鋁電解槽強(qiáng)化電流的意義
近年來，國際鋁電解工業(yè)為了進(jìn)一步提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，普遍通過強(qiáng)化電解系列電流強(qiáng)度來提高鋁產(chǎn)量。通過提高電流效率增加產(chǎn)量收效甚微，而新建和擴(kuò)建的投資大建設(shè)周期長，相比之下，采用強(qiáng)化電流的方法來提高產(chǎn)量可以達(dá)到投資少、見效快的目的?？沙浞掷矛F(xiàn)有的場地、公用及輔助設(shè)施，提高電解槽鋁產(chǎn)量和電流效率，降低生產(chǎn)成本。特別是，目前氧化鋁價(jià)格較低，電解鋁企業(yè)的利潤相對提高，在這些因素的刺激下，電解鋁企都在開足設(shè)備滿負(fù)荷生產(chǎn)以下提高產(chǎn)量。
2005年我國電解鋁產(chǎn)量達(dá)到780萬噸，2006年達(dá)到935萬噸。電流強(qiáng)度在157kA的鋁廠有43家，生產(chǎn)量約占全國產(chǎn)量的82％，這部分電解槽設(shè)計(jì)的陽極電流密度均較低，一般為0.73A/cm2以下，均有強(qiáng)化電流的可行性。但是，原有60kA自焙槽改造成的預(yù)焙槽陽極電流密度較高，一般為0.80A/cm2~0.88A/cm2,強(qiáng)化電流的可行性小。扣除自焙槽改造成預(yù)焙槽的生產(chǎn)量，新建的160kA以上預(yù)焙槽約占總產(chǎn)量的60％以上，如果將這部分預(yù)焙槽電流強(qiáng)化10％，電流強(qiáng)化后每年可增加產(chǎn)量55萬噸，國內(nèi)新建電解鋁投資費(fèi)用為1.1萬元/噸～1.3萬元/噸，而強(qiáng)化電流增產(chǎn)的電解鋁需要的投資僅為新建項(xiàng)目投資的0～30％，可節(jié)約投資約80％，所以，強(qiáng)化電流增產(chǎn)55萬噸電解鋁可節(jié)約投資50億元。另外，電解鋁廠產(chǎn)量的提高，使得噸鋁成本的固定費(fèi)用可降低約10％，即每噸可節(jié)約成本約55元，全國可節(jié)約33210萬元。可見鋁電解強(qiáng)化電流的意義重大，所以說，強(qiáng)化電流是電解鋁增產(chǎn)節(jié)約的有效措施。
強(qiáng)化電流的可行性
1．國內(nèi)強(qiáng)化電流的成功案例。國內(nèi)鋁電解槽強(qiáng)化電流于2002年開始，但強(qiáng)化電流的幅度較小，一般為1％～5％，近年來強(qiáng)化電流的幅度有所加大。中鋁廣西分公司與青海分公司通過使用加長的偏心陽極，成功的將160kA預(yù)焙槽強(qiáng)化電流到180kA，提高系列電流12.5％，廣西分公司2006年試驗(yàn)槽進(jìn)一步強(qiáng)化電流到190kA;蘭州鋁業(yè)2006年在不加大陽極尺寸的情況下，將200 kA系列預(yù)焙槽的電流強(qiáng)化到220 kA，試驗(yàn)槽強(qiáng)化到230 kA，強(qiáng)化電流的幅度達(dá)10％～15％;鄭州研究院在原280 kA預(yù)焙陽極電解槽基礎(chǔ)上通過強(qiáng)化電流至300 kA。以上強(qiáng)化電流的成功案例取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，均相繼通過了國內(nèi)權(quán)威專業(yè)技術(shù)的鑒定，工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明可以推廣應(yīng)用。
2．強(qiáng)化電流及陽極電流密度與電流效率。1999年11月在澳大利亞召開的第六屆電解鋁技術(shù)會(huì)議上公布的新西蘭迪拜（Dubal）鋁廠新系列200 kA預(yù)焙槽，陽極電流密度高達(dá)0.88A/ cm2，1年的運(yùn)行結(jié)果電流效率達(dá)到95.5％，結(jié)果證明電解槽運(yùn)行穩(wěn)定。
