铝电解过程中R—C曲线理论分析.doc

铝电解过程中RC曲线的理论分析 曹阿林1,2,3，曹斌1,3，易小兵1,3，李劼2 （1.贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵阳 550081；2.中南大学 冶金科学与工程学院，长沙 410083；3.国家铝镁电解装备工程技术研究中心，贵阳 550081） 摘要：通过对铝电解过程中氧化铝浓度与氧化铝分解电压、电解质本体电压、阳极气泡电压、阳极反应过电压以及阳极扩散过电压之间关系的理论计算分析，确定了铝电解槽电压与氧化铝浓度间的关联关系，并绘制出铝电解槽的R-C控制曲线，为实现铝电解过程中氧化铝浓度的控制提供理论依据。 关键词：铝电解槽；氧化铝浓度；槽电压；槽电阻R–C曲线中图分类号：TF821 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2013）12-0000-00 Theoretical Study o R–C Curve in Aluminum Electrolysis CAO A-lin1,2,3, CAO Bin1,3, YI Xiao-bing1,3, LI Jie2 (1. Guiyang Aluminium-Magnesium Design Research Institute Co., Ltd., Guiyang 550081, China; 2. School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China; 3. National Engineering and Technology Research Centre for Aluminium Magnesium Electrolysis Facilities, Guiyang 550081, China) Abstract: The relationship between alumina concentration and alumina decomposition voltage, bath voltage, bubble voltage, reaction overvoltage and diffusion overvoltage of anode were theoretically analyzed. The relationship between cell voltage and alumina concentration was determined and the R–C curve was plotted. This study provides a theoretical principle for alumina concentration control in aluminum electrolysis. Key words: aluminium reduction cell; alumina concentration; cell voltage; cell resistance; R–C curve 现代大型预焙铝电解槽下料控制系统均采用基于槽电阻跟踪的氧化铝浓度控制算法理论[1]，根据槽电阻与氧化铝浓度之间的关系（即R–C曲线），采用欠量和过量下料周期交替作业，确保电解质中氧化铝浓度在最佳浓度点附近。氧化铝浓度控制的优劣会对铝电解生产过程产生一系列的影响，正确表述铝电解过程中槽电阻与氧化铝浓度之间的关联关系，即R–C控制曲线的绘制，是保证氧化铝浓度精确、合理控制的理论基础[2-7]。 本文以某350 kA系列铝电解槽为例其工艺参数为：系列电流350 kA、阳极48组、阳极尺寸155 cm×66 cm×60 cm、炉膛尺寸1 732 cm×390 cm×60 cm。根据铝电解过程中氧化铝浓度对槽电压的影响关系，通过理论计算分析，绘制出铝电解槽的R–C曲线。 1 铝电解过程槽电压的组成 冰晶石—氧化铝熔盐电解是现代铝电解工业生产原铝的唯一方法。其电压主要由阳极电压、分解电压、电解质电压、阳极过电压、阴极电压、阴极过电压、母线电压组成。 2 氧化铝浓度对槽电压的影响 铝电解槽电压组成中受氧化铝浓度影响较大的主要有分解电压、电解质电压、阳极过电压。 2.1 氧化铝浓度对分解电压的影响 电解质中氧化铝的分解电压是指氧化铝进行电解并析出原铝产物所需的外加最小电压。由于高温冰晶石—氧化铝熔体对电极材料有较强的腐蚀性，致使测量数据不稳定、重现性较差。根据铝电解反应过程，氧化铝的理论分解电压可使用式（1）计算： （1） 收稿日期：2013-0-31 基金项目：国家高技术研究发展计划项目2013AA040705)；贵州省科学技术基金项目黔科合J字[2013]2013号作者简介：曹阿林（1