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[摘要]电解铝生产企业的日常生产工作会消耗大量的电能，因此，电解铝工业已经成为我国主要的能源消耗产业之一，如今，国家大量倡导节能降耗生产，因此，电解铝企业应该积极研究相关措施，降低生产过程中的消耗情况。就目前来看，我国的电解铝生产技术与发达国家相比还存在一定的差距，同时，由于我国不可再生资源日益紧缺，因此，电解铝工业的节能降耗工作任重道远。
[关键词]电解铝；生产优化；磷生铁配方；试验
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）40-0263-01
引言
电解铝生产企业是耗能大户，在电解铝生产过程中，阳极铁碳压降约占整个阳极压降的30～50%，因此，降低铁碳压降对实现电解铝节能降耗工作的意义重大。目前，电解铝常用的磷生铁在实际生产过程中往往会出现以下问题：首先，磷生铁环与碳碗壁热胀冷缩匹配不理想，使阳极铁-碳压降增加；其次，磷生铁室温脆性较差。
1研究背景
某铝业公司240kA预焙铝电解槽的阳极压降值一直存在高低不等，且幅度相差大，槽上实测30余组阳极，测量两点为爆炸块上5cm处与阳极炭块上表面，所测压降为80～127mV，平均为104.5mV，其中各极压降高低相差幅度大，且由于电解槽各阳极存在一定程度的偏流，导致槽上实测压降误差大，可比性不足。
2磷生铁配方改进及复合改性剂工业性试验
2.1工业性试验方案的确定
为了帮助电解铝企业实现节能降耗的目标，同时也为了检验磷生铁配方和改性剂在电解铝生产过程中的效果，综合某电解铝厂的实际情况，作出了三组电解铝实验，通过对实验结果进行对比，分析磷生铁配方改进及复合改性剂的性能。
三组试验分别分三个炉次进行熔炼和浇铸。参与实验的电解铝厂使用的是2吨的中频感应炉，每个炉的浇铸阳极有8组，因此选用钢爪位置较正的阳极组作为试验极。总的试验阳极组共有24组阳极，编号分别是A1-A8、B1-B8、C1-C8。
2.2铁-碳压降测试及对比方法确定
阳极在放进电解槽之后，炭块表面会被覆盖料（主要成分是电解质和氧化铝）覆盖，要想在炭块表面寻找到一个测量点十分困难，即便勉强找到测点，由于各种因素的影响，也难以测量准确。另外一方面，阳极钢爪在使用过程中长期处于高温环境，使得其表面结壳，对于测量工作有很大的影响。针对这些现象，通过现场考察和综合分析，提出改进的铁-碳压降测试方法和科学的计算方法。
第一，根据现场的试验结果进行比较，采用电子式万能表和机械式万能表进行数据采集。此外，选取指针式毫伏表作为测量铁-碳压降的仪器。由于电解铝生产车间存在在强磁区域，为了避免对结果造成影响，测量时使用壁厚为2mm的铁板制成检测仪器屏蔽罩。
第二，针对炭块表面的测量点不好确定，且测量误差大的缺点。在距钢爪10cm（如果钢爪不安装保护环，可以适当缩小距离）处打孔，安装直径为10mm的不锈钢棒，长度为40cm左右。
第三，针对钢爪表面结壳问题，经过现场观察和总结，提出对钢爪弯角部分选取一个区域用剖光机进行打磨，剔除其表面的结壳直到露出铁色。
第四，测试工具的一端用导电性能良好的铜棒连接，并用导线了解毫伏表的正极。测量时，利用铜棒的尖锐断抵住钢爪打磨区域，另一端选用较大的鳄鱼夹，连接导线，接至毫伏表的负极。在测量时，鳄鱼夹只需要夹在钢棒上即可。最终的安装示意图如图1所示。
由于预焙阳极在不同的电解槽上，或者在同一台槽的不同位置上通过的电流是有差别的，导致相同的铁-碳电阻在不同的电流条件下所测出的铁-碳压降是不一样的，因而就对试验阳极的数据比较造成了一定的影响。为了让试验统计数据更科学，更合理，经过研究，决定对电流因素进行屏蔽，即将铁-碳压降统一在同一电流值平面上。
