3铝电解的基础理论知识—.docx

《3铝电解的基础理论知识—.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3铝电解的基础理论知识—.docx（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三章 铝电解的根底理论学问3.1 铝电解槽的主要工艺技术条件技术参数理解铝电解槽的主要工艺技术条件或称主要技术参数，是深入了解和把握铝电解原理和操作技术的根底。为此，我们首先回忆一下，在第一章“铝电解概述”中已介绍的铝电解槽的主要特征图 1-1。电解质液态凝固电解质边部结铝液阳极阳极阴极图 1-1 铝电解槽的主要特征示意图从该特征图动身，我们来争论如下描绘铝电解工艺特征的主要技术参数工艺技术条件。3.1.1 槽工作电压槽电压槽工作电压，简称槽电压，是指电解槽的进电端与出电端之间的电压降。现代预焙槽的槽电压 一般在 4.04.4V 之间。在系列电流根本恒定的状况下，电解槽的电压凹凸直接打算着电

2、解槽的能量收入，因此，调整槽电压是调整电解槽能量收入的最直接和最主要的手段。（1） 关于槽电压及相关参数的检测槽电压是电解槽上唯一可由仪表或计算机把握系统直接地、实时地进展检测的参数，也是最能反响电解槽状态变化的参数。另一个可由仪表或计算机把握系统直接地、实时地进展检测的参数是系列电流，但它不是在电解槽上直接检测的，而是在整流车间集中检测，由于电解槽是串联的，通过各槽的系列电流强度是一样大的。10对于现场操作人员和计算机把握系统来说，槽电压和系列电流是用于分析和把握电解槽的最重要的参数。还有一个与槽电压亲热相关的参数是槽电阻，它是由槽电压和系列电流计算得来的。（2） 关于槽电压的内涵关于槽电压

3、的内涵，将在本章第 11 节“铝电解的电压平衡”中具体争论。关于槽电阻的有关概念将在第五章中争论。3.1.2 极距极距是指铝电解槽阳极底部常称为阳极底掌到阴极铝液镜面即铝液与电解质的界面之间的距离，简而言之，就是电解槽阴、阳两极之间的距离。它既是电解过程中的电化学反响区域， 又是维持电解温度的热源中心。铝电解槽只有保持确定的极距才能正常生产。正常生产过程的极距一般在 4cm5cm 之间。（1） 关于极距与槽电压之间的关系由于转变极距便转变了阴阳两极间电解质的电阻，于是便转变了极间电解质的电压降。极距改 变 1mm，引起槽电压的变化约 3040mV，这是格外显著的。因此，调整极距是调整槽电压的主

4、要手段。生产中所指的槽电压调整意指通过调整极距来转变槽电压。这便是生产中常把极距调整与槽 电压调整两个概念等同起来的缘由。（2） 关于极距与技术经济指标间的关系提高极距一方面能削减铝在电解质中的溶解损失，因而对提高电流效率有利；另一方面由于增 大电解质压降而上升槽电压，而对降低能耗指标不利。因此，生产中有一个如何选择最正确极距的问 题。争论说明，当极距低于 4.5cm 时，提高极距对电流效率的作用格外明显，并且提高电流效率对降低能耗的作用大于槽电压上升对能耗的不利作用。反之，假设极距高于 4.5cm，则极距上升对电流效率的作用渐渐变得不明显，因而提高电流效率带来的好处不能抵消上升槽电压因而上升

5、槽温 所带来的害处。极距对电流效率的影响如图3-1 所示。9280电流效率%01234567极距cm图 3-1 极距对电流效率的影响示意图基于上述分析可知，极距调整或槽电压调整需兼顾两个目的：一是维持适宜的极距；一是维持适宜的槽电压从而维持适宜的能量收入最终维持电解槽的能量平衡。由于预焙槽的平均极 距一般简洁保证在 4.5cm 以上，所以实际生产中极距确实定主要以保持稳定的能量平衡热平衡 为目标。关于极距及槽电压与电解槽的电流效率和电能消耗指标的关系将在第六章“提高铝电解槽技术经济指标的措施分析”中争论。（3） 关于极距的间接检测与把握工业生产中，一般很少对极距直接进展测定。一是由于直接测定较

