1 前言
电解生产中，稳定的热平衡是电解槽长周期高效率的条件，而如何使已设计好的槽子保持良好的热平衡，影响因素很多，而良好的外部供电系统以及最佳的工艺技术条件是最为关键的因素，在外部供电系统基本稳定的情况下，保持合理的生产技术条件，又成为电解槽热平衡稳定的主要因素。
2 供电系统的连续稳定是保持电解热平衡的基础
(1)外部供电：铝电解生产是-种连续的、不间断的、电流强度不能随意调整的生产工艺过程。供电能力的长期平稳对铝电解企业是至关重要的，也是保证铝电解生产长周期平稳运行的关键。供电能力的不稳定导致铝电解生产负荷变化，电流强度忽高忽低，必然导致电解槽波动，最终破坏电解槽的热平衡，使合理的电解生产工艺技术条件遭到破坏。引起电解槽电流效率下降，无谓增加电耗和企业的产品成本。但是在一般情况下，如果没有天灾或人为破坏，电力供应都是比较稳定的。
(2)内部电阻变化：一般电解槽热平衡的变化，在供电系统比较平衡的情况下，主要是凋整极距来控制电解槽电阻的(电解质电阻包括电路电阻、极化电阻、效应电阻以及电解质电阻)，在电解槽电阻中，只有电解质电阻是可变的，在极距允许的一定范围内，可以通过调整极距改变电解质R质来维持生产负荷改变前已确定的热平衡基本不变，建立生产负荷改变后的热平衡。
3 影响电解槽能量平衡的因素
3. 1 影响电解槽能量平衡的因素主要有
(1)氧化铝加料的影响；
(2)更换阳极；
(3)阳极效应；
(4)出铝；
(5)电解质成分的变分；
(6)电流效率的变化。
3．2 增大电流保持原有电解槽热平衡的方法在原有电解槽上提高电流，采取的措施不外乎，第一，通过加大阳极提高电流；第二，采用石墨化阴极和碳化硅侧块，加大钢爪和减少氧化铝覆盖层，增加热损失以保持侧部结壳和热平衡；第三，改善电解质成分和降低极距来减少内热。
3. 3 侧部结壳困难困扰铝电解工作者在实践中早巳发现大电解槽侧部结壳十分困 难，但没有得到应有的重视，生产者只知道调整分子比，设计者对电解槽热平衡研究不够，所以没有解决侧部结壳这个最致命的问题，不仅侧部不结壳或极薄，有的更大的电解槽槽壳温度高达400℃。目前我厂已投产的230kA电解槽是将槽壳置于操作楼板之下，以加大阴极的对流散热。国外AP-50预焙槽的槽壳温度表明即或有强有力的通风，加强对流的情况下，其槽壳中部的温度仍比两端的温度高8～10度，由此可见，大型电解槽没有必要追求短的槽间距，省了母线和土建费用，槽寿命却变短了。230kA和320kA槽最高温度和平均温度、槽壳钢板外壁温度分布见表1、表2。从表中数据分析，由于槽子所选材料及设计问题，槽壳钢板外壁温度过高(超过400℃)，散热不好。
4 生产过程中技术条件对槽热平衡的影响
在生产操作过程中，技术条件成为影响槽热平衡的关键因素，在设计工作已完成，各种砌筑材料都已选定、并且安装好的槽子，本身的热平衡已经确定，如何保持这种热平衡，是生产者水远追求的目标，稳定良好的热平衡，是保持电解槽各项技术指标的关键，反过来，合理优化的生产技术条件又是稳定槽子热平衡的基础。在实际操作中，影响槽子热平衡的因素很多，如电解质成分、更换阳极、出铝、氧化铝加料量、阳极效应、电压等，如何将各种因素有机的结合在一起，形成一套可行的、合理的生产标准，尽可能小的破坏槽子的热平衡，使槽子始终处于稳定的生产状态。下面就将各种因素简要分析如下：
