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摘要：节能降耗一直是铝电解生产的重要工作，也是当今铝电解工作者追求的目标。本文通过生产实践，结合电解理论知识，对当今铝电解生产节能提出自己的见解。
关键词：直流电耗热平衡炉膛内形
Abstract: energy consumption has been an important work of electrolytic aluminum production, aluminum electrolytic workers is the pursuit of the goal. Through production practice, combined with electrolytic theory knowledge, the aluminum electrolytic production of energy-saving put forward their own views.
Keywords: DC power consumption and heat balance in the furnace shape
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1 概述
电解铝工业是耗电大户，其电耗成本占吨铝总成本的30～40％左右。由此可见，如果做好电解工艺的节能降耗工作，大力度的降低吨铝直流电耗，则可有效提高公司的经济效益。
直流电通过电解槽所产生的电能，主要起到两个作用：一个作用是使氧化铝分解而生成金属铝，其中一部分电能直接转变为化学能；另一个作用是产生热能，给电解槽提供在高温下进行正常生产所需的能量。使电解槽具有良好的热平衡状态是电解生产一线管理者所追求的重要目标之一，因为它是实现铝电解槽高效率、低能耗生产技术的保证。
2 热平衡原理
电解槽能否正常平稳的生产，主要取决于热平衡是否良好，即：电解槽的热量收入与支出是否相等。
2．1 电解槽热量收入
电解槽的热量收入来自于电能。电解槽热量收入多少实际上就是电流对槽子做了多少有用功，一般地将电流从电解槽的阳极到阴极这一段电路所产生的电能称为有用功，该电路上的电压称为有功电压。有功电压由五项组成，包括阳极电压降、电解质电压降、槽底电压降、极化电压、效应电压。
在铝电解实际的生产过程中，电解质电压降和效应电压对电解槽热收入的影响比较大。如：抬阳极提高极距，电解质压降会随之增大，相应地发出的热量也会随之增多，电解槽因此而收入的热量就会增加；效应频发且时间过长，也会使电解质温度升高，电解槽的热收入增加。再有，槽底沉淀多，槽底有结壳，会使炉堂变小，槽电压升高，其也会使电解槽的热收入增多。
2. 2 电解槽热支出（电解槽得到的热量主要消耗在三方面）
2.2.1 补偿化学反应能
分解氧化铝所需的全部化学反应能简称化学反应能。在正常情况下，电流强度稳定，电压无多大变化，此时可以认为化学反应能是不变化的。但如果电流效率大大降低时，所需化学反应能就会大大减少，则电解槽的热支出就会不得不大大增加。
2.2.2 添加物料所消耗的热能
生产时不断的加入大量的物料，而这些物料都必须从常温加热到与电解槽槽温相同时才能有效的参与金属铝的生成。这一过程需要消耗大量的热能。
2.2.3电解槽的热损失
电解槽的热损失主要是指电解槽向四周散失的热量和更换阳极、特殊加工所损失的热量，这是电解槽热支出中热量损失最大的一项，占热量总收入的56％～73％，它的影响最大。
2.3 热平衡的确定
电解槽的热平衡是铝电解生产中的核心理论和技术内容之一。当电解槽处于热平衡状态时，热平衡测定的理论基础是铝电解槽的能量平衡方程式：
W输入－△H0－Q热损失=0式（1）
或称之为热平衡方程式。在式（1）中，W输入为单位时间内输入热平衡体系内的能量；△H0为在单位时间内用于电解所需要的能量，；Q热损失为单位时间内电解槽热平衡体系的热损失量。
为了准确测量铝电解槽体系散热损失，需要在槽体系与环境之间的界面上，布置许多测点，并且要求这些测点具有代表性，既能够满足测量的目的，又能够通过测量数据体现铝电解槽区域能量分布特征。此外需测量排风口烟气温度及环境温度。
3电解工艺节能降耗的途径
3.1提高电流效率
