提高铝电解烟气净化效率探讨
摘要：铝电解生产是高污染、高能耗的生产，所以铝电解烟气净化在该行业中起到的作用是非常重要的，而应用集气效率可以有效地凈化回收效率，这也是该行业持续发展的重要条件。为了可以更好地提高在铝电解生产时所产生的污染可以得到有效的净化回收，就必须要加强集气效率。文章讨论了提高烟气净化的主要措施，从而达到理想的效果。
关键词：铝电解生产;集气效率;烟气净化;回收效率;湿法净化回收;干法净化回收 文献标识码：A
铝电解在生产时应用最多的一种成分溶剂是氟化盐，这也是最主要的一种材料，但是在高温条件下，氟化盐和水分融合就会产生一种气体，就是氟化氢，它是一种非常严重的污染物。在处理这种污染物时，一般所应用的方法就是干法净化技术，它可以有效地治理排出吸附的烟气，从而达到一个净化有害物的作用。只有控制了氟化物的排放，降低环境污染，才能达到环保的排放要求。我们所应用的烟气干法净化系统是非常经济、高效以及较为先进的一种净化技术，可以降低烟气的排放，降低烟气当中的有害物质，减少排放，从而达到一个理想的效果。
1 铝电解烟气净化工艺流程
湿法净化回收和干法净化回收是铝电解烟气净化的两种主要方法，经过多年的发展应用，我们发现，干法净化容易控制、流程简单、环境好、操作容易，且干法净化回收过程中产生的二次污染小、净化效果好，湿法净化回收系统已逐渐不适应环保的要求，趋于被淘汰，目前大部分湿法净化工艺已经被干法净化工艺所取代。
干法净化就是以某种固体物质的吸附性能来吸附另一种气体物质所完成的烟气净化过程，具有吸附作用的物质称吸附剂，被吸附的物质叫吸附质。铝电解烟气干法净化是用电解铝生产用的Al2O3作为吸附剂来吸附烟气中的HF等大气污染物，并生成载氟氧化铝返回电解槽生产使用，实现对铝电解烟气中的氟化物等污染物的回收再利用，同时降低铝电解生产过程中的氟化盐消耗。铝电解烟气净化系统一般采用局部通风和全面通风相结合的联合通风方法对铝电解生产所产生的有害气体进行控制和净化，电解槽在生产过程中产生的有害烟气集气系统收集，进入干法净化系统，这部分气体就是我们所说的一次集气，干法净化系统的工艺流程为：电解生产产生的烟气通过主排烟风机提供的动力，由电解槽集气罩收集经电解槽支烟管进入主烟管，在主烟管中或除尘器入口烟管中烟气与投料系统投入的氧化铝混合发生吸附反应，将气态氟转化为固态载氟氧化铝，经过除尘器的气固分离将载氟氧化铝从气体中分离出来，再通过供料系统输送到电解槽供生产用料，气固分离后的净气通过烟囱排放进入大气;少量的烟气通过集气罩的缝隙进入电解厂房，这些气体由窗户进入的大量空气稀释，受热气的作用上升到天窗，由天窗排入大气中，这部分没有进入干法净化集气系统的烟气就是我们所说的无组织排放气体。从铝电解烟气净化工艺来看，一次集气的效率是铝电解烟气中污染物净化回收基础，集气效率越高，无组织排放的污染物就越少，集气效率对整个净化系统综合净化效率起着决定作用。
2 影响电解烟气效率的主要因素
在铝电解的生产当中，电解槽内会产生一定的烟气，而烟气的主要成分就是氟，一般是通过净化系统的烟囱以及天窗进行排放的。但是在生产车间内，由于具有大量的烟气，都是无组织的烟气，含有一定的有害物，所以在进行治理时有很高的成本，在通常情况下是不会做特别处理的，这就需要加强对烟气的捕集效率，降低烟气的排放。控制电解槽当中的烟气污染物就是为了可以控制好它的总量不会超标，也就是把烟气进行净化后所排出的烟气和氟含量是通过自然通风的作用下来控制的，不只是控制烟气在净化后的排放，对此，怎样可以使这些污染因素得到有效地排放，是治理烟气净化的主要因素。
第一，在铝电解的生产过程当中，电解槽内会产生一定量的烟气，而这些烟气在排放时是有组织的，主要是通过排放风机来减少负压的，最主要的目的也是为了确保在板间缝的位置有一定量的微负压，从而控制烟气不会扩散。由于排烟量的多少会影响到电解槽内的集气量，只有提高排烟量才能有效地增加集气效率，也可以控制污染源的排放。从这些年来看，在设计一些大容量的电解槽时可以看出，排烟量都有所增加，这种处理虽然可以提高净化系统，但同时也会增加大量的费用。对此，选用合理的电解槽排放量是解决净化系统的根本，也是提高净化效率的基础。
第二，处理烟气净化系统时，一旦出现烟气分布不均匀的现象时将会导致烟气量超标，这是因为除尘器的过滤单元没有达到设计的要求，从而加大了过滤单元的负担。在这种情况下，不仅会缩短过滤袋的使用时间，同时也会降低净化效率，影响净化系统的应用，所以在对净化系统设计时必须要把管道制成几何形状，从而来确保过滤单元的排放量。此外，在投放氧化铝时也应均匀分布，这是非常重要的一点，在进行投放时应连续并均匀，应用合理的反应器，把风速控制好，保证电解烟气和氧化铝可以均匀地混合吸附。还应注意的是，进行氧化铝的净化时必须要对其筛分，从而避免氧化铝当中存在的大颗粒物质的沉积，降低对设备造成的影响。
第三，由于在净化系统当中的除尘布袋所起到的除尘效率是非常低的，对净化效率造成直接的影响。所以袋式除尘器的效率越高，所投入的原材料回收率也就越高，也就是说应用氧化铝的材料越少，铝电解的成本就相对较低，而对环境的污染也较少。
3 提高净化效率的主要方法
铝电解在生产过程中应用最多的成分就是氟化盐，它是最重要的一种溶剂，但是在遇到高温的情况下，当氟化盐和水分产生反应时就会产生大量的氟化氢，其气体是重要的污染。在现阶段，一般治理污染的方法就是通过干法净化技术，从而排出污染的烟气，通过氧化铝来吸附氟化氢气体，从而起到一个净化的作用，降低对环境造成的污染。
第一，在对净化系统进行设计时必须要选用合理的设备，应用具有效率较高的电解槽，而在设计电解槽时也必须要提高它的密封性，设计管道系统时必须要减少烟管的长度，主要是为了降低管道摩擦所产生的阻力，对各种管件的应用时也要合理搭配，必须要选用具有较小阻力的除尘器，从而减少阻力所造成的损失，加强负压，提高净化效率。
第二，对电解槽烟管的阀门进行调节时必须要调控好它的开启度，应按照净化系统烟管的电解槽数量调节好它的阀门开启度。尽量把尾端的烟管阀门打开到最大，再由远到近地依次进行操作，根据比例的大小来减少开启的角度，但是有一点需要注意的是，在调节的过程当中必须要确保负压均衡，如果电解槽停止时同时也要关闭调节阀，避免出现泄漏。
第三，设备再好，也需要操作技术，对此必須要全面地提高电解操作人员的技术质量，减少电解槽操作当中集气罩盖板打开的时间要求，确保盖板的密实度，炉门是否达到严密关闭状态。此外，也要加强对电解槽的日常维护工作，如果发现有破损的密封垫或者是槽盖板必须要及时的更换，确保它的密封性。一旦发现除尘器或者是净化管道有泄漏问题时应快速的补救，要确保管道系统达到一个良好的密封性。此外也要定期地对设备除尘维护，降低运行当中遇到的阻力。
4 提高吸附效率的方法
如果要想从根本上来提高烟气的吸附率，必须要从影响它的吸附率条件着手，从多方位角度来观察，及时进行调整，提高氧化铝的吸附率。在铝电解的生产过程当中，从氧化铝产品的性质以及它的质量方面来看，它的主要成分以及它的一些形态是不能改变的，所以在特定的环境下，比如说位置、温度或者是湿度等条件都是不能去改变的，由此我们也可以看出，如果要提高烟气的净化率就必须要从可以控制的方面入手，包括接触的时间、温度的人为控制、加料的方法等，具体体现在四个方面：
第一，可以应用高效的反应器来提高烟气扩散混合的程度，从而促使污染物在较短的时间内快速扩散，同时提高氧化铝的接触时间，增加吸附率。
第二，可以通过提高烟气系统的净化率，也就是说必须要提高氧化铝与烟气在除尘器当中的均匀分配，可以让烟气进行入每一台的反应器中，保持一个平衡的状态。
第三，必须要控制好氧化铝的加入量，保证净化吸附率达到环保要求，需要注意的是，氧化铝也不能过量，这会造成它的破损，给系统造成过度的负荷，不利于烟气的扩散。