6、困难；二是由于正常状况下只要槽电压在确定的范围便能保证极距在适宜的范围，调整极距主要从电压上进展考虑；三是由于生产中主要是防止极距过低，而极距过低往往能从槽电压的稳定性电压是否波动上间接反响出来。当槽电压波动时，往往需要上抬极距。预焙槽的极距一般比自焙槽稍高，由于预焙槽的阳极块数目多，很难使每块阳极都保持在同一极距。同时也不应有极距过低的炭块，这会引起电流分布不均，造成局部过热，电压摇摆，阳极掉块，降低电流效率。由于消灭这种问题的电解槽会表现出电压摇摆，因此检测阳极电流密度分布及各阳极块的电流分布的大小可以找出极距过低的炭块。极距调整或槽电压调整是现代铝电解槽计算机把握的主要内容之一，这将在第

7、五章“铝电解槽的计算机把握”中详述。3.1.3 电解质成份分子比（1） 电解质的根本成份铝电解生产承受的是“冰晶石为主体氧化铝”电解质，其中氧化铝是炼铝的原料，冰晶石是溶剂。此外，在电解质熔体中还含有一些游离的添加剂成份，主要有氟化铝 AlF3、氟化钙CaF2、氟化镁MgF2、氟化锂LiF等。这些添加剂主要用于改善电解质的物理化学性能，其中主要目的是用来降低电解质的熔点将在“电解质温度”中具体争论，氟化锂则还用于改善电解质导电率。冰晶石的化学式为 Na AlF ，从分子构造上讲，它是由 3mol 氟化钠NaF与 1mol 氟化铝36AlF3结合而成，所以又可写成 3NaFAlF3，此种配比的冰

8、晶石称为正冰晶石。冰晶石中所含氟化钠摩尔数与氟化铝摩尔数之比，称为冰晶石的摩尔比俗称分子比。正冰晶石的分子比等于3，冰晶石的分子比既可大于 3，也可小于 3，分子比等于 3 的冰晶石又称为中性冰晶石，大于 3 的称为碱性冰晶石，小于 3 的称为酸性冰晶石。当在中性冰晶石分子比等于 3中添加氟化铝时，便使分子比降低，电解质酸度提高。氟化镁也提高电解质酸度，而氟化锂则降低电解质酸度提高碱度。氧化铝和氟化钙则对电解质酸碱 度影响很小。（2） 关于电解质成份的演化铝电解方法刚被制造出来的时候1888 年，承受酸度很高分子比为 1的电解质，电流效率很低。其后直至 20 世纪 40 年月，承受弱碱性至中性

9、分子比3的电解质，电流效率达 80% 以上。其后，因觉察降低电解质温度可以显著提高电流效率，所以逐步承受弱酸性分子比 2.9 至酸性电解质，到 20 世纪 80 年月，分子比降低到接近 2.4，电流效率提高到 8590%。后来，随着自动下料技术尤其是点式下料器和烟气干法净化技术的问世和不断改进，连续降低分子比所带来的氧化铝浓度把握问题和氟化铝的挥发损失问题得到了解决，于是导致了强酸性电解质分子比小于 2.4在预焙铝电解槽上的广泛应用，使电流效率提高到9295%。我国预焙槽从 20 世纪 90 年月初期，随着自动化水平的提高和对现代工艺技术条件生疏的深入，开头试用强酸性电解质。特别是 90 年月

10、中期以来，随着现代化大型槽生产系列的应用，已广泛承受强酸性电解质分子比 2.12.4，这是电流效率突破 92%的重要缘由。人们对电解质成份的争论除了争论其酸碱度分子比外，还包括对数种用于改善电解质性质的添加剂如氟化钙、氟化镁、氟化锂等的争论。这些添加剂尤其是氟化镁曾被普遍地承受尤其是在自焙槽上应用较普遍，但后来随着强酸性电解质在预焙槽上的承受，现代预焙槽不再提倡使用除氟化铝以外的添加剂。第三章第8 节还将具体争论“铝电解质及其性质”。从铝电解 100 多年的历史来看，电解质组成的演化是渐进的，常常是一种组成风行一时，随后逐步改成另外一种组成，而原先的组成照样为很多工厂所承受。所以在同一时期内，

