一种全石墨化阴极铝电解槽生产控制方法与流程
1.本发明涉及电解铝技术领域，尤其涉及一种全石墨化阴极铝电解槽生产控制方法。
背景技术：
2.铝电解生产工艺为融盐电解法，铝工业发展初期为小型自焙电解槽，随着电解技术的不断进步，淘汰自焙槽，建立80ka、180ka等小型预焙电槽，后来逐步发展到200ka、240ka、280ka、300ka、350ka、400ka、500ka、600ka等大型预焙电解槽，但电解槽阴极结构一直采用gs-3或gs-5材质，阴极压降高，导电性较弱等问题制约生产电压的降低，电耗水平较高。
3.目前，国内电解铝行业在节能、降碳背景下，开发低能耗电解阴极技术是铝行业面临的难题。近年来，在电解槽技术革命中，石墨化阴极脱颖而出，石墨化阴极具有低电阻、高导电性能，应用于电解槽中后具有电阻率低、抗侵蚀能力强、抗热震性能好等优势。但是，由于石墨化阴极导热率高，传热性好，造成电解槽散热大、工艺控制难度大，电解槽运行过程中参数容易波动，热收入不足，热散出增加，电解槽冷行程加大等因素导致全石墨化阴极优势难以发挥，能耗指标得不到改善。
技术实现要素：
4.鉴于此，本发明提供了一种全石墨化阴极铝电解槽生产控制方法。本发明是对全石墨化阴极铝电解槽全生命周期进行工艺标准化，使全石墨化阴极铝电解槽达到稳定生产、降低能耗、延长寿命的目的。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.一种全石墨化阴极铝电解槽生产控制方法，采用所述全石墨化阴极铝电解槽进行电解铝生产，生产过程分为依次进行的启动后期和正常生产期；
7.所述正常生产期中，电解槽的电解质水平为180～200mm，铝水平为190～230mm，分子比为2.35～2.45，电解温度为935～945℃，氧化铝浓度为1.5～2.5wt％，设定电压为3.80v。
8.优选的，所述启动后期自全石墨化阴极铝电解槽启动后到运行120天止；所述正常生产期自全石墨化阴极铝电解槽运行120天之后开始计。
9.优选的，按照槽龄将所述正常生产期分为3个阶段，分别记为第一阶段、第二阶段和第三阶段，所述第一阶段自121天起到5年止，所述第二阶段自第6年起到第8年止，所述第三阶段为8年以上；
10.所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的电解质水平独立地为180～200mm；
11.所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的铝水平依次增加，增加幅度为10～20mm，所述第一阶段的铝水平为190～210mm；
12.所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的分子比独立地为2.30～2.45；
13.所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的电解温度独立地为935～945℃；
14.所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的氧化铝浓度独立地为1.5～2.5wt％。
15.优选的，所述启动后期分为依次进行的建炉帮期和调整期，所述建炉帮期的时间为90天，所述调整期为30天；
16.所述建炉帮期电解槽的电压管理标准为：启动后第1天电压保持为6.0～7.0v，第2～4天每天降低0.5v，第5～9天每天降低0.1v，第10～31天电压保持不变，第32～90天按比例将电压降到3.80v，在第32～90天内，每天的电压降低幅度为3～4mv。
17.优选的，所述建炉帮期中，电解槽第1～30天的电解质水平为250～350mm，第31～90天的电解质水平为180～210mm。
18.优选的，所述建炉帮期中，电解槽的铝水平为170～190mm，分子比＞3.0，氧化铝浓度为1.5～2.5wt％。
19.优选的，所述建炉帮期中，电解槽第1～30天、第31～60天和第61～90天的电解温度依次降低，降低幅度为10℃，所述第1～30天的电解温度为965～980℃。
20.优选的，所述建炉帮期中，电解槽的电流效率为85～90％。
21.优选的，所述正常生产期内电解槽内铝液的铁含量为0.05wt％以下，硅含量为0.03wt％以下。
22.优选的，所述全石墨化阴极铝电解槽的容量为500ka。