第四，对于电解槽的材料可以进行一定的改变，通过其他方式来降低烟气的温度，也可以在管道的外壁应用一些散热片或者是在管道的内壁用喷水冷却的方式来降低烟气的温度，通过应用这种方法不仅可以降低烟气量，也可以减少负荷的产生，提高净化效率。除此之外，也可以在管道内增加短路风的概念，它会与大气相连，当温度较高时，便可以通过冷风进行降温，但需要注意的是，这种方法会增加系统的负荷。
5 结语
在铝电解生产当中会产生很大的污染源，所以我们在处理这种污染物时，一般所应用的方法就是干法净化技术，这种方法可以有效地治理吸附排出的烟气，从而达到一个净化有害物的目的。只有控制了氟化物的排放，降低环境污染，才能达到环保的排放要求。同时，烟气干法净化系统是非常经济和高效的，是非常先进的一种净化技术，可以降低烟气的排放，降低烟气当中的有害物质，达到一个理想的净化率。
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(责任编辑：黄银芳)
作者：强春梅
摘 要：目前，随着国民经济的发展，我国已栖居有色金属生产大国和消费大国。铝制品行业发展迅猛，为国民经济的提升带来巨大的动力。铝电解主要的成本构成部分是电能，当前国内电解铝生产1吨铝需要消耗13000～15000KWh的直流电。电流效率低下以及阴极电压降偏高是目前国内电解铝时电耗高的原因之一。巨大的资源消耗也给经济的发展带来一定的压力。以下就针对目前国内铝电解中的节能降耗问题进行分析并提出可行的措施，旨在为铝电解的节能事业贡献力量。
关键词：铝电解 节能降耗 措施
铝电解的发展正在不断的壮大，合理有效的控制生产中的废物排放，有助于企业经济的可持续发展，对社会来说也是一件保护社会生态及社会经济的很好举措。要进行铝行业的节能工作，首先要先了解铝行业目前的发展状况，同时分析它在应用中存在的能源消耗问题，才能有针对性的实施相应的措施。
1 铝电解
1.1 铝电解对铝工业中推动作用
铝电解能为市场提供丰富的铝制品，广泛运用于建筑、包装、航空和电力等领域上，是保障国民经济持续、快速发展的原动力之一。铝电解在铝工业中生产规模极大，其对铝工业的发展有着极大的促进作用。特别是近几年的铝电解为铝工业在全国的发展带来了强大的保障，使我国成功的跨入了世界铝工业大国的行列。
1.2 铝电解在应用中存在的能源消耗问题
实际生产中，铝电解能源消耗综合电耗一般为13700 kWh/t-al，交流电耗一般为13300 kWh/t-al。现今，冰晶石—氧化铝电解法应用于国内外铝工业生产中，电耗成了铝电解成本的主要部分。如何缓解铝电解中的能源消耗问题成了促进经济发展重点问题。
2 铝电解节能降耗的措施
我国铝产业的提高，随之而来的是工业中的巨大排放量。庞大的产业若不实施能源方面的节能降耗措施，对企业的发展和社会的可持续发展都是严重的制约因素。以下就铝电解节能降耗提出一些可行的措施。
2.1 降低线路压降，加强配电室管理
首先，线路的电能损耗影响着电能供应的效率，如果电路的电压过高，则会加大电能的损耗，所以，铝电解的生产过程应注重降低平均电压。降低平均电压可以提高电流效率，是降低吨铝直流电耗的有效途径，从而可以节约能源。
此外，配电室的管理直接影响着电源的供应问题，加强配电室的管理能够有效的控制电流的使用并时刻监督生产流程的电能损耗，以此才能更好的减少电能的浪费，这对铝电解中的能源节能降耗有着重要的意义。
2.2 动力设备节电措施
(1)建立“安全、平稳供电就是最大的节约”的思想，加强对配电室、配电箱、动力电缆、滑线等供电设备的点检及定期检查工作，对熔断器、灭弧罩、电缆、刀闸等关键部件一经发现异常立即处理;对电解槽短路口、母线绝缘、槽壳母线与地坪间隙处等部位定期检查，清理杂物，尽可能降低电流空耗，发现异常立即处理，不得因此而发生短路、断路、放炮等事故影响安全供电。
(2)加强配电室管理，配电室规定三相负载电流，最大之差不得超过10%，对超过规定10%的情况，每周调整一次三相负载电流，达到提高电网功率因数、节约电能的目的。
(3)对于一些运行时间长，故障率较高或不能满足生产需要的设备逐步进行大修改造，降低设备的无功损耗。
2.3 重视铝电解生产中的烟气净化及回收利用
铝电解的生产过程伴随着一定的烟气排放，国内目前已将铝电解净化系统应用于铝电解的流程中，该系统能较好的解决电解过程中的烟气污染问题。重视铝电解过程中的烟气净化及回收利用，不仅能够减少污染，还能减少生产成本，为企业带来更大的经济效益。重视铝电解生产中的烟气净化及回收利用，对铝电解的节能降耗有着极大的促进作用。
2.4 加强新技术的开发
当今世界上的产铝大国，近几年都非常的重视减低阳极效应频率和和阳极效应持续时间的延长问题。国外企业更为注重采用新技术达到在铝电解中更充分的利用能源和降低生产成本的问题。凭着专家的努力，目前国外已能将阳极效应频率降低到0.007，对于阳极效应的持续时间也已降低为1.6 min。但在中国，在技术上还远远的落后于发达国家的技术水平。由此可见，技术的提升在铝电解的发展及能源的降耗中发挥着重要的作用。所以企业应全面提高电解铝技术装备水平，加强新技术的开发才能能源的减耗中有所成效。
在加强新技术开发的同时，目前国际上还是有很多不错的可运用的技术能对铝电解的能源节能降耗有所帮助。例如，硼化钛-胶体氧化铝涂层阴极新技术，与氮化硅结合的碳化硅耐火材料用作铝电解糟侧壁内衬新技术等都可运用到铝电解的生产中去。点解烟气干法净化技术、VPI反应器的使用和新鲜氧化铝吸附烟气中的F后再返回生产系统的日渐成熟都能用于实现降耗、减污、环保的目的。
2.5 建设新型电解槽，提高电解槽集气效率
电解槽是铝电解过程的必要设备，电解槽寿命的长短直接影响到电解槽大修渣的产生量。同时，电解槽的工作效率也影响着铝电解的能源损耗量。目前，中国是将电煅无烟煤加10%左右的石墨碎生产的半石墨质阴极炭块用作电解槽的阴极材料，然而，这与国际上普遍采用的半石墨化和石墨化阴极相比明显的存在差异与劣势，相比之下，国内的阴极材料抗热震性、抗腐蚀性等均不如国际水平，而电阻率也相对偏高，导热系数也相对较低。种种原因都导致了国内电解槽寿命较短。
因此，要减少铝电解中能源的消耗和铝电解生产效率的提高，就必须积极引进新的技术，开发更优质的电解槽，唯有新型的电解槽才能使铝电解在节能降耗上有更大的突破。根据上文所述，提高电解槽阴极的材料或采用新一代的阴极内衬，努力赶超国际水平都是中国铝行业的必然发展趋势，也唯有如此，才能彻底改变我国铝电解当前耗能量大的局势。
3 结语
综上所述，我国铝行业的发展潜力是巨大的，注重在铝电解生产中能源的有效利用，做到最大限度的降低能源损耗，有利于铝行业的持续发展。铝电解过程中的节能降耗问题依旧是个长远的战略目標。我国要加强铝行业的发展建设，也必须高度重视铝电解技术的引进和开发，将国际的先进技术作为推动自身发展的助力器。随着能源的日趋紧张，铝电解的节能降耗刻不容缓。
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作者：杨玉卓 赵东方
【摘 要】本文分析探索工艺技术条件的优化技术，从实际出发阐述了铝电解槽生产所需(电能)能源与热量收支情况。总结多年生产实践经验得出，通过提高电流效率和降低槽平均电压可以有效降低铝电解生产的电能消耗。
【关键词】铝电解;电能消耗;降低
1.铝电解生产的能源
铝电解的直流电能。在铝电解生产中，其能源主要是直流电能，约占整个消耗的97%左右。但在整个世界范围内，所有发电厂输出的电能均为高压交流电，要使之变成能用于电解生产的低压直流电，必须进行变压整流。我国目前各个铝电解企业的变压整流效率大多数为96.5～97.5%之间。通过整流后的直流电，可直接送入电解槽上用于铝电解生产。
3.提高电流效率的探索
3.1 低氧化铝浓度的探索