11、各个工厂承受 多大的分子比，要视各厂的电解槽类型、所承受的加料方式、所用的氧化铝品种和来源、烟气净化 方式与水平、操作设备和自动把握系统的自动化程度与水平、操作人员的观念与操作水公正多方面 因素而定。今后是否还会连续提高电解质酸度呢？连续提高酸度无疑还能降低电解质熔点，从而可望连续降低电解质温度，但会带来电解质其他理化性能的恶化如氧化铝的溶解度和溶解速度的降低使沉淀问题无法解决，电解质导电率的降低使槽电压大幅上升等。这些问题在现行技术水平下还无法 解决。关于这一问题将会在“电解质温度与过热度”中连续争论。（3） 电解生产中引起电解质成份分子比变化的因素在生产中，即使只添加分子比固定不变的冰晶石

12、，也不能保证液体电解质的分子比不发生变化，这是由于存在以下影响因素：l熔融电解质不断向外挥发损失的主要成份是氟化铝 AlF3，这是导致电解质简洁碱度提高分子比上升的因素。现代预焙槽生产工艺承受分子比小于 3 的酸性电解质相对于正冰晶石而言，电解质中含有过剩的 AlF ，这更增大了 AlF的挥发损失，即更简洁导致33电解质碱度提高分子比上升。l 氧化铝原料中含有钠元素等碱性杂质，进入电解槽中后与电解质发生化学反响，其作用相当于添加了NaF。这也是一个导致电解质碱度提高分子比上升的因素。l 电解质温度变化热平衡变化会转变液体电解质的成份。这主要是由于温度的变化即热平衡的变化会打破液体电解质与电解槽

13、周边凝固的电解质槽膛之间的动态平衡。由于偏析的缘由，液体电解质凝固时是以接近中性冰晶石的成份进展的，因此对于现代承受酸性电解质低分子比的生产工艺，液态电解质的分子比总是低于结壳的分子比。温度上升导致电解槽周边结壳熔化，从而引起液态电解质碱度提高分子比上升；反之， 温度降低会导致液体电解质在槽膛周边凝固，从而引起电解质酸度提高分子比降低。l 电解槽内衬吸取钠。这是使电解质酸度提高分子比降低的因素，对于启动的电解槽，内衬吸钠格外猛烈，以后渐渐减弱。l 其他因素，如电解质中氧化铝浓度的变化等，对电解质分子比的影响较为简洁。综合上述分析可知，在电解槽渡过了起动期后，引起分子比上升的因素占据主导地位，尤

14、其是现代铝电解工艺承受低分子比2.22.5，因此补充电解质成份主要以补充氟化铝的形式进展。（4） 关于电解质成份的检测与把握由于电解质成份的转变会导致电解质一系列的物理化学性质如初晶温度、导电率、对氧化铝的溶解度和溶解速度等发生变化，从而对电解技术经济指标产生重大影响，因此需要对电解质成份主要是分子比进展检测和把握。圆满的是，直到今日，尚无能在工业现场直接、快速测定分子比的仪器，因此工业生产中，只能定期从电解槽中取电解质样品，到分析室进展检测。目前，工厂一般每隔 47 天取样检测一次。对于现代承受酸性低分子比电解质成份的生产工艺，总的来说，使电解质碱度提高的因素强于使电解质酸度提高的因素，因此

15、正常状况下一般需要不断补充氟化铝 AlF3，这也是现代大型铝电解槽上安装有氟化铝添加装置的缘由。随着技术的进步，电解质成份把握已逐步从过去完全由人工进展，进展到由计算机依据某些参数和把握模型来把握氟化铝添加装置的动作，实现氟化铝添加把握。氟化铝添加把握是现代铝电解槽计算机把握的重要要内容之一，这将在第五章“铝电解槽的计算机把握”中争论。3.1.4 氧化铝浓度氧化铝浓度是指液体电解质中已溶解的氧化铝的含量，一般用重量百分比来表示。氧化铝浓度只有处在一个正常的范围，电解过程才能正常进展。对于现代预焙槽，氧化铝浓度范围一般在1.0%5.5%。（1） 关于氧化铝浓度的变化范围当氧化铝浓度到达某一下限时