23.本发明提供了一种全石墨化阴极铝电解槽生产控制方法，采用所述全石墨化阴极铝电解槽进行电解铝生产，生产过程分为依次进行的启动后期、正常生产期；所述正常生产期中，电解槽的电解质水平为180～200mm，铝水平为190～230mm，分子比为2.35～2.45，电解温度为935～945℃，氧化铝浓度为1.5～2.5wt％，设定电压为3.80v，平均电压为3.85v；本发明根据全石墨化阴极电阻小、散热大的牲征，采用电解生产能量平衡管理模式，根据电能收入和热能支出确定工艺技术标准，保持电解生产的能量平衡关系；具体的，本发明在电解槽的正常生产期，采用“低电压、低铝水平、低分子比、低氧化铝浓度、低炉底压降、高电解质水平”的“五低一高”工艺技术控制思路，能够稳定电解生产，降低直流电耗。采用本发明的方法对全石墨化阴极铝电解槽的正常生产期进行控制，炉底压降控制在200mv以下，电流效率达到93.5％，效应系数低至0.05次/槽日，有利于四氟化碳的降低，吨铝直流电耗低于12300kwh/t.al，为节能、降碳创造了条件，并且正常生产期铝液杂质含量低，铁含量0.05％以下，硅含量0.03％以下，有利于制备高品质产品。
24.进一步的，在电解槽启动后期，本发明采用“3+1”管理标准，执行高电压、高电解温度、高分子比、低铝水平、低氧化铝浓度、低效应系数的“三高三低”工艺标准，在高电解温度、高分子条件下建立坚固的炉帮。
具体实施方式
25.本发明提供了一种全石墨化阴极铝电解槽生产控制方法，其特征在于，采用所述全石墨化阴极铝电解槽进行电解铝，生产过程分为依次进行的启动后期和正常生产期；
26.所述正常生产期中，电解槽的电解质水平为180～200mm，铝水平为190～230mm，分子比为2.35～2.45，电解温度为935～945℃，氧化铝浓度为1.5～2.5wt％，设定电压为3.80v，平均电压为3.85v。
27.在本发明中，采用所述全石墨化阴极铝电解槽进行电解铝具体是指采用氧化铝熔盐电解法，电解铝所用原料如氧化铝、氟化铝、冰晶石、碳阳极等均按照相关国家或行标控制。
28.在本发明中，所述全石墨化阴极铝电解槽的容量优选为500ka，具体为500ka系列预焙阳极电解槽。
29.在本发明中，具体是将全石墨化阴极铝电解槽先进行焙烧启动，然后进入生产过程，生产过程分为依次进行的启动后期和正常生产期；本发明对焙烧启动的操作条件没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法启动电解槽即可。
30.在本发明中，所述启动后期提自指全石墨化阴极电解槽启动后到运行120天止；所述正常生产期是指自全石墨化阴极铝电解槽运行120天之后开始计，在本发明的具体实施例中，全石墨化阴极铝电解槽的总运行时间为10年，其中的正常生产期为第121天之后的时间段。
31.在本发明中，所述启动后期分为依次进行的建炉帮期和调整期，所述建炉帮期的时间优选为90天，所述调整期优选为30天。
32.在本发明中，所述建炉帮期电解槽的电压管理标准为：启动后第1天电压保持为6.0～7.0v，第2～4天每天降低0.5v，第5～9天每天降低0.1v，第10～31天电压保持不变，第32～90天按比例将电压降到3.80v，在第32～90天内，每天的电压降低幅度为3～4mv。具体的，第2天电压保持为5.5～6.5v，第3天电压保持为5.0～6.0v，第4天电压保持为4.5～5.5v，第5天电压保持为4.4～5.4v，第6天电压保持为4.3～5.3v，第7天电压保持为4.2～5.2v，第8天电压保持为4.1～5.1v，第9天电压保持为4.0～5.0v，第10天～31天电压保持为4.0～5.0v；第2月、第3月按比例电压小幅(每天降低幅度为3～4mv)降到3.80v。本发明按照上述方法管理建炉帮期电解槽的电压，能够在高温、高分子比下建立坚固、稳定的炉帮，有利于在正常生产阶段工艺控制标准下不被破损炉帮，提高生产稳定性，提高电流效率，降低电耗。
33.在本发明中，所述建炉帮期中，电解槽第1～30天的电解质水平优选为250～350mm，更优选为260～320mm，第31～90天的电解质水平优选为180～210mm，更优选为190～200mm。
34.在本发明中，所述建炉帮期中，电解槽的铝水平优选为170～190mm，更优选为180～185mm，分子比优选＞3.0，更优选为大于3.0v小于3.5v，氧化铝浓度优选为1.5～2.5wt％，更优选为1.8～2.0wt％。
35.在本发明中，所述建炉帮期中，电解槽第1～30天、第31～60天和第61～90天的电解温度(即槽温)依次降低，降低幅度为10℃，所述第1～30天的电解温度优选为965～980℃，第31～60天的电解温度优选为955～970℃，第61～90天的电解温度优选为945～960℃。
36.在本发明中，所述建炉帮期中，采用上述方法控制电解槽，电解槽的电流效率为85～90％，效应系数为0.05次/日，炉底压降为200mv以下。