(1)电解质成分：现代大型槽由于散热面变窄，所以对侧部散热的要求很高，如何能减少热收入、减轻侧部散热压力呢?从改善电解质成分来看，添加锂盐是一个很好的途径，另外适当降低极距也可以收到一定的效果。添加锂盐从理论上讲可以降低电解质初晶温度，提高电解质的导电率和电流效率。电解质分子比的变化对于越先进、容量越大的电解槽就越敏感，这也是侧部破损快的原因之一。据文献介绍，在230kA电解槽添加锂盐可以提高电解质的导电率和电流效率开增加产量，同时降低电耗和减少氟的排放量，见下表。
从上表可以看出，在不同AlF3浓度的情况下，加入LiF的电解槽比没有加锂盐的槽子导电率和电流效率都有不同程度的提高，单槽日产量增加，同时电耗有所降低，氟的排放量减少，炉底沉淀增加。
电解质成分在不断发生变化，最显著的是分子 比升高。升高原因一是原料中杂质的影响，二是电解质的挥发，最主要是AlF3的挥发(AlF3的沸点最低－1260℃)。电解质分子比越大，电解质温度越高，AlF3的挥发越大。调节电解质成分主要根据化学分析报告，分子比太高，应补充AlF3，分子比过低，应及时补充Na2CO3，使得保持一个合理的分子比。
4. 2 更换阳极
阳极更换是破坏电解槽热平衡的大敌。因为实践证明，再好的磁场母线设计，也经不起每天更换阳极的折腾，因为更换阳极要降低槽温，此时易于产生沉淀，新换上的阳极瞬间吸收热量，同时阳极底掌粘上一层电解质又降低了电解质过热度，如果电解质内熔体循环流动条件较好，则可以补充上热量，可是，现代大型预焙槽磁场补偿非常好，电解质流速较低，热量不能及时供应，造成不能及时熔化阳极下面粘着的一层固体电解质，弄不好阳极就长包。
根据挪威的AP-18槽测定的更换阳极后新阳极温度和相邻旧阳极内部温度的变化情况来看，更换40小时后，阳极底掌的温度才接近平衡，更换阳极新旧阳极的温度均有较大的影响。因此，电流上升的程度也必定与温度上升基本一致，所以更换阳极对电解的热平衡破坏很大。
4. 3 阳极效应
国外环保已从氟化物转向温室气体，从以往的用阳极效应来调整槽子的槽况观念，转到瞄准零效应。因为，阳极效应的产生不但产生大量的CF4气体还要产生其他的害处，但下料多时易产生沉淀，引起电流极不均匀。根据测定发现，阳极电流大的地方，阴极电流反倒很低，效应电压高了和时间长了侧部炉帮化光，不仅破坏了热平衡，而且引起水平电流，造成电解槽铝液波动，电流效率降低，并大量浪费电能，如160kA电解槽，效应电压20V，每分钟耗电53kWh。所以零效应最为理想。
当今发展起来的氧化铝浓度自适应控制技术，虽可较好控制阳极效应发生次数，但阳极效应着实会给运行的电解槽带来一些好处，诸如消除炉底沉淀，洁净电解液(排除炭渣)，清理阳极底掌，自调节槽内热平衡等，同时发生效应时的各种数据可提供槽子运行状态的信息。
根据阳极效应对槽子的作用，应保持合理的阳极效应系数，控制效应时间，以保证槽子的热平衡，同时减少温室气体的产生，节约电能，目前，大型预焙槽的阳极效应系数控制在0.3次／槽·日以下。
4. 4 电压 在电流恒定的条件下，电压是凋节电解槽能量干衡最重要最易实现的手段之一。因此，电压管理实质是电解槽平衡的主要管理。实际生产中，通过变更设定电压施行对槽电压进行变更，但实质是增减极距来变更电解质电压降，只是基于V=PI+b的线性函数关系，而b为常数，P为每移动单位常数阳极位置的电压增量，它与设计有关，但主要取决于电解质电阻。电解质电阻与电解质成分的过热度(高于电解质熔点的温度)有关，还与电解质的洁净度有关。电解质中碳渣含量大、悬浮固体Al203量大，则电解质电阻也大。当槽电压恒定，但炉底阴极电压增高时，或电解质电阻变大时，极距就会被压缩，从而引起病槽。为了使电压真正与极距呈现确定的线性对应关系，在实际中应尽量保证阳极阴极电压降，电解质的电阻接近设计值，并使这些项目稳定。