对于铝电解生产来说，提高电流效率，降低电耗是所有铝工业工作者们共同关心和研究的重大课题。电流效率的下降，其主要原因是电解出来的铝又溶于电解质中，由此转到阳极附近与CO2气泡接触后被CO2氧化成AL2O3，即铝的二次反应，Al+CO2→AL2O3+CO。造成铝损失的关键因素是铝在电解质中的溶解度和扩散速度，影响铝的溶解度和扩散速度的关键因素又是电解温度，电解温度越高，铝的溶解量增多，同时电解质的流动性也变好了，从而扩散速度加快。所以，采用低温电解法来提高电流效率。低溫电解法的实现一般采用添加氟化铝得方法来降低电解质的初晶温度，从而降低电解温度。另外，采用低分子比电解质也可以减少钠离子的放电机会，从而提高电流效率。
3.1.1规整的炉膛
良好的槽膛，一般是指槽底洁净，侧部能形成规整的槽帮。规整的炉膛内形，可使电流磁场分布更加均匀，可以防止侧部跑电(减少水平电流)，可以减弱铝水波动，可使工作电压更加平稳(减少二次反应)，可以防止阳极病态出现（如长包、掉块等），可以降低炉底压降，
3.1.2低温电解
力争低温生产时提高电流效率是节能降耗的一个有效途径。降低电解温度有两重含义，一是降低电解初晶温度；二是降低电解质过热度。
3.1.3适当增大生产槽再产铝量
适当提高铝水平，降低阳极中心温度，从而减少铝的二次反应，提高电流效率。
3.2降低效应系数
电解槽效应频发或效应时间过长是增加电耗的另一个重要因素。随着铝电解工业技术的不断发展，铝电解生产工作者们对效应的认识也在转变，普遍认为效应对电解槽是害大于利的。目前，国外的一些铝电解企业的效应系数控制到0.01次/槽·日，还有少数企业达到无效应生产，国内企业效应系数也由原来的0.3次/槽·日，降低到现在的0.1次/槽·日以下，仅此一项每年就可节约大量成本。同时，为了进一步做好节能降耗工作，将效应持续时间由原来的5～6min缩短为现在的2～3min。降低效应系数主要应从升级优化模糊控制系统、改进供（下）料系统、优化工艺技术条件等方面着手。
4 合理调整工艺技术条件
合理匹配工艺技术条件，如槽温、分子比、两水平、设定电压优化组合可以有效地控制了阳极效应的发生。若效应系数明显降低，槽况良好，则吨铝直流电耗就会明显降低。
4.1降低设定电压
在电流基本稳定的情况下，电压的高低决定电解槽热收入多少，是电解槽能量平衡的重要因素，槽温是各种参数是否匹配的综合反映，只有槽温稳定在935~945℃,电解槽才具有好的经济技术指标；电解槽的工作电压与槽的电耗关系：
W＝V平均电压/0.3356η 式（2）
其中：W—吨铝平均电耗（kWh/tAl）
η—电流效率（%）
V平均电压—单槽的平均电压（V）
吨铝直流电耗决定于两个因素，一是平均电压，二是电流效率，平均电压的降低和电流效率的提高，皆能使吨铝电耗降低。故可以通过降低平均电压来降低吨铝直流电耗。
5 结束语
电解生产是各项技术条件综合作用的反映，各项技术条件之间存在着相辅相承的关系，保持技术条件的平稳性，建立热平衡的前提下，减少无效电压。 主要需做好如下几个方面的工作：
①保持技术条件的平稳生产；
②提高操作质量，降低效应系数，保持规整的炉膛；
③加强保温，减少热损失；
④实现低温、低分子比电解，提高电流效率。
其中某一项技术条件发生变化，其他技术条件也会随之改变，并且影响电解槽的正常生产、严重时引发病槽、发生病槽后电流效率下降，电耗增高，所以，确保技术条件的平稳性，保证电解槽的稳定生产、最大限度地提高电流效率，可以降低吨铝直流电耗。
参考文献：
〔1〕邱竹贤. 铝冶金物理化学〔M〕上海科技出版社出版，1988
〔2〕邱竹贤. 铝电解[M]. 北京：冶金工业出版社，1995
关键词：直流电耗热平衡炉膛内形
Abstract: energy consumption has been an important work of electrolytic aluminum production, aluminum electrolytic workers is the pursuit of the goal. Through production practice, combined with electrolytic theory knowledge, the aluminum electrolytic production of energy-saving put forward their own views.
