收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

新型阴极结构铝电解槽试验研究

彭建平  
【摘要】:近年来,铝电解技术突飞猛进,铝电解槽容量从60年前的60kA发展到现在的500kA,电流效率达到95%,自动化水平和控制技术也得到提高。然而铝电解的电能消耗降低幅度不大,目前国内外电解槽直流电耗仍然徘徊在13000~13500kWh/T-Al,能量效率不足50%。因此降低铝电解的电能消耗成为国内外铝工业工作者关注的首要问题。大量研究表明通过改变电解槽结构实现大幅度降低铝电解电能消耗成为一种可能途径。 论文对泄流式阴极电解槽进行两次半工业规模试验研究:1350A无烟煤基TiB2/C复合材料层泄流式阴极铝电解槽100 h电解试验和1850A石墨化基TiB2/G复合材料层泄流式阴极铝电解槽140 h电解试验。试验研究发现,泄流式试验电解槽从焙烧、启动到正常电解操作与传统电解槽无差别,泄流式电解槽槽电压和槽工作状态稳定,并获得较高的电流效率。泄流式阴极上制作的TiB2复合材料层腐蚀速度小,能有效地保护阴极基体,有利于延长电解槽寿命。利用铝参比电极由瞬时断电技术测得TiB2/G石墨化泄流式阴极电解槽的阳极过电压和阴极过电压分别与对应的电流密度遵循塔菲尔方程关系,其阳极过电压与传统工业电解槽相差无几,而其阴极过电压比工业电解槽高0.4 V左右,这是由于泄流式电解槽中不存在铝液波动,阴极表面附近的分子比比传统电解槽阴极表面电解质分子比高很多造成的。 在重庆天泰铝业公司168kA系列上3台电解槽上进行工业试验,内容包括新型阴极结构电解槽的筑炉、焙烧、启动、正常电解生产过程。焙烧采用火焰一铝液二段焙烧新技术,其能耗仅为传统的铝液焙烧的1/4~1/3,焦粒焙烧的1/3,实现了节能的目的。到目前为止,3台新型阴极结构电解槽已稳定运行一年,一年的直流电耗平均为12100kWh/T-Al。最近半年3台新型阴极结构电解槽的槽电压平均为3.756V,阳极效应系数为0.063d-1,电流效率平均为93.3%,直流电耗平均约为12000kWh/T-Al,相比同系列127台传统电解槽阳极效应系数降低0.04d-1,电流效率提高1.9%,直流电耗降低约1370 kWh/T-Al,取得了大幅度降低铝电解电能消耗的效果。 新型阴极结构实现高效节能的基本原理是:在新型阴极结构电解槽阴极表面有凸起,阴极铝液流速场被分割,铝液的流速大大降低,削弱了其对重力波的强化,使铝液的波动减少。同时这种凸起使阴极铝液内的电流分布更均匀,从而减少了诱发铝液流动的源泉。在凸起的表面所形成的较小水平电流围绕凸起形成铝液循环,可削减电解槽纵向方向波的功能。因此使得电解槽阴极铝液面的波峰高度大大降低,电解槽的有效极距加大,从而达到通过降低极距来降低槽电压的目的;新型槽的阴极表面具有凸起,电解时在凸起的表面形成适度的水平电流,并由此可围绕凸起形成铝液循环,这种循环铝液有利于氧化铝的溶解,可减少因为局部氧化铝浓度过低而发生阳极效应;新型阴极结构电解槽使铝液面波动减小,稳定性增强,并使阴极铝液面的有效面积减少,故减少了铝的二次溶解,提高了铝电解槽电流效率。 通过对168kA新型阴极结构电解槽和传统电解槽的电热平衡研究表明:新型阴极结构电解槽的极距小,电解质电压降比传统电解槽的电解质电压降小;新型阴极结构电解槽可以在较低的槽电压,降低的能量输入下,通过侧部和底部加强保温,实现较低热损失,以达到电解槽的热平衡。试验表明,铝电解槽可以实现由散热型转变为保温型,从而提高能效。 论文通过对168kA新型阴极结构电解槽阴极铝液面稳定性的测量与研究,发现:新型阴极高效节能铝电解槽,与对比同系列的传统电解槽一样,其阴极铝液面的波动具有相同的周期和频率,其周期在50s左右,其波动近似于正弦波;其不同点在于新型阴极高效节能铝电解槽,与对比的系列中的其它电解槽相比,具有较小的波幅,表明新型阴极高效节能铝电解槽的创新阴极结构设计,起到了减波(幅),稳定阴极铝液面的作用;当对比电解槽槽电压从4.10V降至3.95V时,阳极导杆内的等距离压降Ued的变化幅度由0.6 mV增大到1.1 mV,说明此时电解槽内铝液和电解质非常不稳定,波动增大,证明系列对比槽在3.95V的较低槽电压下不能正常工作;新型阴极结构电解槽在3.75V槽电压时24块阳极的电流分布标准偏差为0.589kA,比传统电解槽4.10V的24块阳极的电流分布标准偏差为0.829kA小,因此可以判定新型阴极结构铝电解试验槽3.75V电流分布比4.10V传统电解槽电流分布更均匀,槽内铝液更稳定。 