[发明专利]一种铝电解槽氧化铝下料及浓度控制方法

说明书

本发明涉及一种氧化铝下料及浓度控制方法，尤其涉及一种铝电解领域铝电解槽氧化铝下料及浓度控制方法。在欠‑过下料期确定氧化铝浓度的下限后，使槽内浓度达到目标浓度后进入基准下料期，基准下料期开始时给定初始下料速率，在基准下料期对电阻极距进行多次提极补偿，在两次极距补偿之间进行下料速率的实时调整。本发明的优点效果：本发明将电解槽的浓度变化控制在所需要的指定小范围内，同时也能有效减少频繁过‑欠量下料对电解质温度和过热度的热冲击，通过间歇式欠‑过下料期对氧化铝浓度和极距进行校正、防止浓度飘移，提出极距补偿手段，实现电解槽极距平衡的精准控制。因为实现了氧化铝浓度和极距的精准控制，有利于提高电流效率，还可以根据全天的基准下料速率变化曲线，评估电解槽的实时效率。

技术领域

本发明涉及一种氧化铝下料及浓度控制方法，尤其涉及一种铝电解领域铝电解槽氧化铝下料及浓度控制方法。

技术背景

在铝电解的生产过程中，氧化铝的下料及浓度控制是按照过量和欠量交替的形式进行下料的，将全槽氧化铝浓度控制在上限和下限之间进行周期性变化，如图1所示，其理论基础是氧化铝浓度与槽电阻的特征曲线关系，这种控制方法在铝电解企业得到普遍运用。近年来，随着电解槽容量和尺寸的不断增大，电流效率和直流电耗等指标很难达到理想的要求，主要问题集中体现在氧化铝浓度和极距控制两个方面。

1、氧化铝浓度控制

现代大型预焙铝电解槽很难精准确定与电流效率相匹配的基准下料速率(等于某一时间内氧化铝的消耗速率)，只有通过过量和欠量(高于和低于基准下料速率的下料模式)的交替控制，将全槽氧化铝浓度控制在一定范围内(一般为1.5～3.5％)。这种传统的控制模式会给电解生产带来多方面的不利影响：高浓度区会因为局部浓度过高而无法及时溶解氧化铝，导致沉淀甚至形成炉底硬结壳，增大铝液中水平电流，影响电解槽的稳定性；低浓度区会因局部氧化铝浓度过低而增加闪烁效应、甚至全槽效应的可能性，增加能耗、降低电流效率；电解槽内的过欠量周期性变化会频繁造成对电解质过热度、局部热平衡和界面稳定性的冲击，损失电流效率。

2、极距控制

在电解槽的正常生产中，阳极高度的消耗速率和铝液厚度生长的增长速率并不平衡，阳极的消耗量为其中h_c为阳极消耗速率(cm/d)，d_anode为阳极电流密度(A/cm²)，CE为电流效率(％)，w_c为阳极消耗量(kg/t-Al)，d_c为阳极体积密度(g/cm²)，铝液的增长高度为其中h为铝液的增长高度(cm)，m为铝液的质量(g)，ρ为铝液的密度(g/cm³)，S1为铝液体积的上表面积(cm²)，S2为铝液体积的下表面积(cm²)。一般来说各类槽型的阳极消耗速率均小于铝液的增长速率，这就造成生产过程中如果氧化铝浓度不变且没有阳极动作，则极距高度(阳极底面距离铝液上表面的距离)不断降低。对此，目前传统的控制模式是通过监控槽电压实现，即当槽电压低于某个特定电压值时进行提升阳极动作，拉开极距。事实上槽电压的变化主要由两部分组成：一是极距高度变化引起的“极距电阻压降”变化，二是由于氧化铝浓度变化产生的‘浓度压降’变化(其中包括浓度变化引起的电阻率变化和反应过电压变化)，这两者共同决定了电解槽整体极距的变动。这就造成很难在生产控制中仅通过槽电压同时实现对氧化铝浓度、极距的精准控制要求。

针对以上问题，专利ZL 201110166650.X提出一种以正常下料周期为主的控制模式，实现氧化铝浓度保持在基本恒定范围内，以减少氧化铝浓度变化的影响。专利ZL201110372135.7进一步扩展此方法，结合阳极电流分布调整各点下料量，实现氧化铝浓度在空间上的均匀分布。这两个专利的控制基础仍然是根据槽电压实现对氧化铝浓度的控制，对极距控制的问题没有提出明确的解决方式。专利中所涉及的控制模式中，随着电解的进行极距的逐渐减小，在仅控制槽电压的情况下电解质的氧化铝‘浓度压降’会持续走高，造成氧化铝浓度向效应区飘移，增加发生阳极效应的可能性。