根据生产的实际情况，对电压应进行上升或降低的调整，凋整幅度-般不能太大，在电压较高时，每次调0.1V，在电压较低时，每次调0.02V，电压在4．00～4，20左右时，调O．03～0．05V。对于病槽每次调整幅度可在0．20-～0. 50V范围内。在槽子恢复过程中，应根据情况及时调整，尽量使槽子热量收支平衡，避免槽况恶化。在调整电压的同时，必须施行其他调整热平衡的措施(如调整吸出量和增减极上保温料)，不能单靠变压来维持热平衡，特别要注意，尽量保持槽子的平稳运行，严禁在无干扰的情况下每天变动槽子参数。
4．5氧化铝浓度的变化
大型预焙槽对氧化铝浓度的要求很严，一般要使槽内氧化铝浓度达到2．5％～3.5％。缺料时，发生阳极效应；加入的料过量，将产生沉淀，所以Al203浓度保持的好坏，直接影响槽子的热平衡。
中心加料与边部加料不同，边部加料时，需打开槽边部壳面，为了减少加料给槽子造成的大量热损失，往往采用较长的加料间隔，一般是2小时或更长的时间，每次加入料量相对较大，加入的料在当时少部分溶解，大部分以固体形式凝结在槽边沿部位，暂时作为槽帮的-部分，然后慢慢溶解，因此，边部加料有两个作用，一是向液体电解质中补充氧化铝；二是补充槽帮。
中心下料槽加料只起向液体电解质中补充Al2O3的作用。要求每次加入的量必须在短时间内(Al2O3颗粒穿过液体电解质层的时间)完全溶解，不允许沉于炉底。解决的途径：一是选择溶解性能好的砂状Al2O3；二是采取低氧化铝浓度；三是选择电解质最激烈的点作为投料口；四是尽可能缩短加料间隔，每次投入的料量相对较少，并做到定时定量加料。日前应用的自适应控制下料，其控制原理为：借用电解质电阻随浓度变化的关系，用槽电阻的变化间接判断Al203浓度，进而自动调节加料间隔，做到按需下料。
4．6极上保温料
极上保温料是维持电解槽热平衡的重要因素。极上保温料主要起保持槽子热量的作用，但它也可作为调节热支出的手段。通过增减极上保温料厚度，调节电解槽热支出。我国第一个160kA中间下料预焙槽，极上保温料为160～180mm，如果有过剩的热量输入，可通过减薄极上保温料来增大散热，避免槽温升高。冬季还可加厚极上保温料来加强槽子保温。据日轻研究所测定，全极每减薄10mm极上保温料，多放出的热量相当于0.06～0.09V电压所产生的热量(160kA)。正常槽极上保温料加得不足，自然会导致槽子走向冷态，不然，必须升高槽电压来维持热平衡，势必造成高耗电能。当出现输入热量不平衡时，可适当增减厚度，作为调节的手段之-，但不能只考虑这一种手段，必需与槽电压、铝水高度调整配合实施。
5 电解槽热平衡与合理技术条件应保持高度统一性
电解槽热平衡的保持，必须要有合理的生产技术条件做为基础，而槽子各部位，特别是侧部的散热的问题的解决，即保证热量从侧部从容散出，保证有一个永久性和适宜性状的结壳或伸腿，是槽子本身设计应该解决的问题。在实际生产中，只有通过摸索，找出一套适应已设计好热平衡的电解槽的技术条件，最大限度的进行补偿设计中的不足，以获取最大的电流效率和经济效益是铝电解企业和科技工作者追求的目标。电解槽热平衡与技术条件的合理保持是相辅相成的，两者相互作用，相互影响，必须保持高度的统一性。
