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磁场对铝电解生产影响的分析

摘要：铝电解的发展最近几年来，发生了翻天覆地的变化，从最先的自焙槽
炼铝、从低电流变为高电流、从小容量电解槽到大型电解槽都经过了多年的坎坷

岁月，才发展到现在的工业水平。

关键词：铝电解，磁场，检测分析

现代大型电解槽通常采取单行横向排列方式，因为提高电流容量不仅要增加
槽身宽度，而且主要是增加其长度，槽子容量越大，其长宽比也越大，采取横向
排列时，导电母线的配置方式可有较多的选择余地，这有利于消弱磁场的影响，

进而采取了各种有效的改进措施来减少磁场对铝电解生产的影响。

磁场对电解槽生产的影响，随着电流的增大而更为显著，磁场问题实际上已
成为大型电解槽设计的一个重要问题，因此消除磁场对铝电解槽生产影响的意义
要求我们在电解槽的设计上，力求将铝液的流速控制在一定范围内，除了降低垂

直磁场外还要考虑横向水平磁场By的影响，力求降低电解槽的垂直磁场以及横

向水平磁场。

1铝电解中存在的三场及研究方法

按照磁流体动力学的观点，熔体的旋转、波动主要受到电磁感应力的作用。
电磁感应力的作用会使炉内熔体循环加速、铝液面隆起、偏斜和波动。铝液的剧
烈扰动对铝电解槽的生产产生恶劣影响。所以对电解槽内的磁场分布、热场、应
力场的研究对电解生产操作都有现实意义。国内、国外对此问题的研究方法主要
有：图论场模型法、相对电参量法、二维有限元法、边界元法等，算法电解槽各

参数与物理场之间的关系，也是三场所研究的主要内容。

2磁场对铝电解生产影响的主要表现

在电解槽正常工作状态下，铝母线通入强大的直流电流，按顺序通过电解槽
的各个导电部件如立柱、阳极导杆、电解液层和铝液层、阴极、阴极母线等，最
后进入下一台电解槽，在导电体周围环境中产生了强大的磁场，磁场对铝电解生

产的影响主要表现在下列几个方面。

2.1铝液回流

铝电解槽在正常启动后，铝液的流速很慢。而且没有固定的流动方向，处于
平静状态。启动若干月之后，已形成了一定的槽膛，则槽膛中铝液的流动呈8字
型或呈现环形，此时显然是由于铝液中水平电流分布不均所致，在启动后6-18

个月内，240KA的电解槽，铝液流速增快。回流图案呈现歪斜的8字型，平均流
速为6cm/s，18个月后直至停槽，主要铝液回流方式逐渐改变环形，它随着槽龄
增长而愈益显著。同时流速增加1倍，槽内电流分布铝液和电解质的三向量流动，
以及电解质铝液界面形状，当槽电流异常增大时，槽寿命会-缩短，受到很大影

响。

2.2铝液波动

根据科学家的实验观察，槽内铝液经常处于波动状态，其波峰高度和波动频

率，显然与阳极气体逸出状态和铝液中电磁作用力大小等因素有关。据210KA预
培槽上的测定，阳极上的电流分配随时在变动着，呈正弦波形，当铝液尖峰正好
掠过该阳极之下并返回来的时候，该阳极便达到其电流极大值。按时间计算的平

均电流值，几乎正好等于其额定值。

2.3滚铝

铝电解槽发生滚铝时，一股铝液从槽底泛上来然后沿槽壁沉下去，有时候铝

液甚至会喷射到电解槽处。

水平磁场与纵向电流相互作用产生一种向上的电磁力，当纵向电流密度很大
时，向上的电磁力足以使该局部的铝液向上翻滚，在严重的情况下甚至喷射出槽

膛外，就是所谓的“滚铝”。

发生滚铝的电解槽有两个主要特点：

2.3.1槽膛畸形
槽底上结壳分布不均匀，一端特别肥大并有大量沉淀，造成铝液中纵向电流

增多。

2.3.2槽内铝液浅（特别是在出铝之后）

造成铝液中水电流密度增大。处理“滚铝”的办法是，首先需要往槽内灌铝

液，增加铝液层的厚度，同时宜清除该局部的沉淀，以减少水平电流。

3磁场和电磁力的基本概念

现分析一下磁场与电流的方向。磁场产生的放方向叫磁力线回转方向。把右
手拇指伸直。其余四指曲成环形。如果拇指表示电流方向，则其余四指就是该电
流所产生的磁力线的回转方向。槽内的电解液和铝液正好处于立柱，阳极母线和
阳极母线的磁场内。而它们本身是载流导线，等值的直流也从它们经过，因此它
们受到磁场作用力而运动，磁场内任意一点的磁场强度通常按照3个方向即：

HX-纵向，HY-横向，H2-垂直方向进行测定，当磁场中有铁磁体存在时，磁场受
影响，磁场形状发生明显改变，因此磁场体周围圆柱体已经屏蔽了一部分磁场，
使得电解质熔体和铝液发生循环流动，界面波动和隆起变形，不仅减少了有效的
极间距离，也增加了铝的溶解损失，导致电流效率下降，还造成磁翻滚现象，这
一切都会对槽的正常生产运行造成很大程度上的影响，并且这种影响会随着电流
强度的增大而强大，因此，研究铝电解槽的磁场分布有着极为重要的意义，磁场

作用力（电磁力）的大小可用以下公式计算：

f=H0iμosina×10-2

式中f------作用力于1CM3液体上的磁