[科普中國(guó)]-陰極壓降

陰極壓降是由鋁液水平壓降、鋁液層與陰極炭塊組間壓降、陰極炭塊壓降、陰極炭塊與陰極鋼棒間壓降、鋼棒壓降等五部分組成1。

降低陰極壓降陰極壓降是槽工作電壓組成的一部分。為降低陰極電壓降，從電解槽焙燒啟動(dòng)開始就應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）防止炭塊過量吸收電解質(zhì)；

（2）電解溫度的波動(dòng)要小；

（3）根據(jù)槽況，控制加料量，減少槽內(nèi)沉淀數(shù)量；

（4）在正常生產(chǎn)過程中，技術(shù)參數(shù)要合理和穩(wěn)定，提高操作質(zhì)量，努力減少槽內(nèi)沉淀量和爐底結(jié)殼。

工業(yè)槽的陰極電壓降一般為0.3~0.4V，測(cè)量陰極電壓降，以及用釬子檢查陰極表面狀態(tài)，可了解電解槽的陰極狀態(tài)，是否存在軟沉淀和硬的結(jié)塊。又依據(jù)鋁中鐵含量和硅含量是否升高，可判斷陰極和側(cè)壁SiC是否發(fā)生破損。

電解槽的陰極電壓降值如果普遍增大，通常表示一種冷行程的趨勢(shì)（可由溫度和分子比加以佐證）。這種趨勢(shì)是可以糾正的，亦即增大系列電流，相當(dāng)于增大功率輸入。

由于陰極老化，陰極電壓降的數(shù)值逐年緩慢增大，這是合理的1。

陰極壓降測(cè)量電解槽在運(yùn)行過程中，槽底會(huì)形成沉淀和結(jié)殼，陰極炭塊的性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，一旦陰極炭塊出現(xiàn)裂紋會(huì)使陰極鋼棒和炭塊間的電阻增加，使陰極壓降大幅度增加。測(cè)量爐底電壓降，既可了解爐底變化情況，為正確調(diào)整技術(shù)條件提供依據(jù)，也可為改進(jìn)電解槽砌筑安裝積累資料，因此一般定期安排進(jìn)行測(cè)量。

測(cè)量作業(yè)準(zhǔn)備確認(rèn)槽號(hào)，準(zhǔn)備并檢查測(cè)量工具（數(shù)字電壓表、補(bǔ)償導(dǎo)線2根、測(cè)量棒2根、多功能天車、炭渣瓢、記錄本)。

測(cè)量作業(yè)實(shí)施測(cè)量作業(yè)實(shí)施如下：

（1）測(cè)量點(diǎn)選擇。測(cè)量點(diǎn)數(shù)可根據(jù)需要決定，一般出鋁洞口處，A、B兩面有代表性的地方（例如，大面全長(zhǎng)的1/2處）。

（2）連接導(dǎo)線。用導(dǎo)線將數(shù)字電壓表和測(cè)量棒連接好，將用作負(fù)極的測(cè)量棒連接到電壓表的負(fù)極接線柱，將用作正極的測(cè)量棒連接到電壓表的正極接線柱。

（3）打開測(cè)量洞。預(yù)熱需要預(yù)熱的工具，打開出鋁口測(cè)量點(diǎn)的槽蓋板，用炭渣瓢打撈結(jié)殼塊及炭渣。

（4）進(jìn)行測(cè)量。如下圖所示，先使接負(fù)極的測(cè)量棒插在測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的陰極鋼棒與軟母線的接合點(diǎn)；再使接正極的測(cè)量棒呈約45°的角度與爐底接觸，注意測(cè)量棒不能與陽極接觸；在電壓表讀數(shù)穩(wěn)定后以10mA為單位讀數(shù)記錄；每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行兩次測(cè)量。

測(cè)量完畢后的處理（1）用結(jié)殼塊堵好測(cè)量洞，清掃槽沿板衛(wèi)生，蓋好槽蓋板，把工具送回指定地方放置。

（2）計(jì)算本次測(cè)量過程中兩次測(cè)量值的平均值。

（3）把測(cè)量記錄提交相關(guān)人員，并按規(guī)程輸入槽控機(jī)系統(tǒng)。

（4）本次測(cè)量值與前一次的測(cè)量值超過±50mV的差值時(shí)，或本次測(cè)量過程中兩次測(cè)量值相差大于5%時(shí)，要重新測(cè)量。

須暫停測(cè)量的情況當(dāng)測(cè)量槽發(fā)生效應(yīng)時(shí)，或?qū)Φ仉妷寒惓r(shí)，或降電流時(shí)，暫停測(cè)量1。

陰極壓降作用陰極壓降對(duì)電解生產(chǎn)沒有實(shí)質(zhì)性的意義。但依據(jù)“區(qū)域能量自耗”理論，陰極須維持一定的發(fā)熱量來維持陰極區(qū) 陰極壓降域的能量平衡。另外由于電解槽的電流效率隨陰極電流密度的增大而提高，因此，如能降低陰極電阻，而通過提高陰極電流密度來維持陰極區(qū)域的發(fā)熱量，減少無謂的能量產(chǎn)生，這恰是采用低電阻率陰極的本意所在。無論是電解槽改造還是新開發(fā)大型電解槽，越來越多地采用低電阻率陰極。實(shí)踐證明，這種策略不僅可以提高電流強(qiáng)度，也可以降低單位能耗。因此，是實(shí)現(xiàn)電解生產(chǎn)節(jié)能非常有效的途徑之一。

對(duì)電解槽電壓的分解研究表明，在極間有約250mV的壓降是由于陽極氣體不能及時(shí)排除、在電解質(zhì)中形成了氣體填充率很高的氣—液相層所致。這層混合層不僅增加了電解質(zhì)電阻，而且會(huì)增加金屬鋁的氧化，降低電流效率。近幾年出現(xiàn)且被普遍采用的加槽陽極在一定程度上解決了陽極氣泡電阻問題。眾多理論研究表明，加槽陽極可以降低氣泡電壓100~200mV。加槽陽極的優(yōu)勢(shì)在高極距時(shí)的作用比較小。因?yàn)槟菚r(shí)極低間有足夠的氣體釋放空間。在配合低極距低電壓生產(chǎn)時(shí)則尤其見效。因此，加槽陽極的采用，應(yīng)配合穩(wěn)定的磁流體設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)低極距生產(chǎn)，否則，效果將不會(huì)明顯。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)