16、，电解过程将会发生一种被称为“阳极效应”的现象本章第 4 节将具体介绍，导致电解过程无法正常进展。这个下限值称为阳极效应临界浓度，一般在 1%左右。因此，在电解生产中，氧化铝浓度必需把握在阳极效应临界浓度之上。当氧化铝浓度到达某一上限值后，电解质将不能再溶解氧化铝原料，这个上限值便称为氧化铝饱和浓度或称饱和溶解度，即电解质中的氧化铝含量已饱和，不能再溶解参与的氧化铝。换 言之，假设氧化铝浓度到达了饱和浓度，那么连续下料便会造成沉淀，或者氧化铝以固体形式悬浮 在电解质中。因此，生产中氧化铝浓度的上限便是饱和浓度。随着氧化铝浓度向饱和浓度靠近，产生沉淀的时机便会增大，由于一方面氧化铝的溶解速度随着

17、之变小；另一方面电解质的“容纳力气”变小，简洁消灭局部电解质中氧化铝浓度到达饱和，例 如当从某一局部如下料点参与的氧化铝原料未准时分散开时，该局部的电解质中氧化铝浓度达 到过饱和，导致沉淀产生。考虑到上述缘由，氧化铝浓度一般把握在显著低于饱和浓度的区域。氧化铝的饱和浓度主要与电解质组成和温度有关。分子比降低，电解质温度降低，都会引起氧化铝饱和浓度降低。现代预焙槽为追求高电流效率而承受低分子比、低温技术条件，因此氧化铝的 饱和浓度较低，这是相应地选择较低的氧化铝浓度1.53.5%的重要缘由。（2） 关于氧化铝浓度的检测与把握问题氧化铝浓度是最重要的工艺参数之一，圆满的是，直到今日，尚无能在工业现

18、场直接、快速测定氧化铝浓度的仪器。目前的主要检测方法与分子比的检测类似，即从电解槽中取电解质样品，到分析室进展检测。但工业生产中一般不对氧化铝浓度进展检测，一方面是由于电解过程允许氧化铝浓度在确定范围内变化；另一方面是可以通过一些间接的手段来推断氧化铝浓度是否在适宜的范 围，并加以把握。自上个世纪 70 年月以来，预焙槽的氧化铝浓度把握便主要依靠计算机把握系统。由把握系统把握下料器的下料速率即下料器的动作间隔时间来把握原料的添加。理论上，当下料速率大于电解过程中氧化铝的消耗速率时，氧化铝浓度便会上升，反之则下降。只有当下料速率从整体上与消耗速率持平，才能维持电解槽的物料平衡。事实上存在很多因素

19、引起氧化铝浓度发生变化，相关内容将在本章第 9 节“铝电解的物料平衡”中争论。氧化铝浓度是现代铝电解槽计算机把握的主要内容之一，这将在第五章“铝电解槽的计算机把握”中详述。3.1.5 电解质温度与过热度电解质温度是电解过程最重要的工艺参数之一。另一个与电解质温度亲热相关的参数是电解质过热度，它是指电解质温度与电解质的熔点或称初晶点、初晶温度之差。（1） 关于适宜的过热度选择问题电解质温度必需高出熔点假设干度如 1015，也就是说，必需有确定过热度，电解生产才能正常进展。由于凝固的电解质是不导电的，过热度过低时，电解槽的热平衡稍有波动如出铝、换阳极等人工作业干扰、槽面保温料变化、下料量变化等引起

20、温度波动就会引起槽况消灭很大的波动，如 电压波动，沉淀产生等，使电解槽无法正常运行。固然，过热度也不能过高，过高会影响电流效 率，并加大能量消耗。至于要保持多高的过热度适宜，要看电解槽操作与把握的平稳程度，以前全靠人工来把握下料和调整电压的电解槽，由于温度波动较大，所以过热度保持较高 2025。现代预焙槽承受点式下料器实现准连续的下料，并由先进把握系统精细地调整电压和把握下料过程，因而过热度可以保持较低1012，这是电流效率提高的重要缘由之一。（2） 关于降低电解质温度铝业界始终在想方设法降低电解质温度，由于温度降低意味着电能消耗的降低，并且，争论说明，降低电解质温度能提高电流效率。争论说明，