挪威奧大爾鋁廠，1系列150kA強(qiáng)化到159kA，電流效率從88.9％提高到93.2％，11系列160kA強(qiáng)化到169kA，電流效率從90.5％提高到93.4％;法國彼施涅公司180kA強(qiáng)化到210kA，電流效率從94.8％～94.9％提高到95.3％。國內(nèi)160～kA200kA預(yù)焙槽的陽極電流密度設(shè)計(jì)值約為0.72A/ cm2，電流效率約為92％～93％，強(qiáng)化電流后陽極電流密度為0.75A/ cm2～0.83A/ cm2，電流效率提高了約0.2個(gè)百分點(diǎn)，總的來看國內(nèi)強(qiáng)化電流后電流效率變化不大。
3． 強(qiáng)化電流的可行性。我國原來60 kA的自焙槽陽極電流密度最早高達(dá)1.0A/ cm2以上，經(jīng)多次陽極加寬改造后陽極電流密度仍在0.82A/ cm2以上。國外預(yù)焙槽陽電流密度一般為0.8A/ cm2～0.9A/ cm2，隨著陽極生產(chǎn)技術(shù)工藝的成熟，陽極質(zhì)量在不斷的提高，就陽極碳素材料物理化學(xué)性能來說，允許電流密度提高到一定的水平，陽極電流密度提高到0.9A/ cm2 有可能實(shí)現(xiàn)鋁電解生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
從上述幾個(gè)實(shí)例我們可以看到，強(qiáng)化電流的經(jīng)驗(yàn)是成功的，而且，強(qiáng)化電流后電流效率均得到不同程度的提高，說明強(qiáng)化電流后隨著陽極電流密度的增大以及采取相應(yīng)的技術(shù)措施，電流效率將有所提高。實(shí)現(xiàn)研究密度越大電流效率越高。但是，陽極電流密度達(dá)到一定值（1.57A/ cm2）時(shí)電流效率趨于恒定。就目前我國大型預(yù)焙槽來講，凡陽極電流密度在0.73A/ cm2以下的，電流強(qiáng)化10％～20％是有可能的。
強(qiáng)化電流方案和主要技術(shù)措施
1．強(qiáng)化電流的方案。鋁電解槽強(qiáng)化電流，涉及到鋁電解槽內(nèi)襯材料、電熱平衡、磁場影響等諸多技術(shù)問題。主要技術(shù)包括陽極技術(shù)和陰極技術(shù)。經(jīng)過電、流、磁場的模擬計(jì)算，估算增加負(fù)荷后所需各項(xiàng)投資費(fèi)用，分析篩選最佳方案。
強(qiáng)化電流都是在電解槽槽殼和主要結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下進(jìn)行的。目前，強(qiáng)化電流主要有兩種方案：第一，加大陽極面積，這樣強(qiáng)化電流后陽極電流密度增幅較小;第二，陽極尺寸不變，這樣強(qiáng)化電流后陽極電流密度較高。無論采用哪一種方案，最好通過專業(yè)部門對強(qiáng)化電流后的磁場、熱場、物料平衡進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析對比。特別是系列電流提高10％～30％后，熱平衡的影響可能成為關(guān)鍵問題，在模擬分析的基礎(chǔ)上確定技術(shù)方案。
鋁電解強(qiáng)化電流生產(chǎn)慶謹(jǐn)慎實(shí)施，首先要選擇少量（5臺～10臺）生產(chǎn)槽進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，在試驗(yàn)槽中控索和解決電解槽的熱平衡以及工藝技術(shù)方案等，只有在試驗(yàn)成功的基上方可進(jìn)行系列電流強(qiáng)化的全面推廣。
2．主要技術(shù)措施。
?。?）電力供應(yīng)。試驗(yàn)槽需要外接一個(gè)小回路，通過增加一臺可移動(dòng)式直流供電設(shè)施供給來強(qiáng)化電流;全系列強(qiáng)化時(shí)，原有整流系統(tǒng)有滿足強(qiáng)化電流所增加負(fù)荷的容量，否則，需要按所需負(fù)荷增加供電設(shè)施。電流的提升，使供電系統(tǒng)及其輔助設(shè)施的負(fù)荷加重，對供電設(shè)施的可靠性要求更高，需要儲備一定量的備品備件，以便檢修。
?。?）煙氣凈化系統(tǒng)。
?。?）熱平衡。
?。?）物料平衡。
