一种预焙铝电解槽电流强化与高效节能的方法技术

本发明专利技术公开了一种预焙铝电解槽电流强化与高效节能的方法，在铝电解槽的电解过程中，采用“五低三窄一高”工艺，主要技术参数：电解温度为９２０～９３５℃，过热度控制在８～１２℃，氧化铝质量浓度１．８～２．５％，阳极效应系数≤０．０２，槽电压为３．６０～３．９０Ｖ，阳极电流密度大于等于０．８Ａ／ｃｍ２，同时，开发出与工艺相配套的智能多环协同优化与控制技术，从而实现预焙铝电解槽电流强化和节能的目的。实践证明，该预焙铝电解槽电流强化与高效节能的方法能在大幅提升阳极电流密度的同时显著降低槽电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铝电解
，具体涉及一种预焙铝电解槽电流强化与高效节能的 方法。
技术介绍
100多年来，工业铝电解生产一直沿用Hall-Heroult法传统工艺，尽管其基本原 理不变，但其生产工艺技术却取得了较大的发展。对于我国铝电解技术而言，其工艺及其控 制技术大致经历了四个阶段第一阶段(建国初期至上世纪70年代中期)早期我国采用的自焙铝电解槽技 术，其工艺特点是槽工作设定电压4. 25V，分子比高2. 7 2. 8，电解温度高960 980°C， 电流效率低84 86%，人工边部下料，阳极效应系数高0. 3 1. 0。典型的“一低四高”工 艺，其工艺与控制水平相对落后，直流电耗高达15000kWh/t. Al。第二阶段(上世纪70年代中期至上世纪80年代)上世纪八十年代，我国引进了 的“日轻” 160kA电解工艺技术，当时采用的是定时下料，在连续下料10次后停止下料，等待 阳极效应，其工艺特点为槽工作电压3. 99V，槽温960 970°C，分子比2. 8 3. 0，阳极效 应系数1. 0 1. 2，电流效率87. 5%，直流电耗13800kwh/t. Al。尽管该工艺技术槽工作电 压较低，但是其电解温度高，电流效率低，且氧化铝浓度控制不理想，阳极效应系数明显偏 高，导致吨铝直流电耗仍高达13800kWh。第三阶段(上世纪90年代至本世纪初)上世纪九十年代至21世纪初，由于控制 技术和装备水平的提高，我国大型预焙铝电解槽采用点式下料，通过自适应控制技术的开 发，提高了氧化铝浓度控制技术。在生产工艺技术方面，提出了“四低一高”工艺技术，即低 分子比，低阳极效应系数，低电解温度，低氧化铝浓度，高极距(高槽电压)。其工艺技术指 标为槽工作电压4. 20 4. 25V，电流效率从87. 5%提高至93%左右，其原铝吨铝直流电 耗达到13300kWh。第四阶段(近5 7年)随着国家对铝电解高耗能行业节能要求的提高，铝工业 面临着更为严峻的节能挑战。各个铝电解企业针对自己的实践，呈现各自的节能工艺控制 技术，如“九区控制”，即是一种基于电解质初晶温度(过热度)和电解质温度测量值的分 子比与设定电压综合控制法。还有些企业采用“折中路线”，即适当降低分子比、电解温度的 同时，适当降低槽工作电压，以便获得较好的技术经济指标。2009年，我国原铝平均直流电 耗降低到13118kWh/t-Al，而反映铝电解生产过程中温室气体(PFC)排放水平的阳极效应 系数也已大大降低，一般将阳极效应系数控制在0. 05 0. 1次/槽 日范围内。从我国铝电解技术发展进程来看，通过采用和实现不同的铝电解工艺技术条件及 其控制算法，其吨铝电耗指标由最初的15000kWh降低到当前的13300kWh左右，影响显著， 且进步明显。尽管如此，其电能利用率依然不足50%，离“零效应”目标还有一定差距，生产 过程中仍产生大量的温室气体，铝电解工业面临的节能减排压力巨大。为此，有必要提出更 好的方法，对原工艺进行优化与控制技术升级，实现铝电解大幅度节能减排的目标。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，该预焙铝电 解槽电流强化与高效节能的方法能在大幅提升阳极电流密度的同时显著降低槽电压。本专利技术的技术解决方案如下，其特征在于，在铝电解槽的电解 过程中，技术参数为电解温度为920 935°C，过热度控制在8 12°C，氧化铝质量浓度 1. 8 2. 5%，阳极效应系数彡0. 02，槽电压为3. 60 3. 90V,阳极电流密度提升至0. 8 1. 0A/cm2,从而实现预焙铝电解槽电流强化和节能的目的。采用智能多环协同优化与控制方法，具体为基于多目标综合优化、多参数临界状 态动态智能辨识的智能多环协同优化与控制，所述的多目标为高电效、低电耗、低排放、高 稳定，所述的多参数为临界极距、临界过热度和临界氧化铝浓度，所述的多环为物料平衡控 制环、热平衡控制环和稳定性控制环。