電解鋁電流強化后的影響及應對措施

目前，電解鋁新項目普遍采用高電流強度工藝，500KA和600KA電解槽已經成為新建電解鋁項目的主流，工藝設計和生產管理也日趨成熟，大容量電解槽在中國鋁工業發展中逐步形成主導地位。電流強度的增大，會顯著增加電解鋁的產量，保障生產任務目標的完成；特別是一些企業在設計電流強度的基礎上，還會繼續增加電流強度1%～4%左右甚至更多，增加一定的鋁液產量，以確?，F有產能的完全釋放，但與此同時也帶來一些不利影響

。如何權衡利弊，需要各企業結合自身實際情況，在依法合規和確保安全的前提下，有選擇地取舍，以期達到預計生產經營目標，發揮和提升企業自身價值。

1 強化電流強度的有利影響

低電壓先進設計和設備、材料的技術進步，為大容量電解槽的誕生創造了前提條件。對于已經投入運行的電解系列，由于成熟的設計條件，往往為進一步強化電流創造了提升的空間。電流強化后，整個電解系列的用電容量增加，對各環節設備而言都有一定的考驗和風險，因此必須在供電設備額定的容量范圍內進行強化，否則很容易出現供電故障，這是強化電流強度的基本前提

。電流強化后，其所帶來的有利影響也是顯而易見的：

一是顯著增加單槽產量。電流強化后，根據電解槽理論日產量計算公式：M=0.3355×I×η×t×10

,電流強度I越大，產量M越高。設計500KA的電解槽為例，其電流強化到520KA，假設電流效率93%，其日產量的增加量為：M

=0.3355×20000×93%×24×10

=0.15噸，單槽一年增加鋁液產量約55噸。顯然，只要在設計承受能力范圍內適當提升電流強度，就能明顯增加單槽的產量。

式中:nci為第i個概率約束的非線性系數，為測試點(x1,,xM)預測梯度方差，和分別為當前設計點及最大可能失效點的預測誤差。

二是充分保障產能利用率。電解系列在投入正常的生產后，可能出現大修槽、異常槽或因設備故障導致部分電解槽退出運行，導致部分產能損失，產能利用率降低。適當提高電流強度，可抵消這部分產能損失，從而提高產能利用率，優化生產指標。

三是實現一定程度的彈性生產。受電量、電價、原材料價格、產品市場價格等外部因素，需要根據企業生產經營實際情況，通過降低或強化電流強度適當調整產量，實現一定的彈性生產，以實現企業利益的最大化。

四是實現勞動生產率進一步提升。以云南某500KA大型預焙電解槽為例，其電流強度如果強化到520KA，假設電流效率為93%，其勞動生產率將提升55噸/人·年，人均實物勞動生產率達到700噸/人·年，大大提高了企業的人工成本競爭力，且在市場行情較好的情況下，在原有設備產能上增加了產量，可以實現企業利潤最大化。

2 電流強度強化后的不利影響及原因分析

電流強度提升后的不利影響也很多，主要表現在以下幾個方面。

良好的工程實施是實現預制光纜連接“即插即用”與光纜通信安全可靠的前提?，F階段預制光纜的工程實施存在敷設不規范、光纜衰減過大及光纜預制控制困難等問題，對上述問題開展研究并提出解決方案，是保障良好工程實施的重要手段。

2.1 公用母線公攤電耗增加

導電母線、平衡母線、通廊母線等公用母線，如果其電阻為R

，則根據歐姆定律：U=RI,若電流強度I增大，R母不變，則U必然升高，說明公用母線上的電壓降必然增大。母線上產生的熱量W=UIt必然增加，母線表面溫度升高，導致母線上損失的電量必然更多。對于已經設計并已經投入運行的電解系列而言，這個電量損失是可以計算的。

2.2 電解槽的電壓降必然增加

有電阻就必然產生電壓降。電流進入電解槽后，先后流經立柱母線、水平母線、陽極導桿、炭陽極、電解質、鋁液、陰極等，它們都是有一定電阻的導體，并產生電壓，形成電壓降。從理論上講，除反電動勢（一般約為1.7v左右，也稱極化電壓）不變外，其余電壓降都會隨著電流強度I的升高而增加，使得電解槽的電耗損失更大，在各個部位產生的熱量更多，打破原設計的熱平衡。因此，對已經投產運行的電解系列，強化其電流強度后，對熱平衡的影響首當其沖、非常明顯，調節熱平衡是維持正常生產工藝非常重要的必要措施。

