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这项技术行业领跑

来源:酒钢日报时间:2019-03-28

这项技术行业领跑 

  ——“一种降低铝电解阳极效应的控制方法”专利背后的故事 

作为装备先进的、产业链较为完善的大型铝产业企业,深耕电解铝领域多年,是什么让东兴铝业公司在行业以先进技术引领电解槽平稳优化运行?

这个问题恐怕不仅仅是“创新”两个字就能回答的。

从数据来看,2013年至2018年,东兴铝业3个500kA铝电解系列阳极效应系数平均从0.08次/槽·日降到0.008次/槽·日,阳极效应持续时间从300秒/次降到82秒/次,创造了可观的经济效益。

阳极效应“趋零化”是铝电解槽工作状态最佳化的标志。技术人员用6年的时间,打造出“0.008次/槽·日”这一良好成绩,让电解槽变得“身强力壮”,成为实现电解铝平稳高效生产的“实力担当”。

东兴铝业技术研发团队探索出的“一种降低铝电解阳极效应的控制方法”,不仅有效解决了铝电解生产阳极效应控制难题,而且实现了铝电解槽节能减排及长周期平稳运行。

2018年,“一种降低铝电解阳极效应的控制方法”荣获甘肃省专利奖一等奖。

“把脉”——摸清“体质”很关键

 500kA铝电解槽是集现代先进技术于一身的装备,而阳极又是铝电解槽的“心脏”,可以说,阳极的工作状况直接关系着电解槽的健康指数。

 “体质”不好,就会经常“生病”。阳极效应多、持续时间长就是电解槽“体弱多病”的集中表现。

 在铝电解生产过程中,阳极效应是发生在阳极上的一种特殊现象。当发生阳极效应时,阳极表面形成一层不稳定的气膜而发生电弧放电,会出现电火花声响,槽电压骤然升高数十伏,甚至达到上百伏。

 “除槽电压和电解温度升高外,电解槽发生阳极效应时,电化学反应几乎停止,铝液局部发生氧化反应二次燃烧,电流效率低下,电能消耗和氟化盐挥发损失增加,炉帮融化变薄,致使槽内衬侵蚀几率增加而降低电解槽寿命。持续时间长的阳极效应还会导致阳极爆炸焊开裂并脱落,产生滚铝及漏炉等事故。”谈及阳极效应带来的不良影响,东兴铝业铝业研究所主任工程师成庚满脸愁容。

 阳极效应对正常的电解生产及环境破坏较大,因此,要及时控制和熄灭阳极效应。

 传统的做法是,用木棒插入槽内,使电解槽阳极和铝液(阴极)局部短路,从而达到熄灭效应的目的。这种方法不仅不利于控制阳极效应,还会增加工人熄灭阳极效应作业的危险性,熄灭效率较低、安全隐患大。同时,熄灭阳极效应所用的木棒来自树木幼苗,成本高且破坏生态环境。

 “每次熄灭效应的时间都在5分钟左右或者更长,影响着铝电解的平稳生产。”2013年初,成庚在生产现场,看到加料、插木棒等各种费时又费力的熄灭做法对于控制阳极效应并不非常奏效时,心里特别着急。他不禁开始盘算起来:“得好好研究研究,从根本上‘治疗’阳极效应多且持续时间长的‘疾病’。” 

“调理”——耦合平衡重“匹配”

阳极效应是电解槽在生产过程中不可完全避免的特有现象。也就是说,阳极效应“疾病”是先天的,想要有效“治疗”,须从根本上“调理”。 

手拿500kA铝电解槽生产实际问题分析表,成庚和李振中、谢冰洁等技术管理人员,查阅了大量有关电解槽阳极效应控制的技术资料,结合东兴铝业电解槽实际,比较关键参数、分析效应机理、制定管控措施。 

保持氧化铝、阳极炭块等原材料质量的长期稳定;保持槽内氧化铝加料稳定,如进一步优化氧化铝加料策略、加大供料设备定期维护检修力度;对异常发生的效应进行分类、排查,逐步消除产生异常效应的原因……管理技术人员充分考虑热平衡控制、生产操作、原材料、设备运行等多方面因素,做好现场管控各项准备。

准备工作做好,各项参数“待命”。 

管理技术人员提出,要寻找电解质体系参数最优化匹配模式,既能尽可能保证阳极效应“趋零”,又可在不增加生产成本的前提下确保电解槽稳定高效运行。

要实现这一目标,最佳措施就是:合理界定氧化铝浓度、电解质初晶温度、电解质过热度、电解质温度等参数范围,直至达到耦合平衡,从而降低阳极效应系数和持续时间,实现铝电解槽平稳高效长寿优化运行。

“别看只有四个关键参数,却牵动着电解槽运行的命脉,调整难度极高。”通过“排列组合”优选的方式,技术人员进行各种现场试验近百次,最终让这些“有关系”的参数对应耦合、平衡匹配。 

可喜的是,当关键技术条件的氧化铝浓度、电解温度、过热度、初晶温度中的一个分别运行到下限或上限区域时,其他几个关键参数均能与之耦合匹配,做到“一一对应”。 

“巩固”——阳极效应“趋零化” 

在成庚看来,耦合平衡核心技术并不是容易想到的常规技术手段。仅用几个月的时间,技术人员就首创了铝电解槽控制阳极效应的耦合匹配平衡优化原理,创造性地解决了铝电解领域控制阳极效应的根本性技术问题,以及铝电解行业节能减排及长周期稳定优化运行的关键性和共性的技术难题。

为进一步巩固“治疗效果”,技术人员要求过热度要达到5—15℃,并进一步优化保持在下限区域5—10℃,确保形成良好炉帮,在稳定炉膛基础上降低效应系数;在研发的铝电解槽合理技术条件耦合匹配平衡优化原理与方法基础上,以低窄氧化铝浓度为核心进行耦合匹配优化,确保电解槽生产低成本、高效率。 

以低窄氧化铝浓度控制为核心的耦合匹配平衡优化铝电解体系,不仅仅是一种控制措施,还是铝行业低成本生产和高效控制阳极效应的核心技术,实现了在稳产高产情况下、在保持高电流效率基础上阳极效应“趋零化”。 

东兴铝业3个500kA铝电解槽系列1008台电解槽,历经无序、有序、优化、平稳等阶段,终于恢复了“健康”。 

2018年,凝聚大伙儿心血的“一种降低铝电解阳极效应的控制方法”果然不负众望,一举拿下甘肃省专利奖一等奖殊荣。科技成果鉴定意见写道:“该技术达到国际先进水平,建议加快该技术成果在铝工业全行业的推广应用。” 

至此,该专利技术一举成名,不仅为东兴铝业铝电解生产提供了技术支撑,还有效推动了我国铝电解生产工艺技术进步。(记者 李淑芳)