37.在电解槽启动后期，本发明采用“3+1”控制模式，提出“三高三低”工艺标准，即高电压、高电解温度、高分子比、低铝水平、低氧化铝浓度、低效应系数，能够在高电解温度、高分子条件下建立坚固的炉帮。
38.在本发明中，所述调整期具体是将建炉帮期的工艺技术标准过渡到正常生产工艺
标准，用时30天，按照正常生产阶段的工艺标准与建炉帮期工艺标准的差值，平均30天执行，实现生产阶段的转换，调整期结束后，进入正常生产期。
39.在本发明中，按照槽龄将所述正常生产期分为3个阶段，分别记为第一阶段、第二阶段和第三阶段，所述第一阶段自121天起到5年止，所述第二阶段自第6年起到第8年止，所述第三阶段为8年以上，具体为第8～10年。
40.在本发明中，所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的电解质水平优选为180～200mm，更优选为185～195mm；所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的铝水平依次增加，增加幅度为10～20mm，所述第一阶段的铝水平优选为190～210mm，第二阶段的铝水平优选为200～220mm，第三阶段的铝水平优选为220～230mm；所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的分子比优选为2.30～2.45；所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的电解温度优选为935～945℃；所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的氧化铝浓度优选为1.5～2.5wt％。在本发明中，整个正常生产期设定电压均为3.80v，平均电压为3.85v。
41.在正常生产期，本发明采用低电压、低铝水平、低分子比、低氧化铝浓度、低炉底压降、高电解质水平(即“五低一高”)的控制思路，其中：在低铝水平条件下运行，能够减少铝水平区域散热；在低电压条件下运行，为降低能耗、降低碳排放奠定基础；在低分子比条件下运行，为提高电流效率奠定基础；在低氧化铝浓度条件下运行，为提高电流效率，增加产量奠定基础；在高电解质水平条件下运行，为生产稳定奠定基础。
42.在本发明中，所述正常生产期内电解槽内铝液的铁含量为0.05wt％以下，硅含量为0.03wt％以下，本发明采用上述工艺参数控制电解槽，能够降低铝液内的杂质含量，有利于生产高品质产品。
43.在本发明中，正常生产期将电解槽的工艺参数控制在上述范围内，炉底压降可以控制在200mv以下，电解槽的效应系数可低至0.05次/日，电流效率达到93.5％，并且吨铝直流电耗低于12300kwh/t.al，为节能、降碳创造条件。
44.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.实施例1
46.在500ka的全石墨化阴极铝电解槽中进行电解铝，电解铝所用原料如氧化铝、氟化铝、冰晶石、碳阳极等均按照相关国标或行标控制。
47.电解槽开启后120天为启动后期，其中前90天为建炉帮期，第91～120天为调整期，其中建炉帮期的电压控制标准见表1，电解质水平、铝水平、分子比、电解温度和氧化铝浓度控制标准见表2，电解槽运行过程中的效应系数和电流效率见表2。
48.表1建炉帮期电压控制标准
[0049][0050]
表2建炉帮期电解质水平、铝水平、分子比、电解温度和氧化铝浓度控制标准
[0051][0052][0053]
根据表2可以看出，按照上述方案对电解槽的建炉帮期进行控制，电解槽的效应系数低至0.05次/日，电流效率为85～90％，另外，实验结果表明，采用上述方法进行控制，电解槽的炉帮厚度达到14cm，炉底压降为200mv以下。
[0054]
在调整期，将建炉帮期的工艺技术标准过渡到正常生产工艺标准，用时30天，根据指标的差值平均过渡。
[0055]
电解槽运行第121天之后进入正常生产期，正常生产期的设定电压为3.8v，平均电压为3.85v，电解质水平、铝水平、分子比、电解温度和氧化铝浓度的控制标准见表3，电解槽运行过程中的效应系数和电流效率见表3。
[0056]
表3电解槽正常生产期的工艺参数控制标准
[0057][0058]
根据表3可以看出，按照本发明的标准对电解槽的正常生产期进行控制，电解槽的效应系数低至0.05次/槽日，电流效率达到93.5％，并且经反复测试分析，槽况稳定，炉底干净，电解槽侧部钢窗、阴极钢棒、炉底温度均达到设计要求，吨铝直流电耗低于12300kwh/t.al，经济技术指标稳定。
[0059]
另外，对正常生产期电解槽中铝液的杂质含量进行分析，结果表明，铝液中的铁含量为0.05％以下，硅钢含量为0.03％以下。