培養學生的閱讀技巧，讓學生參與知識的直接獲取過程是非常重要的，所謂“授人以魚僅解一飯之需，授人以漁則終身受用無窮”，學生只有掌握自主學習的方法，才能沖破教師和課程計劃的枷鎖，成為一名真正的學習者?？傊蝿招徒虒W法對于我們英語老師來講尤其重要，它對我們的教學技巧提出了更高的要求。對此還需要更深刻的研究、實地調查、問卷調查和訪談。通過這些研究，可以最大限度地實現任務型教學法的有效性，更好地與中學閱讀教學相結合，最終使之成為一種有效的、實用的、普及的教學方法。

強化電流如果是在不改變陽極尺寸的情況下進行的，那么電流強化后，流經陽極的電流增多，陽極炭塊的電流密度增大，陽極的熱量分布發生變化，等溫線上移，對陽極炭塊的關鍵技術指標提出了更高的要求

。其中：

2.3 對陽極炭塊的質量提出更高要求

報道指出該地區越窮，增長越慢。大多數增長低于平均水平的省份都很貧窮（例11）。在貧困地區，經濟速度放緩的現象更加嚴重（例12）。在旅程架構中，若速度快的旅行者提升了平均速度，則會使速度慢的旅行者難以追趕平均速度，而平均速度放緩時，速度慢的旅行者離平均速度越遠，這體現了旅行者隊伍的整體速度水平都在下降。同理，經濟發展放緩時，若貧窮的省份經濟放緩的速度更加嚴重，則會導致趨同化停滯，這與之前一些樂觀的經濟學家期望（使富裕省份經濟發展慢下來，內陸地區的高速增長潛力將彌補這一點）相差甚遠。

炭陽極的抗壓強度要在原設計基礎上進一步提高標準，以抵抗電流強化后產生的強大熱應力，避免炭塊出現斷層、裂紋、掉塊等缺陷，影響使用壽命和正常生產。與此同時，強大的電流和更高的熱量會加快炭塊骨料的剝離速度，加快了炭塊的消耗，同時產生更多的碳渣進入電解質中。

表觀密度（容積密度）需要進一步提高。炭塊的密度越高，單位體積所含炭量越多，以此可以適應電流強化后增加的氧化速度；否則，炭陽極的更換周期將縮短，打破原有的生產秩序，影響正常的生產。表觀密度的具體標準還要根據各企業電流強化的程度確定。以500KA電解槽為例，電流強度如果從500KA強化到520KA，建議表觀密度提高到1.63g/cm

以上（僅供參考）。

驗證工藝技術條件變化。針對已建成的電解系列，電流強化前，要預先確保電量供給，驗證整流機組的負荷，確保系列供電安全；通過征求設計單位對強化電流的意見，驗證磁場幅度變化情況，避免磁場變化引起工藝技術條件惡化。

陽極炭塊的空氣透氣度要更低。更強的電流和更高的溫度，會加速陽極炭塊的氧化消耗速度，因此，陽極炭塊的空氣透氣度在質量標準上要更好，設計值要更低。

近代中華民國成立以后，聞名遐邇的精武體育會為了使自己以體、智、德三育為宗旨，倡導“愛國、修身、正義、助人”，“強國、強民、強身”，以及“乃文乃武”的精武精神得到更大范圍的傳播和發揚光大，他們不失時機地將自己的觸角伸向了東南亞地區，以便在更廣闊的空間傳播中國的武術文化和精武精神。

電流強化后，在現有工藝條件不變的情況下，熱輸入增加。為減少熱量對陰極的沖擊，增加鋁水平是應采取的必要措施之一。但是隨著鋁液的升高，其對陰極表面的壓力越大，根據壓強計算公司P=ρgh可得，鋁水平每升高1cm，壓強增加225Pa，也就是說鋁水向陰極滲入的壓力每平方米增加225N的力。如果鋁水平升高10cm，則壓強增加2250Pa，這個力不容忽視。特別是隨著陰極石墨含量的不斷增加，其表面強度有所降低，更容易受到鋁液的滲透侵蝕。