当Al2O3浓度进入高浓度敏感区时，随着Al2O3浓度升高而槽电压升高，此时系统误认为是Al2O3浓度在降低而引起的槽电压升高，系统进行过加工，会很快造成沉淀。所以当发现浓度进入高浓度区时(一般认为超过4%)要及时进行控料调整，防止沉淀的產生。
我们在生产过程中控制Al2O3的浓度范围要达到的目的是：“既不容易发生突发效应，又不会导致沉淀产生”。在CR低于2.5时，一般认为该范围是在1.5-3.5%。我们控制的范围是1.8-3%，可以得到较高的效应受控率，且不易产生沉淀[4]。
3.2 适宜的两水平
铝液水平对电流效率的影响大致趋势是，随着铝水平的提高，有利于电流效率的提高。
需要说明的是，生产实践指出，铝液水平要和生产实际相结合。操作中铝水平也不宜过高，以防止冷行程槽子的出现，引发病槽降低电流效率。
电解质水平在铝电解生产中非常重要，有电解槽“血液”之称。在电解过程中起着溶解氧化铝、导电和保持热量的作用。保持稳定的电解质水平，可以增强槽子的热稳定性和自调节能力。
保持适当较高的电解质水平，则电解质量大，溶解的AL2O3多，可免除炉底产生大量沉淀;同时热稳定性好，可使电解槽在较低温度下稳定运行，提高电流效率。在电解质的保持上，要避免电解质水平过高或过低的情况，这两种情况对生产都有不利影响，有碍于电流效率的提高。
在工业生产上，如果电解温度升高，则槽底和槽侧的沉淀和结壳熔化，使电解液水平升高而铝液水平降低;反之，如温度降低，则沉淀和结壳增多，造成电解质水平萎缩而铝液水平上升。我们现场操作的关键是要根据电解槽状况调整、保持好电解液水平和铝液水平。只有这样才能使电解槽的槽温保持稳定，各种技术条件保持平稳，进而使电解槽保持平稳，达到平稳生产：平稳出效率，平稳创指标，平稳降成本，平稳减能耗的目的。平稳生产是我们管理所追求的目标，可以减少(避免)病槽发生，很大程度上实现节能降耗的目标。
4.降低平均电压的实践探索
4.1降低设定电压
使用电解槽阴极新型结构进行低电压生产，目前，某厂某工区某180KA阴极新型结构电解槽启动后，两周时间内，设定电压已降到3.80mv左右，炉底压降320mv左右，阳极、阴极电流分布均匀，槽况平稳，最终要降到目标值3.75mv左右。
4.2降低效应分摊电压
阳极效应虽然有分离电解质中炭渣、清洁电解质、降低电解质压降及清理炉底的优点，但是它对电解生产过程的稳定性破坏很大：
阳极效应发生前的一段时间内，电压处在较剧烈的波动状态之中，使电解质、铝液的流动变得紊乱，铝的二次反应增加大大降低电流效率。
发生阳极效应时，槽电压较高，耗费大量的电能，其中一部分转化为热能，加热了电解质和铝液，且熔化炉帮，一定程度地破坏了电解槽的正常生产状态[5]。
5.结论
降低电解槽平均电压是降低电能消耗的很好途径，但要注重抓好电解槽各部分连接压降的定期处理工作和各项操作质量，力求实现电解槽的平稳生产，才是实现铝电解槽的生产低能耗的可靠途径。
使用电解槽新型结构，实行精细化管理，采取精耕细作的作业方法，严格操作规程保持稳定的技术条件是提高电流效率、降低电解槽能量消耗的最有效途径。 [科]
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作者：白茂禄
【摘要】采用技术先进的铝电解整流综合自动化系统是我国铝电解工业的迫切需暮，对促进我国铝电解工业的发展和进步有着重要意义。本文在介绍铝电解工艺及供电系统基础上，分析了铝电解生产供电系统自动化发展情况，提出了大型铝电解整流供电综合自动化系统设计关键技术
【关键词】电解铝，整流电源，综合自动化系统
伴随着铝电解厂生产规模的日益扩大和计算机技本信息网络技的高速发展，铝电解供电系统综合自动化系统技术也日趋成熟，应用也越来越广泛。采用技术先进的铝电解整流综合自动化系统是我国铝电解工业的迫切需要，对促进我国铝电解工业的发展和进步有着重要意义[1,2]。整流供电综合自动化系统是指应用自动控制技术、微型机及网络通信技术，采用单元模块化结构，以智能继电保护装置和监控装置为核心，以分散安装或集中组合方式，集数据采集、测量、监控、保护、运行操作管理、信息远传为一体的特殊计算机网络系统，具有统一规划、整体管理、功能综合、结构模块化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。本文就如何选择和构建高性能并且稳定的，能够满足铝电解生产工艺要求的整流综合自动化系统进行相关技术分析。
1铝电解工艺及供电自动化生产特点
电解是通过直流电的作用，使金属在电源阴极析出的一种金属冶炼方法。铝电解过程具有如下特点:电解铝生产耗电量大，每吨铝耗电近15000度电;电解质的电阻影响槽电压，电解质的电压降占槽电压的36%～40%;电解质的密度影响金属铝与电解质的分离;电解质的勤度影响电解过程。薪度过大，阳极气泡不易溢出，加入电解质内的氧化铝不易沉降而成悬浮状态:薪度过低，电解质循环加快，加速铝滴和溶解了铝的转移，影响了电流效率;电流强度和电流效率影响铝电解生产的产量。目前国内电解铝供电整流系统均采用1I0KV(或220KV)直降整流机组，均采用同相逆并联结构型式，每台直降机组带两台整流柜，按照N+1的方式配置机组。其稳流装置采用饱和电抗器与有载分接开关联合调压方式。
2铝电解整流供电综合自动化系统技术分析
电解铝整流所微机综合自动化系统集中了变电整流所的所有功能，应用自动控制技术、计算机数字信号技术处理和数字化信息通信技术，将变电所相互有关联的各部分连接为一个有机的整体，完成变电所继电保护、安全监视、开关操作、稳流生产过程控制、数据存储和处理等全部功能;同时，应用INTERNET网络和TCP/IP技术，实现了变电站的遥测、遥控、遥调、遥信等功能，为变电站的无人值守打下了基础。采用先进的自动稳流技术，是电解铝整流供电系统的一个关键要素。按生产过程类别分，铝电解属熔盐电解。它依靠不断供给电解槽以直流电能，在1000℃左右将含有氧化铝的电解质进行加热和电解，生成的熔融铝并沉积于电解槽底部，连续不断地输入直流电方能保持电解槽正常生产所需的槽温。电能消耗在铝电解企业产品制造成本中占有很大的比例，最高可达45%左右。可见，在铝电解生产直流供电系统中采用自动稳流技术对提高产量、节能降耗是一项重要的技改措施。
3大型铝电解整流供电综合自动化系统设计关键技术分析
供电综合自动化系统取代常规的仪表盘、柜及一些中央信号装置，集测量、保护、控制、远传等功能于一体，与整流所和电解系列的工艺过程直接联系在一起，它的故障将直接影响被控对象的正常运行。因此，在进行系统设计时，都必须围绕系统可靠性和设备安全性这一原则，这里的可靠性是指系统长期、稳定进行工作的能力。为了保证系统的可靠性，关键系统和控制单元采用双机热备份的冗余方式，同时，尽量避免所有的功能都集中在一起，采用分层的方式将功能分散。整流供电综合自动化系统有如下技术特点，保护和监控系统相对独立设置，监控微机集中统一管理变电站综合自动化系统中保护的可靠性是第一重要的，独立设置保护有利于全系统的安全稳定运行;分层、分散、系列化、多配置，满足不同用户需要;系统简单可靠、综合造价低;PML监控和SEL保护具有独特的分析记录和逻辑可编程功能;系统软件及特殊功能监控装置性能价格比高。此整流供电系统以带远程通信接口的单元式SEL微机保护装置和PML监控装置为核心，采用分层分布、面向对象设计概念，将主控层、通信管理层、现场控制层单独设计，具有保护、监控完全分开的技术特点，可靠、完全地实现了就地监控。系统采用上位机直接通过两个独立的通信网络管理保护、监控及PLC单元的系统软件，取消了通信管理的可靠性瓶颈，完全实现了真正的双监控微机双通信网的分散式系统结构。在系统中，间隔层保护装置、监控装置、PLC都通过完全不同的通信网络与两台微机独立连接，网络和监控微机不仅是双冗余的，而且是完全对等的，任何一个通路出现故障，或者任何一台微机出现故障，均不影响系统的可靠运行，系统的可靠性得到极大的提高。