21、电解质温度每降低 10，电流效率可以提高 2% 左右但前提是降低温度不带来其他工艺条件的恶化。降低电解质温度无疑通过两个途径：降低电解质过热度和降低电解质初晶点。上面的争论说明，降低过热度的程度是有限的，由于现代承受点式下料和计算机把握系统已经将过热度降低到 10，再将降的空间不大。因此，要实现较大幅度的降低电解质温度，就必需设法降低电解质熔点。（3） 关于降低电解质熔点电解质熔点由电解质的成份所打算，例如正冰晶石的熔点是 1009。假设其中参与氧化铝， 使氧化铝浓度保持在 5%10%，则对应的熔点降低到 980960，相应地，电解质温度需要保持在 1000980。为了降低熔点，人们争论了多种

22、可以改进电解质物理化学性质包括降低熔点的添加剂，这导致了 AlF 、CaF 、MgF、LiF 等添加剂的使用使现代铝电解的电解质熔点降低到了 950以下，322相应地，电解质温度降低到了 970以下。特别是添加 AlF3，实质就是降低分子比，在现代大型预焙槽上得到了广泛应用。目前，一些工厂承受了 2.12.2 的分子比相当于在正冰晶石中参与 14.7%12.7%的 AlF ，再加之来电解质3中还含有其他一些成份如自氧化铝原料中元素Ca 使电解质中自然积存了约 5%的 CaF ，使电解2质熔点降低到 930945，相应地电解质温度降低到 945955。（4） 关于降低电解质熔点的相关问题然而，电

23、解质熔点的过分降低会带来电解质其他方面性能的恶化。明显遇到的第一个问题是， 氧化铝的溶解度和溶解速度显著降低，使现行下料把握技术无法避开沉淀的产生，这也是为什么现 代承受低分子比生产的预焙槽需要承受低氧化铝浓度1.5%3.5%的重要缘由。明显遇到的其次个问题，是与槽电压和极距的保持相关的问题。多数添加剂在降低电解质熔点的同时还使电解质的电导率降低，这导致同等极距下电解质的电压降上升，因而槽电压上升。因 此，分子比降低后，往往使铝电解操作者面临两种选择，要么降低极距维持槽电压不变，要么维持 极距不变，让槽电压上升。前种做法可能导致极距不够，槽电压摇摆，抵消了降低槽温带来的好 处；后种做法可能因电

24、压上升而看不到降低槽温对电能消耗指标带来的好处，并且假设电压上升过 多的话，还可能因能量收入增加过多，使降低槽温的目的事实上无法实现，或者会觉察槽温虽然降 低了，但槽膛却化空了由于热收入增多，必定需要热支出相应增多，才能维持电解槽的能量平 衡。基于上述缘由，操作者一般实行折中的方案，即降低分子比的同时，允许槽电压适当上升， 但同时允许极距适当降低，只要槽电压不发生明显波动即可。这个度如何把握，需要操作者在生产 实践中去探究。（5） 关于最正确电解质温度明显，最正确电解质温度应当是最正确的电解质成份所对应的熔点加上最正确的过热度。从上述降低过热度和降低电解质熔点所遇到的困难可知，电解质温度确实定

25、要从多方面考虑， 它有赖于其他技术参数的协作，其温度范围要视电解槽的类型、工艺制度和电解质成份而定。一般地，电解槽的工艺技术条件和电解槽的操作与把握越平稳，则通过调整电解质成份和适当降低过热度来降低电解质温度的空间便越大。（6） 低温铝电解铝工业照旧追求的目标尽管大幅度降低槽温遇到了上述的困难，但低温铝电解照旧是铝工业追求的目标。由于铝的熔点是 660，要得到液体铝，电解温度只要到达800850即可，大约高出铝的熔点150 180。要实现如此低的电解温度，可能需要对现行电解工艺包括铝电解质体系、电极材料以及 电解槽构造进展重大变革，否则降低电解质温度与保持适宜的氧化铝浓度和适宜的极距槽电 压之