2.4 給生產穩定帶來一定壓力

許多農業產業由于土地問題得不到解決，缺乏經營場所，一些優質項目仍然無法落地，難以正常發展。農業加工型龍頭企業由于規模較小，在爭取用地指標時，無法與工業企業競爭，基本無法進入工業園區，難以集群化發展，產業融合舉步維艱。此外，土地流轉配套用地問題也有待進一步解決。

逆變器轉化效率通常會受以下兩種因素影響：①把直流電流快速轉換成交流正弦波，在一定程度上會給功率半導體整體發熱產生很大損失。②逆變器MPPT中的控制算法會嚴重影響整個轉換效率[3]。光伏電池陣列中的輸出電流與電壓會隨日照的溫度變化發生巨大變化，且隨用電設備負載率的變化發生較大波動。逆變器的MPPT算法在一定程度上可以對電流與電壓進行有效控制，使光伏系統能夠快速達到最大輸出功率，并且能夠在短時間內跟蹤到最大電力點，轉化效率也將得到進一步提高。當負載率在63%左右時，在此條件下的逆變器電氣效轉換效率呈現的是一種最高狀態。

2.5 鋁液流速增加，陰極磨損和腐蝕增大

電流強化后，能量更集中，也必然加速極距區域內Al

O

的氧化還原反應速度，溶解在電解質中的Al

O

消耗更快。增加Al

O

的下料量后，Al

O

融入電解質需要一定的溶解和擴散時間，所以不能及時被消耗，因此還未擴散的Al

O

就可能形成沉淀，導致爐底沉淀增多，降低陰極導電性；而Al的實際產量其實并未相應增加，從而導致電流效率降低。電流強化后，在電解工藝控制中，如若一味追求更低電耗而刻意降低槽電壓，則容易進一步壓低極距，液態Al與CO

的接觸幾率更大，由于反應區域內溫度更高，因此會增加Al的二次反應幾率（2Al+3CO

→Al

O

+3CO），造成更多的能量損耗，同時使還原Al的電流能量減少，降低電流效率η。我們長期從事電解鋁生產的工程技術人員也發現，電解系列的電流強度越大，電流效率反而總體偏低，也就是這個原因。

如果鋁水平未做出相應調整（應適當調高），則陽極底面的熱量會更容易傳遞達到陰極，加快Al與陰極C的二次反應，生成Al

C

化合物，對陰極造成進一步損壞，并導致電流分布不均。與此同時，鋁液流速的加快，導致鋁液鏡面波動幅度增加，電解質液體有更多機會與陰極上的Al

C

化合物接觸，由于電解質對Al

C

的溶解度很高，因此會加快Al

C

的溶解，加速新的Al

C

的生成，使某些特定位置陰極的電化學腐蝕更加嚴重。

2.6 電流效率η會降低

電流強化后，磁場平衡受到影響，磁場更強，槽體內鋁液水平電流更大，鋁液流速加快，增加對槽底陰極的磨損，尤其是在電流密度集中、鋁液流速較快的角部極下方，常常會形成明顯的錐形沖蝕坑，破壞陰極炭塊。破損的陰極炭塊會進一步導致陰極鋼棒被鋁液熔化，致使鋁液鐵含量增加，質量下降，并增加了漏槽的重大風險。

電解質沸騰對陽極的沖刷將更為嚴重。更強的電流帶來更強大磁場，如果磁場平衡偏離設計值，鋁液攪動則更為激烈；同時，電流的強化會使陽極產生的CO

量增加，更加劇了電解質液的攪動。在這兩種因素的驅動下，電解質液在槽內翻滾沸騰，長期不間斷地沖刷著陽極和覆蓋料，消耗了大量的陽極炭塊，造成陽極炭塊使用壽命明顯減低，不僅增加了生產成本。隨著陽極覆蓋料的沖刷消耗，覆蓋料塌陷增加，覆蓋料掉入電解質融化后，導致電解質水平也逐漸升高，使電解質水平難以控制，物料平衡被打破，給穩定生產帶來一定的壓力和挑戰。在此情況下，電解質中的炭渣量也隨之增加，工作人員的勞動強度也變大。

2.7 增加鋁液向陰極的滲透

(2) FEP與外部時鐘系統采用自開發軟件。由于Meinberg工具對于上層時鐘源在1 000 s之內發生的偏差或跳變,下一層時鐘均可以與上層同步;而實際信號系統一般規定外部時鐘源存在幾秒或十幾秒的偏差或跳變時，停止信號系統通信前置機與外部時鐘系統同步。