为了提高系统的可靠性，系统采用了工程上常用的冗余技术。这种冗余方式简称为N+l，即N个设备增加一个冗余备用。统设计为分层分布式双网双机冗余局域网网络结构，主要有三部分组成，第一层为现场控制层，第二层为通信管理层;第三部分为最上层的主控层。下面具体分析某大型铝电解整流供电综合系统的具体装置配置情况。其中，该系统选择SEL-587作为电流差动保护装置，这是一种较为可靠的电流差动继电保护装置，可提供电流差动保护以及两组完整的过电流保护，主要应用于双绕组变压器、电抗器、发电机、大型电动机以及其它双端设备的电流差动保护，适应各种连接方式的电力变压器。该系统选择SEL一351A作为保护测控装置，该继电器是一种集保护、监视、控制和故障定位于一体的保护装置。它的保护功能包括过电流、低电压/过电压、低频率/过频率，另外还有相、接地、中性点保护以及方向元件。其中还有完整的一套增强型自动化功能。在该系统中我们选择了SEL-551作为整流变继电保护装置,该继电器是一种集保护、测量、监视、控制、逻辑功能于一体的过电流重合闸综合保护测控装置。它包括各种继电器元件，可实现过电流保护和重合闸控制，其相、接地、中性点保护元件可以完全独立整定。另外，选择该系统选择SEL-2030作为系统的智能通讯处理器，它是美国SEL公司推出的微机型智能通信处理器。SEL一2030通信处理器是对变电所通信和综合自动化技术的一个突破。它将多端口通信、数据库处理、非易失存储器、时间保持和同步、报警监视及辅助控制集成在一个便携的、功能强大的、经济的、使用方便的、坚固的通信处理设备中。该系统选择7700ION作為系统监控、测量装置装置，该装置是加拿大户。Power Measurement Ltd.公司研制的高档电量动态监视、记录、事故分析和智能控制装置，它以多CPU、高性能、大容量记忆内存、一路交流、42路I/O、多数据通信口为主要特征，具有高速采样捕捉电量瞬变、电量波动、电量越限、高次谐波分析、长时间故障录波、不平衡度、负序和零序分量测量、永久性数据存贮、可编程逻辑控制等强大实用的功能，适用于各种规模和电压等级的变电站、发电厂和电力系统电网调度中心。滤波装置的监控，系统选用73301ON智能监控单元，它具有独立AI、DI和DO，双通信接口，具有PLC逻辑编程功能，直接安装在开关柜上，通过通信网络直接与两台监控微机通信。SEL-501是美国SEL公司推出的微机型双通用过电流保护装置。网络通信介质主要有金属性通信电缆和光缆，价格都越来越低。通信介质因为需要远距离敷设，故障概率也比较高。通信介质的接口连接处也比较容易出现问题。为了提高系统的可靠性，系统的通信网络应该实行冗余配置。根据技术要求，通信连接可全部采用屏蔽双绞线，也可以采用屏蔽双绞线与光纤相结合的方式。综合考虑可靠性和经济性要求，通信介质的选择如下:主控室内、各个6kV配电所内采用屏蔽双绞线，而在各个6kV配电所与主控室之间采用光纤连接。
4结语
铝电解是高能耗工业，随着电价的不断提高，电费已占吨铝成本的40%以上，严重威胁和制约着铝工业的发展。如何改善铝电解槽的运行工况，努力降低电耗和提高产量已是铝工业面临的急需解决的课题。本文对于铝电解整流供电综合自动化系统的配置进行详细分析，以期为保持电解系列电流的平稳，改善电解生产指标，提高电解铝的产量，特别是降低电耗作出一定贡献。
5参考文献
[1]张秀岭,王洪永,赵建民.铝电解生产中延长电解槽寿命的新措施[J].轻金属,2008,12
[2]龚泉禄.浅谈铝电解节能降耗措施[J].甘肃冶金,2008,05
作者：程继刚
摘 要：随着国内外电解铝产能的剧增和我国节能减排政策的实施，如何提高电流效率，降低电耗，降低成本，提高产品市场竞争力，已成为电解厂的首要任务。本文借助铝工业研究对电流效率降低的内部机理进行剖析，全面分析影响电流效率的因素，结合生产实际突出论证科学摆布生产技术条件对提高电流效率的重要性，并归纳总结出提高电流效率的方法和途径。
关键词：铝电解;电流效率;技术条件;科学管理
电解技术参数对电流效率影响很大，尤其是电解质温度、电解质成分、极距、电流密度以及铝水平和电解质水平等[1]。生产中，科学摆布技术条件对提高电流效率至关重要。
1 电解工艺参数对电流效率的影响
1.1 电解质温度与电流效率的关系
随着电解质温度的升高，铝液在电解质中的溶解度增大，电解质粘度随之变小，循环加快，铝的扩散速度和氧化速度加快，扩散系数增大，二次氧化加剧损失增多，Na+放电加剧，Al3+的不完全放电加剧，易形成Al4C3等，这都将降低电流效率。温度降低，电流效率明显提高。生产实践证明，电解质温度每下降10℃，电流效率可提高1.5%左右。
电解质温度并非越低越好，其确定要以电解质初晶温度为基准，大型预焙电解槽电解质温度要高于初晶温度10～15℃，生产温度的确定要依据生产具体条件及工人的技术程度。
电解温度等于电解质初晶温度加过热度，降低初晶温度和过热度都能提高电流效率。近几年来，我国铝电解生产广泛采用低温低电压技术，取得了良好的效果。但是，生产中如果工人操作水平不高，氧化铝溶解不好，易形成不规整的炉膛，炉底结壳增厚，炉底压降增大等不利状况，这反而会引起电压波动，造成电流效率降低和电耗升高。
1.2 电解质成分对电流效率的影响
1.2.1 氧化铝浓度对电流效率的影响。氧化铝浓度过高，悬浮的Al2O3颗粒增多，这不仅影响电解质导电度，而且容易形成炉底沉淀，影响电流效率。氧化铝浓度过低，不仅电解质中反应的Al3+浓度减少，而且易造成阳极效应，加大铝的溶解和氧化损失，降低电流效率[2]。
目前，国内外中心大型预焙槽生产，大多把氧化铝浓度选择在1.5%～3.5%。其最大的优点是氧化铝溶解快，电解质中无悬浮的Al2O3颗粒，熔体粘度小，导电好，不易形成炉底沉淀，炉底压降小，槽电阻稳定。另外，在此控制范围内，槽电阻曲线斜率较大，有利于实现计算机自适应控制。这些有利于精确控制氧化铝下料，长期保持生产稳定，提高电流效率和降低电耗。
1.2.2 电解质分子比对电流效率的关系。随着电解质分子比的降低，熔体的初晶温度下降，铝液与电解质界面张力增大，铝液镜面收缩，降低了铝的溶解度，同时分子比的降低，电解质温度降低，降低了Na+的活动度和放电的可能性。另外，分子比的降低，也降低了熔体中Na+含量，减少了Na+放电机会，这都有利于电流效率的提高。
我国大型中心下料预焙槽分子比大多控制于2.3～2.6，电流效率比较理想。但是，对于复杂电解质体系，也就是高LiF、高KF电解质体系，由于初晶温度过低，氧化铝溶解困难，常采用提高分子比的方法，改善氧化铝溶解状况。对于这种电解质体系，分子比长保持在2.65～2.85。
1.2.3 添加剂对电流效率的影响。添加剂对电流效率的影响其实是对电解过程的综合影响。添加ALF3可使铝电解温度降低，增大了电解质和铝液密度差，减小了电解质粘度，有利于碳渣分离和反应气体逸出，有利于提高电流效率。实践证明，添加10% ALF3可使电解质初晶温度下降20℃。
添加5%左右CaF2和MgF2都能減少铝的损失，促进熔体中碳渣的分离，降低电解质电阻，提高电流效率，河南永登铝业有限公司阳城分公司240kA电解槽生产，电解质中添加剂10% ALF3和4% CaF2、MgF2，取得了理想效果。
LiF尽管能增加铝的损失，但是一定含量的LiF能大幅度降低电解质的初晶温度和熔体密度，还能增加电解质导电性，总体有利于提高电流效率和降低电耗。因LiF价格昂贵，生产中很少添加。我国北方地区的铝土矿含有一定的锂盐，致使氧化铝原料中含有一定的氧化锂，长期使用这种氧化铝原料，电解质中LiF含量会逐步富集升高，河南永登铝业有限公司阳城分公司240kA电解槽连续生产7a后，LiF含量已达到6%～7%。由于LiF含量过高，导致初晶温度只有900℃左右，严重影响到了炉帮的形成和氧化铝的溶解，反而降低了电流效率。目前，公司通过置换槽中电解质和更换氧化铝原料等手段，降低电介质中的LiF含量。
