铝电解槽阴极炭块组装压降与炉底压降关系分析

众所周知，铝电解槽的电能消耗(以下简称电耗)只与电解槽的平均电压和电流效率两个因素有关，降低吨铝电耗，必须降低电解槽平均电压或者提高电解槽电流效率。本文重点从如何降低电解槽电压降的炉底压降出发，分析阴极炭块组装压降与电解槽炉底压降的关系。

1 铝电解槽炉底压降

铝电解槽的炉底压降又称阴极电压，它包括阴极炭块压降、阴极炭块与阴极钢棒连接压降、阴极钢棒压降三部分，基本上各占三分之一。需要指出的是，炉底压降不仅与阴极内衬材料有关，而且也与筑炉质量、焙烧、启动及电解槽的生产维护有关，但炉底压降主要影响因素还是阴极炭块组本体的三部分压降。

1.1 阴极炭块压降

阴极炭块电压降与炭块自身的电阻率有关，电阻率越大则电压降越大。按电压降从大到小的阴极炭块依次为无烟煤基炭块、石墨质炭块、石墨化炭块。同时，阴极炭块电压降会随着温度的升高而降低，也会随电解槽生产时间延长而逐渐降低。

随着铝电解槽向大型化方向的发展、电流强度的不断强化和单位产能的逐渐提高以后，各大铝电解生产厂家已开始全面推广和使用高石墨质阴极炭块、石墨化阴极炭块。

1.2 阴极炭块与阴极钢棒连接压降

阴极炭块与阴极钢棒的连接根据连接物的不同有三种方法，第1种是浇铸磷铁，第二种是糊料扎固，第三种是细炭粉或高导电性的诸如TiC和TiB2粉与热固性树脂混合制成导电胶。目前国内普遍应用的是扎糊技术，即将阴极炭块、阴极钢棒、钢棒糊加热到一定温度，按照一定的施工工艺完成阴极炭块组的组装工作。在阴极炭块和阴极糊料一定的条件下，扎糊施工工艺质量直接影响着炭块与钢棒连接压降大小。

随着电解槽生产时间的增长，槽底逐渐隆起，阴极钢棒变形，或由于阴极钢棒被腐蚀，炭块与阴极钢棒之间的缝隙会增大，阴极炭块与阴极钢棒连接压降就会增大。

1.3 阴极钢棒压降

阴极钢棒电压降只取决于阴极钢棒的尺寸和温度，温度升高电压降会有所升高，在恒定温度下，阴极钢棒尺寸确定后电压降基本不变。

随着电解槽生产时间延长，阴极钢棒被腐蚀而导电面积减小，会使阴极钢棒压降增大。

1.4 降低炉底压降分析

通过以上所述可知，影响电解槽炉底压降的因素较多，降低炉底压降必须做好材料选取、施工、生产各方面细节工作，如:选择高导电率的阴极炭块、钢棒糊料、阴极钢棒材料，生产维护尽量避免出现炉底结壳沉淀、保持技术条件稳定避免出现病槽等引起炉底破损等。因为阴极炭块与钢棒组装质量越高，炭块与钢棒间的连接强度就能保证，钢棒才不易松动，炭块与钢棒间的测量电阻就越低。所以，在选定了阴极炭块、糊料及钢棒之后，提高阴极炭块与钢棒连接组装施工质量能够降低阴极炭块与阴极钢棒连接压降，也就成为降低炉底压降的重要措施。

2 铝电解槽阴极炭块组装压降与炉底压降分析

严格控制阴极炭块组组装施工质量，降低阴极炭块组压降可以降低投入运行的电解槽炉底压降，但一直以来，只有定性认识，没有定量指标分析，不考虑其它任何影响因素，以下对阴极炭块组压降与炉底压降进行比对分析。

2.1 阴极炭块组装一般要求

根据铝电解槽设计筑炉规范要求，阴极炭块组装后导电性能一般为:用2000A直流电以炭块工作面和阴极钢棒露出端为两极，其电压平均值不大于350mV(室温下)，否则进行重新组装。

2.2 分析样本选择

为了分析阴极炭块组装压降与电解槽转入生产后的炉底压降之间的关系，本文以某公司300kA大修电解槽阴极炭块组装压降和电解槽投入运行后的炉底压降为对象，采集相关数据进行比对分析。此300kA电解槽有25组阴极炭块组，每组阴极炭块组有4根阴极钢棒，每槽共计100根阴极钢棒。

根据新修电解槽阴极炭块组装压降测试信息和电解槽投入运行后的炉底压降测试情况，选取了12台电解槽为分析样本，这12台电解槽的阴极炭块组装压降、炉底压降及测试距通电天数见表1。

2.3 数据分析

2.3.1 炉底压降与阴极炭块组装压降比值

从表1可以看出，这12台电解槽阴极炭块组装压降平均为184mV，炉底压降平均为288mV，炉底压降测量距通电时间平均为30天。炉底压降测量时电解槽生产电流为310kA，折算到每根钢棒平均3100A，因阴极炭块组装压降测试电流为2000A，不考虑其它任何因素，炉底压降应为阴极炭块组装压降的1.55倍。下表2列出了炉底压降与阴极炭块组装压降的比值情况。

从表2可以看出，12台样本槽实际电解生产条件下炉底压降与阴极炭块组装压降比值平均为1.57，与理论比值 1.55非常接近;比值最大为1.76，最小为1.30，它们与理论比值偏差在13.5%～16.1%。说明电解槽运行条件下的炉底压降与阴极炭块组装压降关联性非常大，不考虑温度变化、电解生产影响等因素，理论计算的压降比值与实际测量的比值基本吻合。

表1 电解槽阴极炭块组装压降、炉底压降等信息表

2.3.2 阴极炭块组装压降与炉底压降关系趋势

为了分析阴极炭块组装压降与炉底压降比对关系趋势，对12台样本槽的压降趋势比对结果做出图示，见图1。

表2 炉底压降与阴极炭块组装压降的比值情况

图1 电解槽阴极炭块组装压降与炉底压降数值的比对趋势

从图1可以看出:电解槽阴极炭块组装压降与运行炉底压降基本存在正相关性，即阴极组装压降越大(小)，运行后炉底压降越大(小)。

3 结语

青山湖绿道环线总长约为43 km，在选线过程中发现环湖一带有较多的原有机耕路，约占绿道线路总长的30%，在绿道实际建设中，设计师对该部分机耕路进行二次利用，并借道部分市政道路，以更低碳、生态化的手段进行建设，并针对湖面浅滩地带等生态敏感性区域因地制宜地设置了栈道，保留青山湖自然的气息(图4)。

(2)电解槽阴极炭块组装压降与运行炉底压降存在正相关性，阴极组装压降越大(小)，运行后炉底压降越大(小)。

(3)新建和大修电解槽设计确定了阴极炭块、糊料和阴极钢棒等，阴极炭块组装压降成为影响电解槽炉底压降的关键因素，提高阴极炭块组装工作质量，可以实现降低阴极炭块组装压降，为电解槽提供了降低运行电压的有效途径。