Keywords: DC power consumption and heat balance in the furnace shape
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1 概述
电解铝工业是耗电大户，其电耗成本占吨铝总成本的30～40％左右。由此可见，如果做好电解工艺的节能降耗工作，大力度的降低吨铝直流电耗，则可有效提高公司的经济效益。
直流电通过电解槽所产生的电能，主要起到两个作用：一个作用是使氧化铝分解而生成金属铝，其中一部分电能直接转变为化学能；另一个作用是产生热能，给电解槽提供在高温下进行正常生产所需的能量。使电解槽具有良好的热平衡状态是电解生产一线管理者所追求的重要目标之一，因为它是实现铝电解槽高效率、低能耗生产技术的保证。
2 热平衡原理
电解槽能否正常平稳的生产，主要取决于热平衡是否良好，即：电解槽的热量收入与支出是否相等。
2．1 电解槽热量收入
电解槽的热量收入来自于电能。电解槽热量收入多少实际上就是电流对槽子做了多少有用功，一般地将电流从电解槽的阳极到阴极这一段电路所产生的电能称为有用功，该电路上的电压称为有功电压。有功电压由五项组成，包括阳极电压降、电解质电压降、槽底电压降、极化电压、效应电压。
在铝电解实际的生产过程中，电解质电压降和效应电压对电解槽热收入的影响比较大。如：抬阳极提高极距，电解质压降会随之增大，相应地发出的热量也会随之增多，电解槽因此而收入的热量就会增加；效应频发且时间过长，也会使电解质温度升高，电解槽的热收入增加。再有，槽底沉淀多，槽底有结壳，会使炉堂变小，槽电压升高，其也会使电解槽的热收入增多。
2. 2 电解槽热支出（电解槽得到的热量主要消耗在三方面）
2.2.1 补偿化学反应能
分解氧化铝所需的全部化学反应能简称化学反应能。在正常情况下，电流强度稳定，电压无多大变化，此时可以认为化学反应能是不变化的。但如果电流效率大大降低时，所需化学反应能就会大大减少，则电解槽的热支出就会不得不大大增加。
2.2.2 添加物料所消耗的热能
生产时不断的加入大量的物料，而这些物料都必须从常温加热到与电解槽槽温相同时才能有效的参与金属铝的生成。这一过程需要消耗大量的热能。
2.2.3电解槽的热损失
电解槽的热损失主要是指电解槽向四周散失的热量和更换阳极、特殊加工所损失的热量，这是电解槽热支出中热量损失最大的一项，占热量总收入的56％～73％，它的影响最大。
2.3 热平衡的确定
电解槽的热平衡是铝电解生产中的核心理论和技术内容之一。当电解槽处于热平衡状态时，热平衡测定的理论基础是铝电解槽的能量平衡方程式：
W输入－△H0－Q热损失=0式（1）
或称之为热平衡方程式。在式（1）中，W输入为单位时间内输入热平衡体系内的能量；△H0为在单位时间内用于电解所需要的能量，；Q热损失为单位时间内电解槽热平衡体系的热损失量。
为了准确测量铝电解槽体系散热损失，需要在槽体系与环境之间的界面上，布置许多测点，并且要求这些测点具有代表性，既能够满足测量的目的，又能够通过测量数据体现铝电解槽区域能量分布特征。此外需测量排风口烟气温度及环境温度。
3电解工艺节能降耗的途径
3.1提高电流效率