河南永登铝业有限公司阳城分公司240kA大型中心下料预焙槽，电解质中添加10% ALF3和4% CaF2、MgF2，取得了理想效果。
1.3 极距对电流效率的影响
根据费克第一定律可知：极距小时，铝溶解扩散到氧化区的距离缩短，铝的二次氧化加剧;极距增大时，熔体對流作用减弱，扩散区加厚，铝不易被氧化损失，电流效率提高。但电压的升高，提高了电解质温度，对流加快，搅拌增加，铝的熔解度增大。为此，当提高极距时，效率开始有明显提高，当极距高到一定值时，电流效率几乎没有变化，反而造成电耗增加，甚至出现热槽。保持适当极距，对提高生产十分重要。河南永登铝业有限公司阳城分公司240kA电解槽，设计阳极32组，平均极距保持在4.0～4.5cm，平均电流效率91%～92%。
1.4 电流密度对电流效率的影响
阳极电流密度和阴极电流密度对电流效率的影响是不相同的，阳极设计小，电流密度大，易引起阳极过热，电解质温度升高且搅拌加强，造成铝二次氧化损失增加。反之，当阳极面积大，电流密度减小时，阳极单位面积排气量小，排出速度减弱，搅拌作用减弱，铝损失减少，电流效率提高。
阴极电流密度增大时，相当于缩小了铝液与电解质的接触面，铝的扩散损失减少。另外，阴极电流密度增大减弱了铝离子的不完全放电，电流效率提高。反之，电流效率降低。但是，阴极电流密度增大到一定值时，Na+将参与放电，电流效率反而会有所降低。
总之，在一定的范围内，电流效率随着阳极电流密度的增加而降低，随着阴极电流密度的增加而提高。在生产实践中，要特别注意建立规整的炉膛，保持适当厚的炉帮厚度，尽可能缩小铝液镜面，使其在阳极底掌的正投影下，防止侧部漏电，实现提高电流效率的目的。
1.5 铝水平和电解质水平对电流效率的影响
铝水平是调节电解槽热平衡的重要因素，电解槽热场是否平衡具体反映在炉膛形状和炉底洁净程度上，总的趋势是铝水平的提高有利于提高电流效率。因为，铝水平提高，槽温降低，易形成规整炉膛，铝液镜面缩小，减少了铝损失。同时，铝水平能够有效地控制水平电流密度，减少磁场的影响，促使铝液稳定。这些都有利于提高电流效率。但是，铝水平过高，槽子容易进入冷行程，造成炉膛伸腿肥大，槽帮上口空，甚至形成病槽，反而降低电流效率，甚至无法正常生产。
电解质有电解槽血液之美称，其主要作用是溶解Al2O3、导电和稳定电解质温度等。提高电解质水平，能够促进Al2O3的溶解，减少炉底沉淀和降低炉底压降，电解槽热稳定性好，有利于提高电流效率。电解质过深，不仅造成碳块利用率低、碳耗增加，造成洗钢爪，影响原铝质量，而且引起阳极侧部跑电增多，引起槽水平电流加大，电解质排气不畅，铝液波动加剧，铝损失增多，易引起电压摆动，电流效率降低;电解质过浅，热稳定降低，易出现病槽，更有害于电流效率。
河南永登铝业有限公司阳城分公司240kA电解槽铝水平保持在26～28cm，电解质水平保持在18～20cm，生产中取得了理想的电流效率。
1.6 辩证地看待电解参数与电流效率的关系
电解工艺参数对电流效率的影响是一个复杂的过程，单独改变某一个工艺参数对提高电流效率而言，既有积极的一面，也存在着一定的负作用。在生产实践中，必须用辩证的、普遍联系的眼光，综合考虑各种工艺参数的作用，进行全面的分析研究，探索科学合理参数组合方案，使电解槽尽量运行在最佳状态，才能取得较好的电流效率和较低的电耗指标。
2 提高电流效率的途径
2.1 先天管理是提高电流效率的基础
抓好电解槽焙烧与启动环节，特别是起动后期管理，高度关注这一时期的槽电压、槽温、分子比、效应系数、电解质水平和铝水平等工艺参数，使电解槽扎糊良好焦化，使电解质形成坚固、规整、稳定的阴极槽膛，这是电解槽高效生产的必备条件，也是节能降耗的前提。所以，电解槽预热、启动和后期管理，必需高度重视，精心对待，为提高电流效率打下良好、坚实的基础。
2.2 科学管理生产技术参数是提高电流效率的重要途径
上述论证表明，生产技术参数是电解槽热场平衡和物料平衡的基础，是保证电解槽稳定高效运行的重要条件。具有良好技术条件的槽子，自平衡能力强，抗病能力强，电流效率高;反之，电流效率较低。生产中要根据生产实际情况，科学合理选定电流、电压、电解质温度、分子比、铝水平和电解质水平等重要技术参数，并科学搭配组合，长期稳定保持，使电解槽始终运行在最佳工作状态，才能确保生产稳定高效。否则，电解槽始终运行在波动之中，很难取得较高的电流效率。
2.3 精细化操作、提高作业质量是提高电流效率的关键
电解生产中包括换阳极、出铝、封保温料和打火眼儿等多项操作，这些作业质量直接影响着电流效率。换极质量关系着阳极电流分布、氧化铝浓度高低和槽电压摆动等，出铝偏差的大小关系着槽热平衡，效应熄灭的方法和时间关系着槽子的稳定性，保温料的厚薄关系着槽子的热稳定和炉膛形状，这些众多的操作都直接决定着电解槽能否稳定高效生产。生产中，必须制定科学合理精细的操作规程，并确保落到实处，方可取得较高的电流效率。生产中的精细化管理要做到以下几点，一是人、机结合。尽量自动控制，减少纯手动、取消阳移、定时下料、人工控料等非常规操作;杜绝无故手动升降阳极或手动下料，出铝、换极、广播提示等。二是炭渣打捞。加强炭渣打捞力度(4次/槽·班)，确保电解质洁净以提高导电性，并防止阳极长包。三是巡视到位。火眼畅通，卡堵处理到位。四是现打壳锤头沾锤头现象较多，在打壳锤头未减短之前，要及时巡查并处理(2次/班)，确保下料正常。五是提高换极操作质量，减少换极后的针摆或长欠量。六是新极返尺高度一律定为2cm，每天检查新极16h的电流分布。七是槽盖板密封。八是关于调极。勤测、多分析、少调极，确保阳极底掌水平。当针振连续2h不小于15mV时，必须安排测全槽电流分布，对电流分布异常极，及时调整以降低针振，小于15mV时一律不准调极。
2.4 提高计算机控制精度对提高电流效率至关重要
预培槽的管理追求“稳”，只有科学管理计算机控制系统，提高控制精度，科学设定电流、电压、AE间隔、NB间隔等参数，加强维护保养，确保其安全可靠运行，才能确保电解生产的物料和热均平衡，取得理想的电流效率。
日常生产管理中，要及时对计算机监控曲线尽性分析，从中发现生产中存在的问题，做到防患于未然。监控曲线完好的标准是槽电压可控，NB过欠比2.0～2.5，针振幅度1～10mV，累斜80%在0以上，曲线平滑连续。
2.5 加强电解槽系列的绝缘管理，减少电流空耗损失
电解槽槽罩不绝缘、槽间盖板不绝缘、电解槽对地不绝缘，造成多点接地等现象都能使电流旁路，造成电流空耗损失电能，降低电流效率。
2.6 减少黑电压，增加有效工作电压
母线各压接面间的压降及炉底压降都是无效电压。生产中要尽量减少炉底压降、卡具压降、立柱母线压接面压降、铁碳压降。生产中要采取有效措施，把节约的电压转移到极距电压上，适当提高极距，能有效提高电流效率，减少电耗。
2.7 加强科研试验，积极引进新技术，大胆创新
近几年来，我国电解铝技术得到了长足发展，特别是提高电流效率和降低电耗方面的技术。铝电解生产要及时采用新技术、新工艺，才能取得理想的电流效率和经济效益。如近几年发展起来的阳极碳块开沟技术、侧部异型复合块技术、降低铁炭压降新技术、高效阳极技术、阳极预热技术及新型稳流节能铝电解槽技术等，这些技术在使用中都取得了明显效果。在生产管理中，要积极引进新技术，大胆创新，用科学的方法取得较好的电流效率。
通过对影响铝电解生产电流效率因素的全面分析和生产实践验证，选定科学合理生产技术参数组合和加强生产精细化管理，是提高电流效率的重要途径;科学管理，精心操作，加强计算机控制技术、电解系列绝缘和系列电压管理，以及加强新技术的推广应用是提高电流效率的有效途径。
参考文献：
[1]梁学民，张松江.现代铝电解生产技术与管理[M].长沙：中南大学出版社，2011.
[2]刘业翔，李劼.现代铝电解[M].北京：冶金工业出版社，2008.