26、间的冲突无法解决。（6） 关于电解质温度的检测与把握问题虽然电解质温度是最重要的工艺参数之一，但圆满的是，直到今日，尚未找到既经济，又准确的连续检测电解质温度的方法与装置，这是由于电解质熔体的腐蚀性太猛烈，各类接触式测温方法如承受热电偶测温都只能短时间将探头插入电解质中，时间稍长便腐蚀掉了。而各类非接触式测温方法如红外测温又因受到电解质外表的结壳、炭渣等因素干扰而误差太大。目前，工业生产中，由人工用热电偶仪表定期检测电解质温度，例如每天检测一次。由于连续测温问题未解决，电解质温度的把握是通过把握槽电压或槽电阻等参数来间接把握的。相关的内容将在第五章“铝电解槽的计算机把握”中争论。（7） 其他相

27、关问题关于电解质成份与电解质熔点及其他理化性能的关系将在本章第8 节“铝电解质及其性质”中争论。关于下料对电解质温度热平衡的影响，将在本章第9 节“铝电解的物料平衡”中争论。与电解质温度和过热度相关的很多问题将在本章第10 节“铝电解的能量平衡”中争论。3.1.6 铝水平与电解质水平铝水平与电解质水平分别指铝电解槽中铝液的高度和电解质熔体的高度。这两层液体在电解槽内因密度的差异而分层。现代预焙槽的铝水平和电解质水平一般均在1822cm 之间。（1） 电解槽内保持足够高度电解质水平的作用l 首先，电解槽需要足量的液体电解质来获得电解质成份包括氧化铝浓度稳定性。由于电解质熔体起着溶解氧化铝的作用，

28、只有足量的电解质熔体才对参与的氧化铝原料有足量的“容纳”力气，氧化铝浓度的稳定性才好，电解槽适应下料速率变化的力气较强经得起“饿”，也经得起“撑”。对于现代中间点式下料电解槽，原料几乎全靠中间点式下料器参与，这不同于边部加工的自焙槽原料从边部参与后很大局部先沉积在槽帮，其后渐渐溶解，因此假设电解质水平低，则参与的原料沉淀到槽底的比例快速增大，并且氧化铝浓度波动大，阳极效应次数增加，电解槽的下料把握进入恶性循环。此外，由于电解槽中的液体电解质与凝固的电解质处于一种动态平衡之中，当槽温等参数变化时，动态平衡会被打破，例如槽温上升会引起固相熔化成液相，反之液相凝固成固相。由于固相与液相的组成是有差异

29、的，因此假设液体电解质的量过少，则固相与液相之间的转化会引起电解质成份较大的波动，这对生产过程的稳定不利。l 其次，电解质熔体是电解槽中热量的主要载体，只有足量的电解质熔体才能使电解槽保持足够好的热稳定性，即电解槽适应热量变化的力气较强。l 再者，电解质水平高则阳极与电解质接触面积较大，使槽电压降低。（2） 电解质水平过低与过高所带来的问题l 通过上面的分析可知，电解质水平过低所带来的问题是，电解槽内的液体电解质成份包括氧化铝浓度的稳定性较差，热稳定性也较差，电解槽技术条件简洁波动，简洁产生沉淀，简洁产生阳极效应，并且不利于降低槽电压。l 电解质水平过高带来的问题是，阳极埋入电解质太深，阳极气

30、体不易排出，使铝与阳极气体发生二次反响加剧参见本章第 3 节“铝电解过程的两极副反响”，引起电流效率降低。同时还易造成阳极长包，电解槽的槽膛上口简洁化空。此外，电解质水平太高意味着电解槽的能量收入偏高，不符合尽可能降低能量消耗的原则。（3） 电解槽内保持足够高度铝水平的作用l 首先，电解槽内必需有一层铝液作为电解槽的阴极。由于在电解槽内，电解质中铝离子放电成为金属铝的反响是在铝液镜面上进展的，而不是在阴极炭块的外表进展的。也就是 说，电解槽真正的阴极是铝，而不是阴极炭块。这便是为什么电解槽启动的时候要向电解槽中灌铝的缘由。l 其次，电解槽内需要确定高度的铝液保护阴极炭块和均匀槽底电流。由于金属