在实验室电解槽上对电解质和钠对阴极的腐蚀与渗透研究,结果表明:含TiB2/C阴极被电解质和钠渗透,电解质通过阴极孔隙渗透,金属钠既可通过孔隙渗透,也存在于通过碳晶格渗透,用EDS对电解2h后的TiB2/C阴极表面电解质的分析,可以观察到TiB2在电解质中有少量溶解;金属钠在TiB2/C阴极中的渗透符合菲克定律,其中含16%TiB2的阴极试样中钠渗透深度系数为1.42mm/min1、2。通过对TiB2/C复合材料阴极在铝电解过程中钠膨胀率的研究发现,TiB2/C阴极在铝电解过程中同样具有钠膨胀特性,但在相同实验条件下其膨胀率小于碳质阴极的钠膨胀率,且随着TiB2组份含量的增加,其膨胀率降低。通过无铝液存在条件下阴极受电解质腐蚀实验研究发现,电解后电解质熔体的渗透发生的钠的渗透之后,NaF渗透速度大于冰晶石熔体的渗透速度。在电解后电解质熔体导电性能发生改变,电解一段时间后,电解质熔体的电阻会比未电解前电解质熔体的电阻有很大的改变。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 郭海东;;铝电解槽槽膛内型影响因素分析及生产实践[J];材料与冶金学报;2010年S1期
2 杰兴文;;铝电解槽阴极结构的改进[J];轻金属;1983年12期
3 周萍,梅炽,周乃君,姜昌伟;不同进电方式与槽膛内形的铝电解槽内流场的数值模拟[J];轻金属;2002年08期
4 А.Γ.阿尔卡季耶夫;Л.А.巴尔多夫斯基;Γ.В.福尔斯勃洛姆;毛毓琴;;鋁电解槽参数的測定法[J];有色金属(冶炼部分);1959年18期
5 马作臻;;国外轻金属科技文献题录选译(16)[J];轻金属;1986年09期
6 А.А.Дмитриев;М.К.Фриэоргер;马作臻;;铝电解槽槽底的电流分布(讨论稿)[J];轻金属;1986年12期
7 邱竹贤;;工业铝电解槽的现代生产技术(一)[J];轻金属;1988年08期
8 邱竹贤;;工业铝电解槽的现代生产技术(十) 第十章 工业铝电解槽废旧阴极材料的回收利用[J];轻金属;1989年09期
9 郭兴;;铝电解槽侧部采用异型碳块砌筑[J];轻金属;1992年12期
10 李希明,代启安;中小型预焙铝电解槽“四低一高”工艺技术条件的选择[J];河南冶金;2001年03期
11 罗海岩,陆继东,黄来,吴君棋;铝电解槽三维电热场的ANSYS分析[J];华中科技大学学报(自然科学版);2002年07期
12 周乃君,姜昌伟,周萍,张创奇,吴连城,韩立国;大型预焙铝电解槽物理场的耦合仿真技术及应用[J];有色金属;2003年04期
13 牛新国,卫立道;60kA自焙阳极铝电解槽的改造[J];设备管理与维修;2004年10期
14 田小卫;提高铝电解槽寿命途径的探讨[J];甘肃冶金;2005年01期
15 牛新国,卫立道;铝电解槽破损部位的测定[J];中国设备工程;2005年08期
16 刘世英;邱竹贤;;铝电解槽内衬材料导热系数的测定[J];有色矿冶;2005年06期
17 姜昌伟;梅炽;周乃君;刘和云;傅俊萍;;铝电解槽内电-磁-流场的耦合仿真方法及应用[J];计算物理;2006年06期
18 李茂;周孑民;王长宏;;300 kA铝电解槽电、磁、流多物理场耦合仿真[J];过程工程学报;2007年02期
19 闫太网;李登峰;;山西华圣300kA电解槽强化电流实践[J];世界有色金属;2008年02期
20 王建民;李文文;柳世红;张强民;;采用小分流器二次分流提高电解槽焙烧质量[J];中国有色金属;2009年15期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王兆文;高炳亮;石忠宁;胡宪伟;于亚鑫;陈广华;王超;陶文举;;铝电解槽余热回收利用的基础研究[A];《铝电解槽新型结构新技术研讨会》论文集[C];2010年
2 张岁瑞;王芳;张晓博;李宝宽;冯乃祥;;300kA新型阴极结构铝电解槽电磁场模拟分析[A];2010全国能源与热工学术年会论文集[C];2010年
3 李振军;;延长铝电解槽寿命的措施[A];《铝电解槽新型结构新技术研讨会》论文集[C];2010年