作者：刘炎森 王宏伟 刘极锋
【摘 要】随着大型预焙电解槽设计理念的变化及在节能减排的新工艺生产控制下，电解槽电解质水平的管理也在发生变化，本文结合350KA电解槽电解质水平管理的实践，总结了大型电解槽电解质水平的合理范围。
【关键词】大型预焙电解槽;电解质水平
Management of electrolyte level in 350KA large prebaked cell for aluminum-reduction
WANG Zheng-Rong
【
【Key words】Large prebaked cell;Electrolyte level
0.前言
近年来由于铝成本结构受宏观因素影响，铝电解槽在向大容量、高效、节能型预焙槽技术方向发展。在生产管理方面国内铝行业普遍应用了各种节能降耗的新技术。电解质体系作为“电解槽的血液”直接影响着电解槽能量平衡与物料平衡。本文主要针对电解质水平在节能降耗技术应用下的控制标进行了探讨。
1.电解质水平对电解生产的影响
1.1水平电流
电解质层是极化反应区域，电解质中炭渣含量，阳极气体含量，氧化铝浓度等因素与电解槽水平电流相关。单从电解槽的导电途径分析，高电解质水平容易增加水平电流。
1.2氧化铝浓度的控制
较高的电解质水平有利于增强电解质体系对氧化铝的溶解能力，但电解质量的增加会导致体系氧化铝浓度的降低。
电解质水平过低，则热稳定性差，易发病槽，影响电流效率,而且在出铝等作业过程中增加了系列不安全因素。
根据我公司一系列电解质水平的保持情况与氧化浓度对比数据可以得出在16-17cm电解质水平下氧化铝浓度保持较稳定。
1.3电解质高度与阳极效应和阳极气体排放
传统的电解工艺认为阳极效应的发生可以调整槽子的热平衡,校正电解槽内电解质中氧化铝的浓度,并达到洁净电解质,清理阳极底掌,炉底沉淀以及规整炉膛的目的，电解槽是按设定的效应等待时间发生阳极效应。对于电解槽来说弊大于利的阳极效应在如今节能降耗的要求下不能按传统的概念控制。趋于无效应管理的理念逐步在现代电解铝生产管理当中被重视起来。
降低效应系数是节能降耗的一个重要手段。在铝电解过程中电解质是氧化铝的载体。除氧化铝浓度外，电解质高度对槽温的控制、电解质循环、阳极底掌气泡的释放都有很大的关系，而它们于阳极效应的发生又有直接的关系。
阳极气体主要以气泡的形式释放，气泡的行为大致可分为3个阶段：(1)气泡在阳极底掌生成并长大;气泡在阳极底掌上水平运动;(3)气泡受浮力作用在阳极侧部垂直运动。
由此说明电解质水平较高时增加了气泡垂直运动的行程，不利于气泡的排除，引发阳极效应的可能性增加。
1.4电解质水平对原铝质量的影响
原铝质量是铝电解生产行业的一个综合分析指标，纯度高的铝具有良好的化学物理性能 ,而铝中杂质增多将影响其理化性能 ,如导电性变坏、耐蚀性降低、白光反射率降低等。因此在电解槽中力求生产出高品位的铝 ,纯度越高 ,使用价值越高。在电解生产中电解质水平过高会浸泡和冲涮即将更换的低阳极钢爪和磷铁，溶解后进入铝液中，从而影响原铝质量 ，影响阳极使用周期，碳耗增加。
根据电解质水平和铁含量时间序列图，两组数据相关系数为0.695。结合残极厚度分析电解质水平高度，设极距为4.5cm,钢爪底部与残极底部距离控制按0-2cm设定，则电解质水平可控制在16.5-18.5cm之间。
2.电解质成份的匹配
2.1分子比的控制
电解质分子比对铝电解生产影响很大，是影响电流效率的重要因素之一。因此电解槽在保持合理范围的电解质水平同时控制合理的电解质成份也具有同样重要的意义。
研究表明，低分子比有利于提高电流效率，并且有利于降低电解温度。但分子比过低会使得电解质粘度增加，降低氧化铝的溶解度，从而导致炉底产生沉淀，伸腿肥大，水平电流增加，槽电解不稳，效就增多从而使电流效率降低。根据我公司电解槽的运行情况认为，低电压生产控制下的分子比保持在2.4-2.45为佳。
2.2添加剂的控制
目前，铝电解工业生产都使用添加剂，目的在于降低电解温度以提高电流效率。常用的添加剂有：CaF2、MgF2、 LiF。
电解质中常用的几种添加剂均有利也有缺点。Li+盐要结合铝的品位和成本适量使用。Ca+、Mg+通常混合使用，总量控制不超过7%。
3.结语
大型预焙槽在节能降耗低电压技术条件下电解质水平不易过高，350KA电解槽控制在16-18cm之间为宜。
【参考文献】
[1]夏小霞，王志奇，周乃军.铝电解槽内电解质运动的数值模拟.过程工程学报.2006-06-09.
[2]黄河鑫业有限公司350KA预焙阳极铝电解槽物理场综合测试报告.中南大学.2010.11.
作者：王正荣
1、熔度：有两种或更多的晶体组成的混合熔体，在冷凝时有一个固定的初晶温度，即熔度
2、电导率：指长1cm，截面积1cm2的体积的熔体的电导，也称比电导
3、离子迁移数:某种离子输送电荷的数量，或输送电荷的能力
4、近程有序规律：根据液体与固体结构相似的理论，晶体在略高于起熔点的温度下，仍然有不同程度地保持着固态质点所固有的有序排列
5、热分解：冰晶石熔化时进程有序排列(AlF63-)破裂程度
6、分解电压：维持长时间稳定电解，并获得电解产物所必需外加在两极上的最小电压(实际分解电压>理论分解电压)理论分解电压等于两平衡电极电位之差
7、润湿角：又称接触角，是液滴曲面切线与所接触的固相表面的夹角
8、临界电流密度：指在一定条件下，电解槽发生阳极效应时的最低阳极电流密度
9、效应系数：每昼夜发生阳极效应的次数
10、铝的电化当量：在电解槽通过1A电流并经1小时后，理论上阴极应析出铝的克数(C=0.3356g/A.h)
11、电流效率：当电解槽通过一定的电量时，实际产铝量与理论产铝量之比。
12、极距：极距是指阳极底掌到阴极铝液镜面之间的距离
13、电能效率：生产一定数量的金属铝，理论上应该消耗的能力和实际上消耗的能量之比(电能效率=电压效率x电流效率)
14、理论电耗率：单位产铝量理论上所需要的能量
15、理论电耗：为了使电解过程连续而稳定的进行，理论上所应付出的最低电能
16、电解槽的能量平衡：指电解槽单位时间内外部供给它的能量与它本身在周围环境进行物质交换与能量交换过程中所消耗的能量之间的平衡。A供=A消
17、温度基础：能量平衡计算的基准温度，或参照温度
1、黑色金属：Fe、Cr、Mn，有色金属：包括除黑色金属之外的所有金属，分为：重金属、轻金属、贵金属、稀有金属。
2、电解槽是电解炼铝的核心设备。
3、在铝工业生产初期，电解槽采用小型预焙阳极，这跟当时电极工业的生产状况相适应。自焙阳极的采用，标志着铝电解槽结构型式发展的第二个阶段;预焙阳极电解槽的现代化是铝电解槽发展的第三个阶段。
4、阳极结构所经历的顺序大致是：小型预焙阳极—侧部导电自焙阳极—上部导电自焙阳极—大型不连续预焙阳极及连续预焙阳极—中间下料预焙阳极。
5、冰晶石—氧化铝熔盐电解法炼铝工艺分为两大组成部分：原料(包括氧化铝和电解所需的其他原料氟化盐及炭素材料)的生产、金属铝的电解生产。
预焙槽的结构主要可分为：阳极装置、阴极装置、导电母线系统。
7、铝电解槽系列和电解厂房：在铝电解生产中，是将许多同一类型的电解槽串联起来，组成电解系列的，每台电解槽的电流均相等。系列中的电解槽既可横向排列，也可为纵向。即可设置双行，也可设置单行。
9、一般说来，在纯盐熔体中添加其他化合物，都将使其初晶温度降低。这是由于纯盐化合物添加了其他化合物混合熔体后，化合物中的质点产生相互作用，削弱了原来质点间的相互作用之故。
10、在铝电解生产中，电解质—铝液界面张力增大，有利于铝液镜面的收缩，使铝的溶解损失减少，从而提高电流效率。许多研究表明，往电解质中添加CaF2和MgF2 可使铝损失降低。
11、能降低熔体表面张力的物质称为表面活性物质，反之则为非表面活性物质。
12、润湿角越大，润湿性越差，界面张力大;润湿角越小，润湿性越好，界面张力小。
13、铝电解质的离子迁移是靠Na+来传递的。
14、远程序：AlF+
63- 与Na之间的交替排列，延伸到较远距离的质点排列的一种规整性。Na+
与F-距离为0.221—0.268nm。
15、理论分解电压=两个平衡电极电位之差值，亦即分解电压在数值上等于这两个电极所构成的原电池的电动势。实际分解电压等于两个非平衡电极电位的差值(实际分解电压又称极化电压)。
16、阳极过电压：阳极反应的反应过电压、阳极电阻过电压(气膜电阻)、浓差过电压、势垒过电压。
17、铝电解槽上电流效率的降低主要原因：是由于已电解出来的铝又溶解或机械混入到电解质中，并被循环着的电解质带到阳极空间或电解质表面为阳极气体中的CO2或空气中的氧所氧化。
