广西百矿铝业有限公司广西百色市田阳县533600
摘要：随着我国经济的发展，铝制品的需求量越来越大。从目前的工业技术来看，铝的生产主要依靠电解法。而电解法的生产过程耗能较大，因此有必要调整生产工艺以降低生产能耗，提高生产效益。在用电解法生产铝时，如果保持电流的大小恒定，那么如果能够降低电压的大小就能够降低能耗。本文中，笔者结合自身多年的工作经验，对电压偏差的具体情况进行了细致的描述，并对生产过程中产生电压偏差的原因进行了探究，并结合实例对电解铝生产中的低电压管理要点进行了研究，希望能给相关工作人员提供参考。
关键词：低电压；电解铝；生产实践
电能消耗率是由平均电压和平均电流共同决定的，通过对这两个参数的控制可以有效的降低生产过程中的能耗。经过实践发现，如果想要在电流大小恒定的情况下提高电流的效率是十分困难的，因此考虑通过降低电压的方法来实现能耗的减低。
1电压偏差情况概述
在使用电解法生产铝的过程中，生产者首先应该对电解槽各部的压降等实际情况进行全面的综合分析。要在电解时对电压进行合理的设定，确保在压降情况下电解槽始终能够处于正常工作的状态。通过设置的电压大小，结合压降的范围，通过计算可以得出电解槽内实际电压的大小。电压偏差是指设定的电压和电解槽工作时的实际电压之间的偏差，电压偏差是一个十分重要的数据，它能够反映电解槽生产状态是否稳定，如果电压偏差较大，那么说明电解槽的工作状态不稳定，需要进行人为调整。
2电压偏差产生的原因分析
2.1换极、出铝等作业质量差
电解槽在工作中时，有一些步骤是需要人为参与的。例如换阳极、加保温料等，这些步骤在操作的过程中会破坏电解槽的稳定状态。如果操作出现失误，那么产生的附加电压就会导致电解槽的实际电压和设置电压之间出现偏差，即产生了电压偏差。
2.2电解槽保温性差
如果电解槽内的电压大小下降，那么电解槽内的温度也会随之降低。如此一来，电解质的流动性就会受到影响，阳极产生的气体不能够及时排出电解槽，这个过程被称之为电解槽的冷行程。在此过程中，电解槽的保温性能会下降，电解槽内的热收入明显不足。在此情况下，要通过增加电解槽的工作电压来补充电解槽内的热量，使得电解槽能够正常的工作，抑制电解槽冷行程。
2.3技术条件不合理
技术条件的不合理也会造成电解槽内的电压降低或者升高而出现电压偏差。前面已经提到，槽内电压的降低会导致电解槽热收入不足。而为了避免这种热平衡被破坏就要求根据电压降低的大小来进行技术条件的改造。如果技术条件不合理，那么这种偏差会出现正反馈调节，使得电压偏差越来越大。
3电解铝生产中的电压管理措施
3.1电压的管理措施
⑴减小阳极效应分摊电压
所谓的阳极效应就是指阳极材料和电解质溶液之间由于电流的传输受到抑制而产生的阻塞现象。阳极效应往往会分摊一定的电压，为此可以采用降低效应分压的手段来对电压进行调节。
⑵降低槽内外母线电压降
电解槽的种类很多，但是电解槽内往往会含有一些金属导体的连接点。在金属导体的连接点处，由于电阻较大，所以分摊的电压就较大。这就导致实际用于电解的电压值降低，使得电压出现偏差。因此，应该改良金属导体之间的连接，降低电压降。
⑶降低阴极电压降
阴极区的电压降也是导致电压出现偏差的一个原因，为降低电压降，可采用以下措施：①及时清理电解槽底部的沉淀物。这些沉淀物在导体中是会分担一部分电压的，要及时将沉淀物清理出电解槽。②对电解槽的结构进行调整。电解池的结构在一定程度上也会造成电压降，因此有必要对电解槽的结构进行适当的调整，提升其稳定性和耐腐蚀能力，以降低电解槽本身对电压的影响。③应用高石墨质炭块。石墨的导电性比炭块的导电性有着明显的优势，采用石墨作为导体可以明显降低炭块的电压损耗。④采用双阴极棒，减少电流导程。
⑷减小电解质电压降