4 蒋含军;;浅谈延长铝电解槽寿命的措施[A];有色金属工业科学发展——中国有色金属学会第八届学术年会论文集[C];2010年
5 陈晓方;刘妮;桂卫华;;基于电磁力信息熵的铝电解槽性能综合评估方法[A];2011第十六届全国自动化技术与应用学术年会专辑[C];2011年
6 高磊;叶炜;宋威;曹丹阳;李晋宏;;基于序列分析的铝电解槽群体控制方法研究[A];2011中国有色金属行业仪表自动化学术会议论文集[C];2011年
7 刘驰;;200kA铝电解槽长时间停电恢复生产实践[A];《铝电解槽新型结构新技术研讨会》论文集[C];2010年
8 陈博;范咏莲;樊晨;张君博;张金艳;;铝电解槽用耐火材料研究进展[A];2011全国不定形耐火材料学术会议论文集[C];2011年
9 尚文祥;;浅谈海斯喷涂技术在铝电解槽大修中的开发与实践[A];有色金属工业科学发展——中国有色金属学会第八届学术年会论文集[C];2010年
10 夏德法;王世杰;张力;;新型阴极结构高效节能铝电解槽焙烧启动生产实践[A];《铝电解槽新型结构新技术研讨会》论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 彭建平;新型阴极结构铝电解槽试验研究[D];东北大学;2009年
2 姜艳丽;新型阴极结构铝电解槽多物理场数值仿真研究[D];东北大学;2009年
3 孟玲;铝电解槽热场仿真与槽壳温度在线检测系统研究[D];山东大学;2011年
4 张家奇;基于数学模型的铝电解槽动态过程及其预报系统研究[D];中南大学;2011年
5 姜昌伟;预焙阳极铝电解槽电场、磁场、流场的耦合方法及应用研究[D];中南大学;2003年
6 周萍;铝电解槽内电磁流动模型及铝液流场数值仿真的研究[D];中南大学;2002年
7 伍成波;铝电解槽高温烟气焙烧技术的理论与实践[D];重庆大学;2004年
8 梁学民;大型预焙铝电解槽节能与提高槽寿命关键技术研究[D];中南大学;2012年
9 李茂;铝电解槽磁流体稳定性及母线配置的仿真优化研究[D];中南大学;2007年
10 刘伟;铝电解槽多物理场数学建模及应用研究[D];中南大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐宇杰;铝电解槽内熔体运动数学建模及应用研究[D];中南大学;2010年
2 于智;铝电解槽焙烧分流技术的设计与实验研究[D];北方工业大学;2011年
3 童道辉;纵向排列铝电解槽电流强化时磁场及母线优化研究[D];中南大学;2011年
4 崔喜风;20kA级惰性电极铝电解槽多物理场仿真及结构优化[D];中南大学;2011年
5 李攀;铝电解槽热流量监测分析仪的研究与设计[D];兰州理工大学;2012年
6 杨力;铝电解槽焙烧控制系统设计与研究[D];北方工业大学;2011年
7 杨枝;320kA铝电解槽电磁场分布计算与优化设计[D];中南大学;2011年
8 刘妮;320kA铝电解槽电—磁—流场耦合仿真及性能评估方法[D];中南大学;2012年
9 高洁;基于ANSYS的铝电解槽电场分布计算与电极结构优化研究[D];中南大学;2010年
10 薛国辉;300kA铝电解槽高效集气系统的改造和试验[D];中南大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李若馨;中铝铝电解槽技术获突破[N];中国证券报;2009年
2 华吕轩;新型阴极铝电解槽项目通过国家科技鉴定[N];中国有色金属报;2010年
3 特约记者 赵秀富;让世界重新审视中国铝业[N];厂长经理日报;2001年
4 丁义浩;阴极结构铝电解槽技术节能降耗[N];中国技术市场报;2010年
5 本报记者 赵秀富;让世界重新审视中国铝工业[N];中国有色金属报;2001年
6 本报记者 裴宏;中铝自主研发节能技术攻克世界难题[N];中国知识产权报;2009年
7 特约记者 赵秀富;中国铝工业的骄傲[N];中国矿业报;2002年
8 赵秀富;让世界仰视中国铝工业[N];中国矿业报;2001年
9 郑妍;中铝占据世界铝电解技术制高点[N];中国有色金属报;2009年
10 朱佳明;环保关键技术达世界先进水平[N];中国有色金属报;2008年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978