3试验测试结果数据分析
某电解铝公司的换极周期为33天，由于阳极进入电解槽后，会有一个通电缓慢升温的过程，所以在上槽前三天阳极电流并没有达到饱和，测试数据不具有参考性，所以从上槽第四天开始测试，对实验组阳极铁-碳压降进行一个周期的跟踪测试。对每天的数据进行比较分析，观察两组实验阳极的上槽表现。图2为试验阳极铁-碳压降一个周期内的变化情况。
从图2显示的结果可以看出，A组试验极的铁-碳压降值在一个周期内都是小于B组的铁-碳压降值。一个周期内试验阳极组A组，B组的阳极铁-碳压降平均值分别为71mV、87mV。通过上述数据，我们可以看出，通过使用新型磷生铁配方可以有效降低鋁电解槽阳极铁-碳压降16mV。每吨铝的直流电耗降低了52.98kWh，为企业带来了巨大的经济效益。
结语
由上文可知：第一，在铝电解过程中，炭阳极的过消耗主要因为电解反应消耗、物理消耗以及空气氧化导致的，所以阳极质量和电解消耗水平对炭阳极的消耗有影响；第二，降低平均残极高度能降低阳极的消耗水平；第三，改善阳极质量是降低阳极消耗的主要途径之一，在生产实践中要从降低原料中的杂质含量、加强阳极生产过程控制等方面开展工作；第四，电解运行水平是降低阳极消耗的关键环节，在实际生产中从提高电流效率、加强温度管理、优化覆盖料管理、重视电解槽炉膛管理、电解质水平管理等多个方面着手会取得好的效果。
参考文献
[1]曾健.电解铝生产中优化磷生铁配方的试验研究[J].有色冶金节能，2006（03）：21-22+32.
[2]张思源，胡俊杰，李贺松，靳文军.电解铝生产中磷生铁配方优化模型及试验[J].金属材料与冶金工程，2014，42（02）：31-35.
[3]王云强.新型磷生铁配方电解铝工艺[J].中国新技术新产品，2013（17）：6-7.
[4]李贺松，脱鹏，王森，钱建勋，赵新亮，刘军.铝电解槽阳极组装用磷生铁复合添加剂工业试验研究[J].轻金属，2011（04）：31-32+37.
[关键词]电解铝；生产优化；磷生铁配方；试验
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）40-0263-01
引言
电解铝生产企业是耗能大户，在电解铝生产过程中，阳极铁碳压降约占整个阳极压降的30～50%，因此，降低铁碳压降对实现电解铝节能降耗工作的意义重大。目前，电解铝常用的磷生铁在实际生产过程中往往会出现以下问题：首先，磷生铁环与碳碗壁热胀冷缩匹配不理想，使阳极铁-碳压降增加；其次，磷生铁室温脆性较差。
1研究背景
某铝业公司240kA预焙铝电解槽的阳极压降值一直存在高低不等，且幅度相差大，槽上实测30余组阳极，测量两点为爆炸块上5cm处与阳极炭块上表面，所测压降为80～127mV，平均为104.5mV，其中各极压降高低相差幅度大，且由于电解槽各阳极存在一定程度的偏流，导致槽上实测压降误差大，可比性不足。
2磷生铁配方改进及复合改性剂工业性试验
2.1工业性试验方案的确定
为了帮助电解铝企业实现节能降耗的目标，同时也为了检验磷生铁配方和改性剂在电解铝生产过程中的效果，综合某电解铝厂的实际情况，作出了三组电解铝实验，通过对实验结果进行对比，分析磷生铁配方改进及复合改性剂的性能。
三组试验分别分三个炉次进行熔炼和浇铸。参与实验的电解铝厂使用的是2吨的中频感应炉，每个炉的浇铸阳极有8组，因此选用钢爪位置较正的阳极组作为试验极。总的试验阳极组共有24组阳极，编号分别是A1-A8、B1-B8、C1-C8。
2.2铁-碳压降测试及对比方法确定
