如何让电解槽达到最佳热平衡，从而节能增产
张国奇
(白银公司铝厂电解一车间，甘肃白银730900)
摘要：结合本厂生产实际，论述了电解槽热平衡的意义和电解槽热平衡原理，只要电解槽热量收入等于热量支出的情况下，电解槽才能处于正常的热平衡，正常的生产状态，从而达到高效，低耗的目的。
关键词：热平衡；增产节电；热量收入；热量支出
众所周知，直流电通过电解槽消耗电能，并起到两个作用：一个作用是使氧化铝分解而生成金属铝，这个作用使得一部分电能直接转变为化学能量；另一个作用是发热，电能转变为热能，维持电解槽在高温下进行生产。
为了使电解槽平稳生产和增产节电，我们必须了解电解槽的热平衡，研究电解槽的热量收入和支出情况及其之间的关系。
1 电解槽热平衡的意义
我们知道，要使铝电解槽平稳地生产，就必须经常保持正常的电解温度。在正常生产时，必须对电解槽细心看管，防止电解温度波动过大，在电解温度过高或过低时，则要及时调整。电解温度变化的原因是什么?怎样进行调整，这就需要分析电解槽的热量收入及支出的情况，也就是说要分析电解槽的热平衡。
铝电解是在高温下进行的，电解槽要不断地向外界散失热量，我们在作业过程中，如换极，加氧化铝、氟化盐等都要消耗能量。因此我们必须经常适当地向电解槽供给能量，即热量。电解槽收入的热量来源于电能。在正常生产时，如果电解槽收入的热量等于电解槽支出的热量，则电解温度继续保持正常，即电解槽建立了正常的热平衡；如果电解槽收入的热量比支出的热量多，电解温度就会升高，结果走向热行程；相反，如果电解槽收入的热量比支出的热量少电解温度就会降低，结果走向冷行程。电解槽的热行程或冷行程都将破坏正常生产给高产低耗造成不利后果，所以经常保持正常的电解温度则是铝电解生产中增产节电的一个重要条件，也是基本条件。
2 铝电解槽热平衡原理
电解槽能否正常平衡地生产，取决于热平衡是否正常，即：电解槽的热量收入与支出是否等价，现分别对电解槽热量收支情况及其间的关系进一步加以论述。
2．1 电解槽热量收入
我们知道电解槽的热量收入来自于电能。直流电通过电解槽消耗电能，因而使电解槽得到热量。电解槽热量收入多少实际上是电流对槽子做了多少有用功，以符号A有用来表示，我们将电流从电解槽的阳极到阴极这一段电路所消耗的电能称为有用功，这一电路上的电压称为有功电压用符号E有功来表示，有功电压由下列五项组成：阳极电压降，电解质电压降，槽底电压降，极化电压，效应电压。
E有效＝E阳极＋E电解质＋E极化＋E效应＋E槽底 (1)
式中：E有功--有功电压
E阳极--阳极电压降
E电解质--电解质电压降；
E效应--效应电压；
E槽底--槽底电压降
电解槽的有功电压就是电解槽原平均电压减去金属母线及其接点的电压降。
即：
E有功＝E平均－E导接
A有功＝I×E有功 (2)
在铝电解过程中电流强度是一定的，电解质电压降和效应电压变化较大，它们对电解槽的热收入影响较大。如：抬阳极提高极距，使电解质压降增大，发出热量增多，电解槽收入热量就多；又如效应次数多，效应时间长，电解槽电压升高，也使得电解质温度上升，收入热量多；再，槽底沉淀多，槽底有结壳，炉堂小，槽电压大，槽子热收入增多。
2. 2 电解槽热支出
电解槽得到的热量将消耗在以下三方面：
a.补偿分解氧化铝以生产金属铝的全部化学反应简称化学反应能。
在正常情况下，电流强度稳定，电效无多大变化，这对化学能可以认为是不变化的。但电流效率大大降低时，即二次反应大大增加时，化学反应能也减少，电解槽热支出则大大地增加。
b.在处理某些槽病时散失的热量不可忽视，例：处理槽病时，向槽内加铝锭，一块15kg的铝锭从25℃加热到950℃，则要耗电5．82kW／h。
c.电解槽的热损失
电解槽的热损失即电解槽向四周散失的热量和更换阳极，特殊加工所损失的热量，这是电解槽支出热量最大的一项，占热量收入的56％～73％，它的变化也最大。
2. 3 较高槽工作电压
较高的槽工作电压大大提高了电流效率，在经过我厂不断努力上将槽工作电压提至4．15V～4．25V范围内，使电流效率由原来的89．35％上升到93．7％实践证明这一可行改革，也确实得到了增产的真实获益。
由公式：电流效率≈电解槽实际产铝量/电解槽理论产铝量×100％ (3)
可得：电解槽理论产铝量＝0．3355 × I×t／1000不变的情况，要电流效率增大，只有电解槽实际产铝量增大。
2. 4极距的影响
极距是阳极底掌到金属铝镜面的距离。极距为1～2cm时铝损失极大，电流效率很低；4～5cm时，铝损失不大17cm以上再增加极距几乎不能明显提高电流效率；我厂从保持热平衡的观点出发，稳定热制度，降低电耗，兼顾电流效率几个方面进行选择，实践最后总结出极距保持在3．5～4．5cm较为适宜。
3 结论
合理控制热平衡可达到增产节电的作用。
(1)低效应系数
效应管理一向被视为中心管理环节，实现效应发生合理是确保电解槽热严衡运行的关键，在此基础上降低效应系数对于降低电耗，电解质的过热度，提高电流效率有现实意义不断努力我厂也在降低效应系数，效应间隔设定由短到长做了很多尝试，现以控制在0．4～0．6次／槽日，在节电方面收到明显的效果。
(2)高铝水，高电解质
我厂系列电流在159kA左右，因电流的增大，电解槽热量收入增大，为了保持槽的热平衡唯一办法就是增加热损失，再加上电解槽为半埋式散热较差，就决定了保持高铝水对槽子平稳运行非常重要，高铝水决定了高电解质才能维持电解槽的正常热平衡。
(3)较高的槽工作电压
较高的槽工作电压大大的提高了电流效率，取得了较好的增产效果。