18、铝损失的机理分为：溶解、扩散、氧化三个步骤。
19、电解温度每降低10摄氏度，电流效率提高约1.5%。
20、电能效率=电压效率×电流效率。由于在一定条件下，理论电压是常数，因此，电能效率只能随着电流效率与电解槽平均电压而变。
21、加料的目的：保持电解质中氧化铝浓度稳定。加料的要求：勤加工，少下料。加料的好处：(1)氧化铝熔解快，槽里不会产生沉淀; (2)可均匀保持低氧化铝浓度，提高电解质的导电率; (3)使电解槽中的温度波动小，保持电解槽平衡操作; 4)减少阳极效应的发生，使效应系数减少到0.3以下。
22、出铝：按照出铝进度表出铝。每次取出的铝量差不多等于该期内产出的铝量。
电解槽在出铝之后通常保留一定厚度的铝液层。
出铝周期：每两次出铝之间的时间(根据铝电解槽容量大小而定)中型槽一般为1-2天，大型槽每天出一次。出铝设备：真空抬包
23、铝电解槽的常规作业：加料、出铝、阳极工作。
24、铝电解槽的全部生产过程包括三个阶段：焙烧、启动、正常生产。
25、新电解槽的焙烧方法：电焙烧(焦粒焙烧法)、铝液焙烧法、燃料焙烧法。
26、新电解槽的焙烧目的：新槽在投入生产之前先要焙烧，其目的在于焙烧阳极(对预焙阳极而言，则为加热)以及加热阴极，达到预定温度，以利于下一步的启动操作。
27、铝电解槽启动的任务：是在槽内熔化电解质，同时开始电解。
28、铝电解槽启动方式有：干式启动、常规启动
29、干式启动：适用于启动新系列中的头几台槽，当时电解厂房内尚无现成的熔融电解质可供使用，只好在本槽内熔化所需的全部电解质。
30、常规启动：在开始时往槽内倒入从其他槽中取出的熔融电解质，以加速启动过程，并缩短启动时间。
32、阴极副反应：铝的溶解及损失，钠离子的析出。
33、阳极副反应：阳极气体的二次氧化作用，阳极过电压，阳极效应。
34、添加剂：以冰晶石为基本成分，向其中加入的其他成分，叫添加剂。
35、密度：为了能使电解质与铝液很好的分离，要求两者的密度差要大于0.2g/cm
3. 3
6、铝电解用炭素材料主要包括：阳极糊、预制阳极块、侧部炭块、底部炭块。
37、生产碳素阳极的原料：骨料(石油焦、沥青焦)、粘结剂。
38、由图8—1知，炼铝所用原料：直流电、冰晶石、氧化铝、氟化盐、炭素材料。
三、解答题
1.铝电解对电解质的要求：①电解质的熔度(初晶温度)要低。即能保持铝为熔融状态(AlT熔=660℃，电T熔=950℃左右)又不要超过其熔点太多，否则，能耗大;②电解质对氧化铝的溶解度要大。可以使电解过程的操作简便，减少病槽;③电解质的导电性要好。才能大幅度地降低能耗，提高电流效率，多产铝;④电解质对铝的溶解度及损失要小。 2.霍尔—埃鲁特法(H—H法)
基本原理：在电解温度(950～960℃)下，冰晶石及氟化物呈熔化状态，加入的氧化铝Al2O3溶解于其中，形成熔融的电解质。熔融电解质是装在电解槽的槽膛内，炭素阳极部分沉于电解质中，阳极底掌与炭素阴极上的一层熔融的铝液保持一定的距离(极距)，生产时铝液便成为实际的阴极。直流电流通过阳极经过电解质层，由阴极导出，进行电解，此时，氧化铝被分解，在阴极上不断地产出铝，阳极上不断地有阳极气体(主要为CO2)排出，这样，Al2O3不断地消耗，Al不断地生成。Al2O3 + 1.5C = 2Al + 1.5CO2
优点：(1)冰晶石中不存在析出电位比铝更正的元素，这样可避免其他金属离子在阴极上放电而降低铝的质量;(2)熔融的冰晶石易于溶解氧化铝;(3)氧化铝的熔点为2030℃，而Al2O3与Na3AlF6形成熔体后，其初晶温度降为930～980℃;(4)熔融的冰晶石或冰晶石—氧化铝熔体具有较小的密度;(5)有较合适的粘度;(6)具有较好的导电性;(7)氧化铝—冰晶石熔体不与槽内村起电化学反应;(8)在电解温度具有较小的挥发性。
缺点：(1)Al2O3—Na3AlF6熔体这种电解质的初晶温度较高(能耗高);(2)导电性还不够好;(3)腐蚀性较强;(4)劳动条件较差，污染较严重(ALF3挥发，HF挥发);(5)单位面积产能较低。
3.铝电解生产对电解质性质的要求：
1、密度：铝与电解质之间的密度要大于0.2g/cm3，例如950℃时，铝液的密度为2.3g/cm3，电解质的密度应小于2.1g/cm3。
2、导电度：大(减少能耗，降低成本)。
3、表面性质：(1)铝液与阴极炭块之间的界面张力要大(界面张力小，会渗入阴极炭块，导致破裂，形成早期破损)，湿润角大，湿润性差;(2)铝液与电解质之间的界面张力要大(湿润角大，湿润性差);(3)电解质与阳极炭块之间的界面张力要小，湿润角小，湿润性好;(4)铝液与侧面炭块之间的界面张力要大;(5)电解质与侧面炭块之间的界面张力要大。
4、粘度：适当(分子比2.7—2.5时，电解初期3.65—3.50厘泊，电解末期2.95—2.80厘泊)。
5、蒸气压：蒸气压要小一些(电解质的挥发小)。
6、迁移数：某种离子(如Na+)迁移数要大，整个电解质导电性能好。
7、铝在电解质中的溶解度要小(酸性好)。
8、电解质中钠离子浓度不能太高(防止Na+在阴极上放电)(酸性)。
9、电解质的熔度(即初晶温度)要低，在氧化铝中加入冰晶石可降低温度(省电)。
10、结壳要松软，便于加工(酸性比碱性好)。
注意：
7、
8、
9、10是工业铝电解槽采用酸性电解质的原因，铝电解分子比是指在电解质溶液中，NaF与AlF3的摩尔之比。 5.处于正常生产状态的电解槽的外观特征有：
(1)火焰从火眼强劲有力地喷出，火焰的颜色为淡紫蓝色或稍带黄线;(2)槽电压稳定，或在一个很窄的范围内波动;(3)阳极四周边电解质“沸腾”均匀;(4)炭渣分离良好，电解质清澈透亮;(5)槽面上有完整的结壳，且疏松好打。 6.铝电解生产中向电解质加入添加剂的目的是：为了改善原有电解质性质，满足生产过程对电解质性质的要求。对加入的添加剂的基本要求：
(1)在电解过程中不被电解成其他组成元素而影响铝的质量。(2)添加剂应能对电解质的性质有所改善(如降低电解质的初晶点，提高电解质的导电率，减小铝的溶解度，减小电解质的密度等)。(3)它的吸水性和挥发性要小，即加进前含水量要少，因为水会发生如下反应：2Na3AlF6 + 3H2O = Al2O3+ 6NaF + 6HF↑
2AlF3 + 3H2O = Al2O3 + 6HF↑
2NaF + H2O = Na2O + 2HF↑
(4)对Al2O3的溶解度不能有较大的影响。(5)来源广泛且价格低廉。
阳极效应的去除：在生产实践中，只要向电解质中添加一定量的Al2O3，电解质的润湿性便又恢复到正常水平，在人为的帮助下，如刮底掌、搅动铝液冲刷阳极底掌、下降阳极等方法，排出气泡阳极效应便告熄灭。
阳极效应的优缺点：优点：阳极效应的发生意味着电解质中Al2O3含量已经很低，说明电解槽工作在正常进行;利用阳极效应来清楚熔体中的碳渣，烧平阳极底掌，溶解槽底沉淀。缺点：阳极效应的发生造成电解质的过热和挥发损失增加;导致了系列电流的降低;增加了额外的电能消耗。
工业铝电解槽阳极电流密度一定，当电解质中Al2O3浓度减少到0.5%~1.0%，变超过了临界电流密度，于是发生阳极效应
阳极效应的作用：(1)造成电解质过热和挥发损失的增加;(2)导致了系列电流的降低;(3)增加了额外电能的消耗;(4)阳极效应的发生意味着电解质中氧化铝的含量已经很低，说明电解槽工作在正常进行;(5)利用阳极效应清除熔体中的炭渣，烧平阳极底掌，溶解槽底沉淀。
9.为什么要调整分子比：因为电解质分子比在变动：(1)在启动期，从熔化到正常生产，分子比减小的，主要是炭素材料内村吸收分子比高的组分，使得NaF减少。(2)在正常生产期，分子比变化增大，AlF3减少，使得分子比增大。 3H2O + 2Na3AlF6 = 6HF + Al2O3 + 6NaF 3Na2O + 2Na3AlF6 = Al2O3 + 12NaF
3CaO + 2Na3AlF6 = Al2O3 + 3CaF +6NaF
调整方法：一般用加AlF3来降低分子比，用加Na2CO3或NaF来提高分子比。 10.影响Na+与Al3+析出电位的因素：(1)分子比要小些(2)电解温度要低些(3)尽可能大的氧化铝浓度(4)良好的传质条件，防止Na+在阴极上大量积累。 11.研究电解质熔度的意义：电解过程的温度至少应该高出电解质的熔度20～30℃，
是与电解质的组成相联系的，铝电解过程的的温度一般为950℃左右，比铝的熔点(660℃)高了很多，如果铝电解过程的温度能够降低，对于降低电能消耗，减少电解质的损耗，延长设备的寿命都有好处。