31、 Al 液与炭阴极材料外表的润湿性很差，为了不使炭阴极外表暴露于电解质中，电解槽中不得不保持确定高度的铝液。假设铝直接在阴极炭块上析出，还会腐蚀阴极炭块。此外，还需考虑到电解槽随槽龄增长而消灭槽底变形，铝液能填平槽底坑洼不平之处，使电流比较均匀地通过槽底。l 电解槽内需要有足够高度的铝液才能保持电解槽中铝液的稳定进而保持槽电压稳定。假设单从保护阴极炭块和均匀槽底电流的目的考虑，就没有必要保持 20cm 左右的铝水平， 保持如此高的铝水平的更重要缘由是，铝液在电磁力的作用下发生运动并导致铝液与电解质界面的变形，并且铝液高度越低，铝液运动越猛烈。现代铝电解槽的电磁场平衡设计得较好，已能实现将铝水平

32、降低到 15cm 左右，但连续降低照旧抑制不了铝液波动，槽子稳定性差的问题。l 再者，保持适量的铝液是保持良好热平衡的重要根底。由于铝液是热的良好导体，因此能起到均衡槽内温度的作用。特别是，阳极中心部位多余的热量可通过这层良好导体输送到阳极四周，从而使槽内各局部铝液温度趋于均匀。调整槽内铝量可起到调整热平衡的作 用，提高铝水平可增大槽子的散热量，有利于降低槽温；相反，降低铝水平可减小槽子的散热量，有利于提高槽温。现场操作人员常利用这一特性来调整电解槽的热平衡，但属于不得以而为之的措施。正常状况下应当尽量保持电解槽的工艺技术条件稳定。（4） 铝水平过低与过高所带来的问题l 通过上面的分析可知，铝

33、水平过低带来的主要问题是，槽电压波动，电解槽不稳定，不利于槽内热量的均匀与准时疏散，槽温上升，槽膛熔化，简洁形成热槽一种病槽。l 铝水平过高所带来的问题是，传导槽内热量多，槽温下降，槽底变冷而有沉淀，槽底状况恶化等系列问题。关于此局部内容将在第四章第 4 节“铝电解槽的正常生产治理”中连续争论。（5） 关于电解质水平与铝水平的检测与把握电解质水平与铝水平虽然是重要的工艺参数，但直到今日照旧靠手工使用铁钎来检测详见第四章第 5 节“铝电解生产中的常规测量”。由于电解质水平的凹凸受热平衡的影响很大，因此，在依据电解质的吨铝消耗量准时补充冰晶石和氟化铝的根底上，适宜的电解质水平还需要通过保持适宜的热

34、平衡来维持。当电解质过高或过 低时，也可以通过从电解质中抽出撤走液体电解质，或向电解槽中灌入取自其他槽的液体电解质来调整电解质水平。铝水平的调整主要通过调整出铝量来实现。大型预焙槽一般每天出铝一次，出铝时依据下达的出铝量指标，使用真空抬包从槽中抽取铝液。出铝前后，铝水平一般相差 34cm。热平衡变化引起槽膛变化是导致铝水平变化特别的主要缘由，因此象电解质水平一样，适宜的铝水平还需要通过 保持适宜的热平衡来维持。此外，上面已提及，现场操作人员也可以利用调整铝水平来调整电解槽 的热平衡，但一般只有对于热平衡已经不正常的电解槽才承受多出铝或少出铝甚至向电解槽中灌入取自其他电解槽的液体铝，或直接参与固

35、体铝的手段来调整电解槽的热平衡状态。3.1.7 阳极效应系数阳极效应简称效应是指当氧化铝浓度过低或其他参数特别时，阳极工作面上的过电位突然特别上升，导致槽电压特别上升，电解槽不能正常工作的一种特别状态。本章第4 节“铝电解中的阳极效应”中将具体介绍。效应发生后，一般需要马上实行措施添加氧化铝，搅动熔体，运动阳极等来消退成为熄灭效应。现行工艺下，效应的持续时间一般为36 分钟。阳极效应系数是指每台电解槽平均每日发生的效应次数。现代铝电解工艺期望效应系数越低越好，由于效应发生会导致槽电压高达 3050V 直到效应熄灭，引起槽温急剧上升，能量损失和铝损失严峻，特别是效应期间产生大量的严峻破坏大气臭氧