对于铝电解生产来说，提高电流效率，降低电耗是所有铝工业工作者们共同关心和研究的重大课题。电流效率的下降，其主要原因是电解出来的铝又溶于电解质中，由此转到阳极附近与CO2气泡接触后被CO2氧化成AL2O3，即铝的二次反应，Al+CO2→AL2O3+CO。造成铝损失的关键因素是铝在电解质中的溶解度和扩散速度，影响铝的溶解度和扩散速度的关键因素又是电解温度，电解温度越高，铝的溶解量增多，同时电解质的流动性也变好了，从而扩散速度加快。所以，采用低温电解法来提高电流效率。低溫电解法的实现一般采用添加氟化铝得方法来降低电解质的初晶温度，从而降低电解温度。另外，采用低分子比电解质也可以减少钠离子的放电机会，从而提高电流效率。
3.1.1规整的炉膛
良好的槽膛，一般是指槽底洁净，侧部能形成规整的槽帮。规整的炉膛内形，可使电流磁场分布更加均匀，可以防止侧部跑电(减少水平电流)，可以减弱铝水波动，可使工作电压更加平稳(减少二次反应)，可以防止阳极病态出现（如长包、掉块等），可以降低炉底压降，
3.1.2低温电解
力争低温生产时提高电流效率是节能降耗的一个有效途径。降低电解温度有两重含义，一是降低电解初晶温度；二是降低电解质过热度。
3.1.3适当增大生产槽再产铝量
适当提高铝水平，降低阳极中心温度，从而减少铝的二次反应，提高电流效率。
3.2降低效应系数
电解槽效应频发或效应时间过长是增加电耗的另一个重要因素。随着铝电解工业技术的不断发展，铝电解生产工作者们对效应的认识也在转变，普遍认为效应对电解槽是害大于利的。目前，国外的一些铝电解企业的效应系数控制到0.01次/槽·日，还有少数企业达到无效应生产，国内企业效应系数也由原来的0.3次/槽·日，降低到现在的0.1次/槽·日以下，仅此一项每年就可节约大量成本。同时，为了进一步做好节能降耗工作，将效应持续时间由原来的5～6min缩短为现在的2～3min。降低效应系数主要应从升级优化模糊控制系统、改进供（下）料系统、优化工艺技术条件等方面着手。
4 合理调整工艺技术条件
合理匹配工艺技术条件，如槽温、分子比、两水平、设定电压优化组合可以有效地控制了阳极效应的发生。若效应系数明显降低，槽况良好，则吨铝直流电耗就会明显降低。
4.1降低设定电压
在电流基本稳定的情况下，电压的高低决定电解槽热收入多少，是电解槽能量平衡的重要因素，槽温是各种参数是否匹配的综合反映，只有槽温稳定在935~945℃,电解槽才具有好的经济技术指标；电解槽的工作电压与槽的电耗关系：
W＝V平均电压/0.3356η 式（2）
其中：W—吨铝平均电耗（kWh/tAl）
η—电流效率（%）
V平均电压—单槽的平均电压（V）
吨铝直流电耗决定于两个因素，一是平均电压，二是电流效率，平均电压的降低和电流效率的提高，皆能使吨铝电耗降低。故可以通过降低平均电压来降低吨铝直流电耗。
5 结束语
电解生产是各项技术条件综合作用的反映，各项技术条件之间存在着相辅相承的关系，保持技术条件的平稳性，建立热平衡的前提下，减少无效电压。 主要需做好如下几个方面的工作：
①保持技术条件的平稳生产；
②提高操作质量，降低效应系数，保持规整的炉膛；
③加强保温，减少热损失；
④实现低温、低分子比电解，提高电流效率。
其中某一项技术条件发生变化，其他技术条件也会随之改变，并且影响电解槽的正常生产、严重时引发病槽、发生病槽后电流效率下降，电耗增高，所以，确保技术条件的平稳性，保证电解槽的稳定生产、最大限度地提高电流效率，可以降低吨铝直流电耗。
参考文献：
〔1〕邱竹贤. 铝冶金物理化学〔M〕上海科技出版社出版，1988
〔2〕邱竹贤. 铝电解[M]. 北京：冶金工业出版社，1995