：在电解槽的角部增加陶瓷纤维毡，加强了角部保温。
三是侧部人造伸腿改造：将原侧部底糊扎固改为侧部异型炭块，提高其耐磨蚀性能和导热性能，有利于延长槽寿命。
四是应用新式阴极钢棒结构：电解槽阴极钢棒采用“高导电率钢棒+局部绝缘”结构，可降低铝液水平电流60%，降低炉底压降20～30mV，有利于进一步提高电解槽的磁流体稳定性。
4 应用节能技术效果
自2012年10月5日采用新节能技术改造应用后，技术人员按梯度分阶段分槽型不断完善低电压工艺操作，低电压运行取得很大进展，投运8个月以来电解槽整体运行情况较好，员工劳动强度明显降低。取得了较好的节能效果，具体运行情况见表4。
截至2013年6月份，系列平均电压从改造前的4.14V下降至3.99V，降低150 mV。系列综合交流电耗降低350 kwh/t-Al，，吨铝成本降低了161元。
5 结语
在系列电解槽的烟道端和出铝端外侧，分别增加两个电流不等且与系列电流方向相同的补偿电流，使电解槽的垂直磁场显著降低，稳定性明显增强。采用阴极内衬改造技术，优化了电解槽内衬保温结构，减小了铝液中的水平电流，降低了电解槽的工作电压。达到了节能降耗的目的，给铝厂创造了良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 邱竹贤.铝电解[M].北京：冶金工业出版社，1995.
[2] 刘业翔，李劼，等，现代铝电解[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[3] 东北大学研究院，240kA级电解系列整体升级改造可行性研究报告[R].2012.5.
[关键词]铝电解槽 补偿母线、保温型阴极内衬 节能技术
中图分类号：P618.45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0055-02
近年来，在全球铝市场低迷、电力成本等原辅材料不断上调和国家十二五节能减排的背景下，国内铝厂面对生存压力纷纷采用低电压为主的节能技术，以达到节能降耗、降低生产成本。2012年10月某公司通过对240kA系列电解节能技术改造后，系列电解槽的稳定性极大增强，各项经济技术指标得到优化，尤其是电耗指标大幅下降，节能效果十分显著。
1 240kA系列电解槽节能技术改造前的生产运行情况
某公司240kA电解系列自投产以来吨铝直流电耗一直偏高，通过近几年的努力，该铝厂电解槽平均电压仅能在4.14V左右运行，吨铝直流电耗长期在13400 Kwh以上。槽状态极不稳定，存在侧部炉帮薄、伸腿长，炉底沉淀和突发效应偏多、电解槽换极、出铝后电压波动剧烈。
2 原有系列电解槽问题原因分析
2.1 磁流体稳定性较差
为从根本上解决平稳降耗难题，该公司在调研分析当前最新节能技术及其工艺装备的基础上，于2012年初与东北大学研究院（简称“东大院”，下同）合作对240kA系列电解槽进行节能技术改造。该公司委托东大院现场随机抽取四台电解槽进行三维磁场测试。其磁场情况见图1、表1、表2。
对上述图表分析问题如下：
一是从图1可以看出240kA电解槽的Bz磁场分布呈现出两端大（Bz绝对值超过20Gs），中间小的“斜坡”型，尤其是烟道端有多数超过30Gs。根据电解槽磁流体稳定性判断标准，对于240kA电解槽，在铝水平20cm左右、极距4.5cm时，其垂直磁场平均值应不高于7.5Gs。
二是从表1可以看出该电解槽在四个象限的磁场分布均匀性较差。
三是从表2可以看出240kA电解槽三维磁场测量值与计算值基本吻合，其中垂直磁场平均值和最大值均偏高，超过10Gs。
2.2 热场设计不合理
240kA电解槽运行不稳定又一原因是热场设计不合理，具体表现在：
一是侧下部方面：电解槽大小面侧下部保温材料基本由干式防渗料填充，保温效果相对较差，不利于电解槽内衬保持合理温度场分布，易造成炉底沉淀及阴极炭块破损。
二是角部内衬方面：由于240kA电解槽槽壳为圆角型结构，未采取有效的保温措施，在生产过程中造成角部偏冷，伸腿肥大，日常工艺操作劳动强度大。
三是侧部人造伸腿方面：原设计人造伸腿采用糊料扎固存在电解槽破损漏炉隐患。
四是阴极结构设计方面：一是原设计采用普通碳素结构钢，运行中的炉底压降偏高，能耗高；二是原设计电解槽铝液水平电流分量较大。
3 240kA系列电解槽节能技术解决方案
3.1 双回路不等电流补偿母线改造方案
采用“磁流体超稳定性技术”：不改变原有槽周围母线配置结构基础上，在电解槽烟道端和出铝端两侧分别加装补偿母线且单独设立提供不等电流两台整流机组，补偿母线电流方向与原系列母线电流方向相同，见图2。补偿母线通电投运后，使240kA系列电解槽的垂直磁感应强度Bz平均值、最大值显著降低并呈现沿X（长轴）、Y（短轴）反对称均匀分布，具体见表3。
3.2 阴极内衬改造方案
一是槽侧部内衬改造：在槽侧部增加硅酸钙板同时将槽底的硅藻土保温砖改成粘土质隔热耐火砖，加强侧下部保温，增强电解槽保温效果。
二是槽角部内衬改造：在电解槽的角部增加陶瓷纤维毡，加强了角部保温。
三是侧部人造伸腿改造：将原侧部底糊扎固改为侧部异型炭块，提高其耐磨蚀性能和导热性能，有利于延长槽寿命。
四是应用新式阴极钢棒结构：电解槽阴极钢棒采用“高导电率钢棒+局部绝缘”结构，可降低铝液水平电流60%，降低炉底压降20～30mV，有利于进一步提高电解槽的磁流体稳定性。
4 应用节能技术效果
自2012年10月5日采用新节能技术改造应用后，技术人员按梯度分阶段分槽型不断完善低电压工艺操作，低电压运行取得很大进展，投运8个月以来电解槽整体运行情况较好，员工劳动强度明显降低。取得了较好的节能效果，具体运行情况见表4。
截至2013年6月份，系列平均电压从改造前的4.14V下降至3.99V，降低150 mV。系列综合交流电耗降低350 kwh/t-Al，，吨铝成本降低了161元。
5 结语
在系列电解槽的烟道端和出铝端外侧，分别增加两个电流不等且与系列电流方向相同的补偿电流，使电解槽的垂直磁场显著降低，稳定性明显增强。采用阴极内衬改造技术，优化了电解槽内衬保温结构，减小了铝液中的水平电流，降低了电解槽的工作电压。达到了节能降耗的目的，给铝厂创造了良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 邱竹贤.铝电解[M].北京：冶金工业出版社，1995.
[2] 刘业翔，李劼，等，现代铝电解[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[3] 东北大学研究院，240kA级电解系列整体升级改造可行性研究报告[R].2012.5.