36、层的炭氟化合物气体，故此受到现代环保政策的严格把握。因此，现代电解工艺要求效应系数在0.3 以下。西方兴盛国家的铝厂由于受到环保政策的把握，要求效应系数在0.1 以下。效应系数大小主要取决于氧化铝浓度把握的好坏，同时还受热平衡把握的好坏和阳极质量的好坏的影响。我国大型预焙槽随着自控技术和阳极质量的改进，效应系数可以把握到0.3 以下。传统的电解工艺保持较高的效应系数1.0 左右，这一方面是受过去的自控技术和阳极质量等因素的限制；另一方面是基于对效应的生疏。传统观念认为，效应虽然对电解槽有上述不利影响， 但也有好的一面：首先，效应发生是氧化铝浓度到达低限的标志，利用它可校正电解槽的物料平 衡，消

37、退电解槽中可能产生的沉淀这一点对过去的承受人工下料方式或无先进把握系统的电解生 产系列而言，是把握物料平衡的有效手段；其次，利用阳极效应发生时阳极底掌下的炭渣简洁排 出的特点，可到达起到清理阳极底掌的目的。随着现代工艺技术的改进和操作观念的更，特别是 随着环保要求的严格，效应的弊大于利的观点已普遍被人们承受，将来定会追求无效应操作。3.1.8 槽膛内形电解槽到达正常生产阶段的一个重要标志是槽膛或称炉膛内壁上已经结实地长着一层电解质结23壳“槽帮”，使槽膛有稳定的内形。这层结壳是由沉积在电解槽侧壁上的刚玉 -Al O和冰晶石等组成，它均匀地分布在电解槽侧壁上，形成一个椭圆形的环。由这一圈结壳所规

38、定的槽膛内壁外形，称为“槽膛内形”。（1） 槽膛的作用构成槽膛的这层结壳是电和热的不良导体，能够阻挡电流从槽侧部通过，抑制电流漏损，并削减电解槽的热损失，同时它还能保护着阳极四周的槽底。另一个重要作用是把槽底上的铝液挤到槽中心部位，使铝液的外表收缩，有利于提高电流效率。因此，现代铝电解生产上格外重视槽膛内 形，要求槽膛规整而又稳定，让电流均匀地通过槽底，防止其局部集中。铝电解槽因有槽帮的存在而在确定范围内具有很强的自我调整力气。最突出的是电解质温度和热平衡自我调整。因此，正常电解生产中某些操作不当，乃至槽况某时的较小波动，都会因有槽帮的存在，而由电解槽自我调整，重向平衡状态靠拢，无需太多的人工

39、干预。这就确保了正常生产和操作的顺当进展，乃至把握系统的容错运行，降低了操作和维护的强度。槽帮在电解槽中对于侧部内衬材料来说相当于一种永久不受侵蚀的保护层，保护内衬不受电解质熔体的侵蚀。在电解槽中，保证槽帮的存在是延长铝电解槽寿命的重要条件和手段。（2） 槽膛内形的特征尺寸槽膛内形的典型尺寸如图 3-2 所示，主要有：l 槽帮厚度：指槽膛侧部槽帮最薄部位的厚度。该部位一般在电解质与铝液界面四周。l 伸腿长度：指槽膛底部的“伸腿”进入阳极投影之下的局部的长度。l 伸腿高度：指槽膛底部的“伸腿”进入阳极投影之下的局部的高度。阳极槽帮厚伸腿长伸腿高图 3-2 槽膛内形的特征尺寸槽帮厚度能反映槽膛大小，因此重要。伸腿的大小和外形之所以重要，是由于理论争论和生产实践均说明，伸腿假设太平坦和太长，会导致铝液中产生很大的水平电流，从而产生很大的垂直磁力，引起铝液波动，最终结果是造成槽况不稳定主要表现为槽电压波动，因而降低电流效率。