[0060]
由以上实施例可以看出，本发明采用电解生产能量平衡管理模式，根据电能收入和热能支出，确定工艺技术标准，保持电解生产的能量平衡关系，具体在启动后期采用“3+1”管理模式，执行“三高三低”工艺标准，即高电压、高电解温度、高分子比、低铝水平、低氧化铝浓度、低效应系数，在高电解温度、高分子条件下建立坚固的炉帮；在正常生产期采用“低铝水平管理模式”，执行“五低一高”工艺技术控制思路，即低铝水平、低电压、低分子比、低氧化铝深度、低效应系数、高电解质水平，稳定电解生产，降低能耗，延长电解槽使用寿命。
[0061]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种全石墨化阴极铝电解槽生产控制方法，其特征在于，采用所述全石墨化阴极铝电解槽进行电解铝生产，生产过程分为依次进行的启动后期和正常生产期；所述正常生产期中，电解槽的电解质水平为180～200mm，铝水平为190～230mm，分子比为2.35～2.45，电解温度为935～945℃，氧化铝浓度为1.5～2.5wt％，设定电压为3.80v。2.根据权利要求1所述的生产控制方法，其特征在于，所述启动后期自全石墨化阴极铝电解槽启动后到运行120天止；所述正常生产期自全石墨化阴极铝电解槽运行120天之后开始计。3.根据权利要求1或2所述的生产控制方法，其特征在于，按照槽龄将所述正常生产期分为3个阶段，分别记为第一阶段、第二阶段和第三阶段，所述第一阶段自121天起到5年止，所述第二阶段自第6年起到第8年止，所述第三阶段为8年以上；所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的电解质水平独立地为180～200mm；所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的铝水平依次增加，增加幅度为10～20mm，所述第一阶段的铝水平为190～210mm；所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的分子比独立地为2.30～2.45；所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的电解温度独立地为935～945℃；所述第一阶段、第二阶段和第三阶段的氧化铝浓度独立地为1.5～2.5wt％。4.根据权利要求1或2所述的生产控制方法，其特征在于，所述启动后期分为依次进行的建炉帮期和调整期，所述建炉帮期的时间为90天，所述调整期为30天；所述建炉帮期电解槽的电压管理标准为：启动后第1天电压保持为6.0～7.0v，第2～4天每天降低0.5v，第5～9天每天降低0.1v，第10～31天电压保持不变，第32～90天按比例将电压降到3.80v，在第32～90天内，每天的电压降低幅度为3～4mv。5.根据权利要求4所述的生产控制方法，其特征在于，所述建炉帮期中，电解槽第1～30天的电解质水平为250～350mm，第31～90天的电解质水平为180～210mm。6.根据权利要求4所述的生产控制方法，其特征在于，所述建炉帮期中，电解槽的铝水平为170～190mm，分子比＞3.0，氧化铝浓度为1.5～2.5wt％。7.根据权利要求4所述的生产控制方法，其特征在于，所述建炉帮期中，电解槽第1～30天、第31～60天和第61～90天的电解温度依次降低，降低幅度为10℃，所述第1～30天的电解温度为965～980℃。8.根据权利要求4所述的生产控制方法，其特征在于，所述建炉帮期中，电解槽的电流效率为85～90％。9.根据权利要求1所述的生产控制方法，其特征在于，所述正常生产期内电解槽内铝液的铁含量为0.05wt％以下，硅含量为0.03wt％以下。10.根据权利要求1所述的生产控制方法，其特征在于，所述全石墨化阴极铝电解槽的容量为500ka。
技术总结
本发明涉及电解铝技术领域，提供了一种全石墨化阴极铝电解槽生产控制方法。本发明根据全石墨化阴极电阻小、散热大的牲征，采用电解生产能量平衡管理模式，根据电能收入和热能支出确定工艺技术标准，保持电解生产的能量平衡关系；本发明在电解槽的正常生产期，采用“低电压、低铝水平、低分子比、低氧化铝浓度、低炉底压降、高电解质水平”的“五低一高”控制标准，能够稳定电解生产，降低直流电耗。工业实验验证表明，采用本发明的方法控制全石墨化阴极铝电解槽的生产过程，电流效率可达93.5％，直流电耗为12300kWh/t.Al以下，能够取得较好的经济技术指标，实现了降低能耗、降低碳排放的目标，具有较好的推广价值和应用价值。具有较好的推广价值和应用价值。