12.工业铝电解槽的电能消耗分配(实际电耗量)：(1)补偿反应过程吉布斯自由能变化所消耗的能量(2)补偿反应过程的束缚能所消耗的能量(3)补偿反应物(Al2O3与C)由室温t1升高到电解温度t3的热函变化所消耗的能量(4)补偿铝电解槽向周围空间的热损失所消耗的能量(5)补偿体系内电解槽外母线的热损失所消耗的能量
13.加料的好处：1氧化铝熔解快，槽里不会产生沉淀2)可均匀保持低氧化铝浓度，提高电解质的导电率3)使电解槽中的温度波动小，保持电解槽平稳操作4)减少阳极效应的发生，使效应系数减少到0.3以下。
14、为什么电解铝盐水溶液在阴极上得不到铝：因为铝属于轻金属，具有很强的活泼性，用传统的C还原和水溶液电解都不能制取符合工业要求的金属产品，只能采取用非水溶液电解质或者其他方法(如加热还原法、熔盐电解法)才能得到金属，这样的电解质主要是熔盐。
15、电流效率降低的原因：(1)铝的损失：已电解出来的铝又溶解或机械混入到电解质中，并被循环着的电解质带到阳极空间或电解质表面为阳极气体中的CO2或空气中的氧所氧化。2)其他离子放电：这里主要是钠。(3)电流空耗：①铝离子不完全放电：②漏电：(4)密度、浓差过电压、添加剂、电解质的组成、温度 16. 电解温度、电解质组成、极距、电流密度和铝液高度对电流效率的影响： ①电解温度升高时铝在熔体中的溶解度增大，熔体的黏度变小则电解质的循环速度将增大，意味着扩散层的厚度变小;扩散系数D也随着温度的升高而增大;因此，电解温度升高，q值增大，意味着铝的二次反应加剧，铝的损失增大，电流效率降低。②电解质组成：所谓电解质成分主要指电解质的酸度(NaF/AlF3摩尔比)与电解质中Al2O3浓度而言。在摩尔比2.0以上，电流效率随摩尔比的降低而增加;电解质摩尔比过低，使生成低价铝的反应增强，这对电流效率不利，目前，工业铝电解质的摩尔比一般波动于2.5-2.7之间。
③极距：随着极距的增大，电解质搅拌强度减弱，使扩散层厚度增大使铝损失减少，电流效率提高;④电流密度：随着阴极电流密度增大，电流效率增大;随着阳极电流密度的增大而使电流效率降低。
⑤铝液高度(或称铝水平)：铝是电、热的良导体，它的存在，能将阳极下部多余的热量从电解槽四周导出去，使电解质的温度趋于均匀。同时能降低铝液中的水平电流，使铝液趋于平静，而使电流效率提高。
一、接班时必须做到---通用
(1)持证上岗，正确佩戴劳动防护用品，准时进入工作场所。 (2)掌握上班电解槽运行情况和工作任务完成情况。 (3)履行接班手续，填写接班记录。
二、工作前必须做到---看槽岗位
(1)检查确认槽盖板盖好、整齐，短路口绝缘板无损坏。 (2)检查确认槽间风格板，无叠放、破损。 (3)检查确认电解槽四周无接地、槽间无连电。
(4)检查确认各种阀门处于正常位置，无漏气漏油现象。 (5)检查确认阳极无下滑，钢爪无发红，横梁母线无倾斜。 (6)检查确认打击头有无脱节、堵卡、打不穿壳面现象。 (7)检查确认下料系统无漏料、下料少或不下料现象。
三、工作中必须做到
1.更换阳极作业---换极岗位
(1)换极前，必须在换极区的两个短路口上放置绝缘护套。 (2)扒料时，必须站在风格板上，严禁用力过猛。
(3)天车打壳时，指挥人员严禁站在大臂和立柱母线之间，并保持距大臂1m以上。 (4)松小盒夹具的过程中，若发生效应，必须立即拧紧小盒夹具。
(5)残极拔出后，必须检查爆炸焊是否有裂纹、碳碗处是否有松动等异常，如有异常，必须采取相应的措施，保证残极吊出过程中不发生脱落。
(6)捞槽内大块时，严禁双脚同时踩在槽沿板上。 (7)换极时，热块滚到短路口处，必须立即将其扒开。 (8)从槽内勾捞出的阳极残块，严禁放在水泥地坪上。 (9)换极作业过程中，严禁有人在小盒夹具的下方作业。 (10)给新极划线时，严禁把脚伸到新极底掌下。 2.熄灭阳极效应作业---看槽岗位
(1)效应发生时，必须检查下料系统、槽控箱、气控柜、风压等是否正常，若不正常，先将效应熄灭，然后再对以上情况进行处理。
(2)发生效应时，严禁不进行效应处理，以降阳极来压效应。 (3)熄灭效应时，严禁从发生效应电解槽的A面通过。
(4)效应电压超过30V，必须及时点降电压，控制电压不超过30V。
(5)提升机提升失控发生效应时，必须立即旋转急停按钮，然后通知计算站进行维修。
(6)效应熄灭后，必须检查散热孔、阴极钢棒有无异常;如有异常，必须及时汇报并按相应措施进行处理。
(7)漏槽引起效应时，必须控制电压不超过5V，并立即通知班长和车间值班人员。 (8)效应熄灭后必须巡视电压，当电压低于效应发生前的运行电压，必须将电压抬
到效应前电压，当电压高于效应发生前的运行电压，严禁迅速降电压，每10min巡视一次，30min后，将电压调整为效应发生前的运行电压。
3.电解槽维护作业---看槽岗位
(1)电解槽维护作业时，必须站在槽沿板或风格板上;
(2)铁制工具进入槽内使用前必须充分预热，使用后按指定位置放置或放在工具架上。
(3)处理堵料打击头时，必须先将物料扒干净，再进行处理。
(4)给下料点扩眼时，必须两人配合作业。 (5)打捞炭渣、取加电解质、人工击打壳面时，必须戴上面罩。 (6)打捞炭渣时，严禁搅动铝液。
(7)在添加保温料和收边时，严禁脚踩边部壳面和热极。 4.槽控箱作业---通用
(1)槽控箱出现故障时，必须先按“清除”键进行故障清除，如果清除不掉，立即通知计算站进行维修。
(2)升降阳极时，必须点升点降，同时严禁频繁多次点动阳极。
(3)点动阳极时，点动一次的时间严禁超过1秒钟，连续点动次数不准超过四次。 5.清扫槽底作业---看槽岗位
(1)槽底作业严禁安排在夜间或阴雨天等视线不清的情况下进行。
(2)下槽底前，必须提前通知班长和槽上人员，然后检查作业区是否有接地的现象。如存在接地现象时，必须用绝缘的工具予以清除。
(3)槽底作业时，必须停止槽上的任何作业，并在槽上作业区拉上警戒线。 (4)清理槽底作业时，严禁将导电的工具靠母线放置。
(5)作业区域电解槽发生效应时，槽底作业人员必须立即撤离现场。
四、工作完必须做到---通用
(1)把槽门、槽盖板盖好，使用完后的工具按指定位置放置或放在工具架上。 (2)清扫工作场所的原材料、废物垃圾及时清除。 (3)填写各项工作记录，内容详实准确、字迹清晰。
五、交班时必须做到---通用
(1)传达电解槽运行情况及需注意事项。 (2)遗留问题向车间值班领导汇报。 (3)履行交班手续，填写交班记录。
六、岗位必知知识---通用 1.操作安全注意事项
(1)使用铁工具时，必须防止因磁力作用,造成槽与槽、槽与母线之间短路。
(2)配合或指挥天车吊运物件时，必须先检查确认吊具完好、捆束牢靠后方可进行。 (3)作业中必须距离天车1m以上，随时注意天车的铃声和移动方向，以防撞伤。 (4)严禁坐在立柱母线短路口上休息，以防短路口爆炸造成人员伤亡。
(5)严禁把无关金属体和潮湿物品加进槽内，以免造成原铝质量下降和爆炸事故发生。
(6)严禁将水杯等物品放在电解槽短路口的绝缘板上，防止水溢出导致短路口爆炸的事故。
(7)槽效应处理：①效应处理过程中，发现下料器下料不正常或不下料时，必须及时将极上氧化铝推入槽内，熄灭该效应;②熄灭效应过程中，出现侧部钢板发红时，应立即熄灭效应，效应熄灭后用风管冷却或用天车扎补发红处的壳面，实行强制性冷却;③熄灭效应过程中，出现卡具打火花，应先将效应及时熄灭，然后复紧卡具，有下滑极的必须先调整后再复紧卡具。
(8)电解槽电压摆时，若计算机不能自行处理，必须在保证电解质不会和阳极发生脱离的情况下，缓慢上抬阳极，电压最高严禁超过5.0V。
(9)侧部散热孔温度正常值为250～430℃，超过470℃时，必须第一时间向班长和值班人员汇报，同时准备好风管进行吹风;对于散热孔发红的必须及时进行扎边作业，直至发红消除。
(10)赛尔开关停槽作业时，临时插板插入后，必须有两人同时按住临时插板的耳朵后再拔出绝缘插板，防止绝缘插板拔出后将临时插板带出，造成短路口爆炸。
2.现场创伤急救措施
(1)烫伤。出现烫伤时，立即脱掉或剪掉烫伤部位衣物，用凉水反复冲洗后，涂抹烫伤膏，如有水泡，不要压破;烫伤严重时要进行简单包扎，等待外部救援。
(2)头晕。工作中，出现头晕、恶心、胸闷、乏力等中暑先兆症状时，立即到阴凉处休息，并服用防暑药品。
(3)中暑。发现人员中暑时，立即将其转移到阴凉通风处平卧(头部不要垫高)，解开衣领，同时用湿凉毛巾敷在头部，再服用人丹或藿香正气水，重症中暑者，立即送往医院抢救。
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