电解质在电解过程中的主要作用是导电。由于电解质是导体，所以电解质本身会分摊一部分的电压，如果能够提升电解质的导电水平，缩短两极之间的距离，那么可以明显降低电解质的分摊电压。
⑸减小阳极压降
在阳极区附近，由于钢爪和炭块之间导电能的差别较大，所以在这些接触点电压降是十分明显的。为此，可以采用增加接触面积，改善钢制品的性能等方法来降低电压降。具体来说，可以在这些接触点覆盖一层氧化铝，同时提高接触电的温度，这样有利于降低电压差。
⑹降低极化电压
在电解过程中，局部原电池会起到对极化电压的克制作用，所以可以通过降低极化电压来减少电压降。
3.2低电压技术
⑴双阴极钢棒节能技术：双阴极棒技术的要点是在阴极棒的区域增加一个贯穿槽，并且在这个贯穿槽内加入一些绝缘物质，这样槽中部对阴极的导电量就会明显增多。这种技术能够比较明显的降低阴极区的电压降。
⑵异型阴极节能技术：该技术的技术核心是在对电解槽进行维修的过程中，应用异形阴极（带有凸台）来抑制生产过程中铝液的流动。这样能够降低电解槽的工作电压。
⑶阻流块节能技术：该技术和上一项技术的原理是一样的。区别在于操作实施的手段不同。该技术是通过在电解槽内添加阻流块来达到抑制铝液流动的目的。
4电解铝生产中的低电压管理实施案例
4.1低电压技术的实施
⑴槽控制系统升级：在采用电解法生产铝时，电解槽内的电压大小和电解槽的稳定性有着密切的关系。如果电解槽内的电压过低，那么电解槽的稳定性就会受到较大的影响。因此，可以采用对电解槽控制系统的升级来进一步完善对电解槽的控制能力，进一步提高电解槽的稳定性。
⑵改进生产条件：在生产过程中，要时刻对电解槽内的物理和化学性质进行检测。在必要的时候可以通过一定的技术手段来提高电解质的溶解性、导电能力等。通过对这些生产条件的改善，来提升电解槽的稳定性。
⑶采用炭碗间开槽阳极：前面已经提到，在电解槽内的阳极区，由于炭块和钢爪之间的接触会导致接触电的电压降。实际上，这里影响接触点电压降的因素有很多。比如炭块的面积和铁的成分，以及接触的方式等。如果采用炭碗间开槽阳极那么就能够确保接触点的连通性，进一步降低电压降。
⑷改进电解槽保温性能：电解槽内的温度对电解液的导电性和流动性会造成较大的影响。而且温度一旦降低，会进一步电解槽的工作效率，因此要时刻保证电解槽的温度，减少电解槽的热量散失。
⑸保证系列电流能量平衡：在保证电解槽工作温度的同时，工作人员要时刻密切关注电解槽内工作电压的变化。如果电压降低，那么需要及时提升电解槽内的电流大小，以确保电解槽内的能量交换始终处于平衡状态。
⑹保持理想规整炉膛：炉膛的内部形状对热量的传递同样会产生较大的影响。所以，确保炉膛内部形状的良好是降电压的基础。
4.2经济效益
⑴节电效益方面：某企业按照上述的建议对本企业的电解铝生产工艺进行了全面的调整。其结果十分的明显，铝液直流电消耗的总量明显降低。从去年的生产数据来看，全厂一年节约的电能是8800万千瓦时，如果转换成电费，那么全厂一年节约电费为3168万元。可以说，极大的降低了生产成本，提高了生产效益。
⑵增产效益方面：除了生产成本有了明显的下降之外，生产效率也得到了明显的提升。据相关统计数据，单槽的日产量已经达到了36千克，该企业总共有276台电解槽，全年的产量可以达到3500多吨。每吨的利润大概在1000元左右。可以说，全厂的生产效益得到了极大的提升。
⑶社会效益方面：企业节约成本和电能的消耗是具有社会效益的。企业用电量的降低，可以缓解我国电能的压力，降低温室气体的释放。能够促进我国快速稳定的发展。
结语
综上所述，电解法生产铝的过程中要消耗大量的电能。企业寻找方法降低生产过程中不必要的损耗，以提高能量的利用率对于企业和国家而言都是有十分重要的现实意义的。
参考文献
[1]朱邦成.电解铝生产过程控制系统的研究和应用[J].世界有色金属,2019(04):317+319.