阳极在放进电解槽之后，炭块表面会被覆盖料（主要成分是电解质和氧化铝）覆盖，要想在炭块表面寻找到一个测量点十分困难，即便勉强找到测点，由于各种因素的影响，也难以测量准确。另外一方面，阳极钢爪在使用过程中长期处于高温环境，使得其表面结壳，对于测量工作有很大的影响。针对这些现象，通过现场考察和综合分析，提出改进的铁-碳压降测试方法和科学的计算方法。
第一，根据现场的试验结果进行比较，采用电子式万能表和机械式万能表进行数据采集。此外，选取指针式毫伏表作为测量铁-碳压降的仪器。由于电解铝生产车间存在在强磁区域，为了避免对结果造成影响，测量时使用壁厚为2mm的铁板制成检测仪器屏蔽罩。
第二，针对炭块表面的测量点不好确定，且测量误差大的缺点。在距钢爪10cm（如果钢爪不安装保护环，可以适当缩小距离）处打孔，安装直径为10mm的不锈钢棒，长度为40cm左右。
第三，针对钢爪表面结壳问题，经过现场观察和总结，提出对钢爪弯角部分选取一个区域用剖光机进行打磨，剔除其表面的结壳直到露出铁色。
第四，测试工具的一端用导电性能良好的铜棒连接，并用导线了解毫伏表的正极。测量时，利用铜棒的尖锐断抵住钢爪打磨区域，另一端选用较大的鳄鱼夹，连接导线，接至毫伏表的负极。在测量时，鳄鱼夹只需要夹在钢棒上即可。最终的安装示意图如图1所示。
由于预焙阳极在不同的电解槽上，或者在同一台槽的不同位置上通过的电流是有差别的，导致相同的铁-碳电阻在不同的电流条件下所测出的铁-碳压降是不一样的，因而就对试验阳极的数据比较造成了一定的影响。为了让试验统计数据更科学，更合理，经过研究，决定对电流因素进行屏蔽，即将铁-碳压降统一在同一电流值平面上。
3试验测试结果数据分析
某电解铝公司的换极周期为33天，由于阳极进入电解槽后，会有一个通电缓慢升温的过程，所以在上槽前三天阳极电流并没有达到饱和，测试数据不具有参考性，所以从上槽第四天开始测试，对实验组阳极铁-碳压降进行一个周期的跟踪测试。对每天的数据进行比较分析，观察两组实验阳极的上槽表现。图2为试验阳极铁-碳压降一个周期内的变化情况。
从图2显示的结果可以看出，A组试验极的铁-碳压降值在一个周期内都是小于B组的铁-碳压降值。一个周期内试验阳极组A组，B组的阳极铁-碳压降平均值分别为71mV、87mV。通过上述数据，我们可以看出，通过使用新型磷生铁配方可以有效降低鋁电解槽阳极铁-碳压降16mV。每吨铝的直流电耗降低了52.98kWh，为企业带来了巨大的经济效益。
结语
由上文可知：第一，在铝电解过程中，炭阳极的过消耗主要因为电解反应消耗、物理消耗以及空气氧化导致的，所以阳极质量和电解消耗水平对炭阳极的消耗有影响；第二，降低平均残极高度能降低阳极的消耗水平；第三，改善阳极质量是降低阳极消耗的主要途径之一，在生产实践中要从降低原料中的杂质含量、加强阳极生产过程控制等方面开展工作；第四，电解运行水平是降低阳极消耗的关键环节，在实际生产中从提高电流效率、加强温度管理、优化覆盖料管理、重视电解槽炉膛管理、电解质水平管理等多个方面着手会取得好的效果。
参考文献
[1]曾健.电解铝生产中优化磷生铁配方的试验研究[J].有色冶金节能，2006（03）：21-22+32.
[2]张思源，胡俊杰，李贺松，靳文军.电解铝生产中磷生铁配方优化模型及试验[J].金属材料与冶金工程，2014，42（02）：31-35.
[3]王云强.新型磷生铁配方电解铝工艺[J].中国新技术新产品，2013（17）：6-7.
[4]李贺松，脱鹏，王森，钱建勋，赵新亮，刘军.铝电解槽阳极组装用磷生铁复合添加剂工业试验研究[J].轻金属，2011（04）：31-32+37.