3 消除電流強化不利影響的措施建議

從設計上做好基因優化。針對新建項目，在設計階段就要提前考慮強化電流強度條件下的可能影響因素，從供電條件、原輔材料、工藝技術條件（能量平衡、熱平衡、磁場平衡、物料平衡）、設備性能等各個方面周密考慮，努力消除電流強化后可能帶來的各種缺陷。

陽極炭塊的熱導率要適當提高。電流強度增大后，陽極炭塊在單位時間內接收的熱量更多，如果熱量不能及時散失出去，則會增加陽極炭塊的熱應力，破壞炭塊結構、降低使用質量。因此，要求陽極炭塊的熱導率要更高，針對500KA電解槽，建議達到3.9W/m.k以上甚至更高。

提高陽極炭塊質量標準。電流強度強化的同時，陽極炭塊的強度、表觀密度等指標必須提高，以適應更強的電流密度條件，具體標準要根據電流強度的大小和生產實際情況來確定，但肯定要高于國家或行業標準。

合理匹配極距和槽電壓。極距與槽電壓成正比關系，為避免Al

O

來不及溶解而形成大量沉淀，同時降低鋁（液）二次反應的幾率，和電流強化前相比，極距應適當提升，以保證較高的電流效率，但為避免出現槽溫升高熔化爐膛，應適當提高鋁水平來抑制磁場對鋁液的影響、增加部分散熱量或適當調整保溫料厚度。電流效率和極距的關系如下圖所示：

降低各環節的電阻率。鋁母線在其它指標不降低的前提下，電阻要更低，接地保護也要合理匹配調整；生產操作水平要提高，尤其是提升換極質量，保持合理極距，降低陽極導桿與水平母線的接觸電阻；電解質的成分管理要更加嚴格，分子比、粘度等指標控制更加嚴格和標準化。

合理調整NB加料間隔。強化電流后，單槽日產原鋁量有所增加，所以氧化鋁消耗量也應該提高。生產中可以利用氧化鋁電流效率和出鋁電流效率的差值判斷槽況的方法，來確定物料是否匹配，理想狀態下，加入電解槽內的氧化鋁全部溶解，既不在槽內積存，也不因投料不足而發生效應或熔化槽幫，這時氧化鋁電流效率應等于出鋁電流效率，可據此根據槽運行狀態適時調整NB加料間隔。

合理調整陽極更換周期。由于強化電流，陽極電流密度得到增強，造成陽極炭塊掉渣、掉塊率高，當陽極質量無法滿足時，需要適當縮短陽極更換周期，并勤撈碳渣，避免電解質含碳升溫。

積極引進智能設備。通過部署智能裝備，提高生產過程機械化、自動化水平，基于大數據分析、人工智能等技術，構建智能業務模型，推進公司業務和作業流程持續優化，嚴格開展生產管控標準化技術管理，確保電解槽強化電流后，過程質量嚴格受控，強化后期平穩運行，實現長周期生產，達到“長壽命、低成本、高質量”電解生產管理目標。

加強對“三鋼”等溫度變化情況的跟蹤力度。強化電流后，因電流密度增加，造成陰極炭塊破損的機率風險升高，所以在強化電流后，要加強跟蹤“三鋼”等溫度的監測，及時發現處理異常情況，并在破損、隱患槽的穿槽母線上安裝耐火磚、耐火沙、石棉板等材料進行防護，槽底擺放小袋裝破碎料，用于阻擋漏爐液體流向大、小面，槽周提前準備好應急物料和工器具（見下表）。

4 結語

在高耗能產品受限的大環境下，各企業應在產能指標下嚴格控制產量，并從是否有利于降低能耗、是否有利于優化工藝技術條件、是否有利于安全生產和環保等方面慎重考慮電流強化的必要性，避免盲目追求高電流強度。

[1]童道輝． 縱向排列鋁電解槽電流強化時磁場及母線優化研究[D]．中南大學,2011．

[2]金嶺．電解鋁生產工藝的優化分析[J]． 世界有色金屬,2019,(18)：20-21．

[3]陳澤華,鄧永春．現代電解鋁工業設備管理探索[J]． 四川有色金屬,2012,(01)：67-70．