本专利技术采用采用“五低三窄一高”工艺。下料控制与极距调整的关系中，氧化铝质量浓度跟踪期间采用下料控制，人工改 变控制参数时，采用极距调整方式进行控制；在热平衡及极距与目标偏差大时，采用极距调 整，反之采用下料控制。本专利技术的技术构思针对我国炼铝电力成本高(电费占生产成本高达45%左右)、阳极电流密度偏低 (0. 72A/cm2左右)、且高电效与低电耗难以同时平稳实现的问题，本专利技术提出并开发了“五 低三窄一高”新工艺及其配套的智能多环协同优化与控制技术，即可在大幅提升阳极电流 密度的同时显著降低槽电压的高效节能型铝电解新工艺及其控制技术。(1) “五低一高”工艺本专利技术开发的“五低一高”工艺技术，即以低温、低过热度、低氧化铝浓度、低槽电 压、低效应系数、高电流密度、高阳极电流密度为主要特征。以“五低”追求电解过程的高电 效、低电耗和低排放、以“一高”追求电解过程强化增效并满足低电压下的热平衡要求。铝 电解的理论研究及工业生产实践表明，要实现高电流效率，必须采用低温、低过热度、低氧 化铝浓度电解工艺；要实现减排与节能，要尽可能采用低效应甚至“零效应”电解工艺。对于我国预焙铝电解槽阳极电流密度设计值偏低的特点，采用低电压电解工艺， 必须适当强化电流才能获得较理想的热平衡。通过160kA、200kA、300kA和400kA等多种槽 型的研究表明，将槽电压降至3. 60V 3. 90V的范围内时，电流适当强化才能有利于电解槽 获得理想的热平衡，并对提高电流效率发挥有利的作用。国外高阳极电流密度O0.95A/ cm2)的道路已证明能获得较高的电流效率(94 96%)。理论上而言，提高阳极电流密度 便相应地提高了阴极电流密度越高，而阴极电流密度越高，单位铝液镜面上原铝的产出量 就越高，原铝产出量所分摊的铝二次反应损失量就变少了，电流效率相应提高。电解温度和 过热度的高低对铝电解电流效率影响较大，且电解温度和过热度越高，铝的二次反应加剧， 电流效率损失增大；而低温和低过热度有利于提高电流效率，但是，电解质对氧化铝的溶解 能力下降，为此，必须开发出相应的控制技术，以实现在“低而窄”的浓度控制范围。基于上述，本专利技术技术提出相对较低的电解温度(920 935°C)、相对较低的过热度(8 12°C )、相对较低的氧化铝浓度(1.8 2. 5% )、尽可能低的阳极效应系数 (≤0. 02)、相对较低的槽电压(3. 60 3. 90V)和相对较高的阳极电流密度(0. 8 1. OA/ cm2)，并简称为“五低”和“一高”。至于“低”和“高”的程度则不能绝对化，而是要针对一个 电解系列的实际设计与装备水平和相关条件来进行针对性研究与设计。智能多环协同优化与控制技术1) “三窄”理念的提出在现实生产中，两个采用相同槽型和相近工艺技术参数的电解系列却有大不相同 的技术经济指标，其中一个很重要的原因是，尽管从生产报表中看到的电解槽工艺技术参 数是相近的，但电解槽实际运行过程中工艺技术参数的波动范围可能大不一样。假如从生 产报表中看到的电解系列的分子比同样都为2. 3，但其中一个系列中分子比的波动范围是 2. 1 2. 5，而另一个系列是2. 2 2. 4，则显然波动范围小的那个电解系列的电解槽稳定性 好些，对应的技术经济本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预焙铝电解槽电流强化与高效节能的方法，其特征在于，在铝电解槽的电解过程中，技术参数为：电解温度为９２０～９３５℃，过热度控制在８～１２℃，氧化铝质量浓度１．８～２．５％，阳极效应系数≤０．０２，槽电压为３．６０～３．９０Ｖ，阳极电流密度提升至０．８～１．０Ａ／ｃｍ↑［２］，从而实现预焙铝电解槽电流强化和节能的目的。

【技术特征摘要】
一种预焙铝电解槽电流强化与高效节能的方法，其特征在于，在铝电解槽的电解过程中，技术参数为电解温度为920～935℃，过热度控制在8～12℃，氧化铝质量浓度1.8～2.5％，阳极效应系数≤0.02，槽电压为3.60～3.90V，阳极电流密度提升至0.8～1.0A/cm2，从而实现预焙铝电解槽电流强化和节能的目的。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李劼，肖胜华，吕晓军，丁凤其，邹忠，赖延清，张宏安，张红亮，丁振涛，张文根，刘驰，谢长春，万玉浩，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]