所謂電流效率即當(dāng)電解槽通過一定電量（一定電流與一定時間）時，實際產(chǎn)鋁量與理論產(chǎn)鋁量地百分比，這是鋁電解生產(chǎn)的一個重要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，它涉及到鋁電解的產(chǎn)量與電耗，而這二者又都對鋁電解生產(chǎn)的成本有著直接的影響。
1．電流效率降低的原因
1.1 二次反應(yīng)，即已電解出來的鋁又溶解或機械地混入電解質(zhì)中，并被循環(huán)著的電解質(zhì)帶到陽極空間或電解質(zhì)表面，為陽極氣體中的CO2或空氣中的氧所氧化，造成電流效率降低。這一現(xiàn)象在壓鋁，兩水平波動較大，電解質(zhì)溫度過高或低時最明顯。
1.2 Na+等其它離子在陰極上放電耗電，這一現(xiàn)象在分子比較高時容易發(fā)生。
1.3 電流空耗，包括AL3+不完全放電，以及電解質(zhì)時的V5+、、P5+ 、Ti4+等高價離子不完全放電生成相應(yīng)的低價離子被電解質(zhì)轉(zhuǎn)
移到陽級空間后，又再氧化成高價離子，即：
A L3+ + 2e = A L+ （陰極上）
A L+ — 2e = A L3+ （陽極上）
如此循環(huán)，造成電流空耗。這種現(xiàn)象在陰極表面的電子密度（即電流密度）較小時，如AE過多，爐溫過高、化爐膛時，或整流所突然限電時比較明顯。
1.3.2漏電
通常是爐幫結(jié)殼熔化，并且電解質(zhì)面上有大量炭渣時發(fā)生，即電流有可能連接槽殼與格子板之間，及鐵渣箱體與槽殼接觸等均可造成漏電損失。
在上述這些造成電流效率降低的原因當(dāng)中原鋁二次反應(yīng)是電流效率降低的主要原因。
2．提高電流效率的措施
既然電流效率降低的主要原因是熔解鋁的再氧化（二次反應(yīng)）損失，那么提高電流效率的措施可以從控制鋁損失過程中探索。
首先鋁熔解，即已電解出的原鋁通過鋁液（陰極）與電解質(zhì)之間擴散層擴散到電解質(zhì)中去的過程，根據(jù){邱竹賢《鋁電解》冶金工業(yè)出版社1988}推出來的公式：
η（電流效率）=[1—KZF（COˊ—Cˊ）D/δD陽]×100 （1） 可得出，凡是能夠減小擴散系數(shù)D與鋁的溶解度COˊ及增加陰極電流密度D陰與擴散層厚度δ的所有因素，均可使電流效
率η提高，反之則降低。
2.1 電解質(zhì)溫度
電解質(zhì)溫度正常與否，對電解槽電流效率等工作指標(biāo)有著決定性的影響，根據(jù)我廠實踐中的多次測量表明，電解質(zhì)溫度每升高10℃，電流效率大約降低1—2%，這是因為隨著電解質(zhì)溫度的降低：
①靠近陰極（鋁液）的電解質(zhì)中溶解鋁的速度降低。即COˊ減小。
②動粘度增大，陰極氣體體積減小，從而使擴散層厚度增加，即η增加。
③擴散系數(shù)（D）減小。
由（1）式可知，電流效率η增大。
但是，電解質(zhì)溫度過低也是不利的，它使電解質(zhì)發(fā)粘，致使鋁珠與電解質(zhì)分離困難，反而易于鋁的損失，使電流效率降低。在一定的條件下有一個最適宜的溫度，高于此或低于此電流效率都會降低，如圖1所示。
240KA大面四點進電中間下料槽的鋁電解生產(chǎn)，當(dāng)電解質(zhì)的溫度控制在950—960℃為最佳，電流效率可達90%以上。
在操作管理過程中，必須供料正常，嚴(yán)格控制突發(fā)AE，并及時熄滅正常AE，平時要加強保溫工作，防止溫度大起大落，適時適量補充冰晶石，添加A1F3 ，以期平穩(wěn)保持兩水平，保持一定的分子比，即把電解質(zhì)溫度控制在950—960℃之間。
溫度℃
圖1 η隨溫度變化曲線
2．2 極距
極距是指炭陽極與陰極（鋁液）之間的距離，極距增大，電解質(zhì)攪拌強度將減弱，因為相同的陽極氣體量所攪拌的兩極間的液體量增加，攪拌減弱，則使擴散層厚度（δ）增加，使用使鋁損失減少，電流效率提高。
反之，極距過度縮短將使電流效率急劇下降，這是由于陽極上氣體直接接觸鋁液面而造成鋁液的直接氧化損失所致。
但極距超過某一限度，電流效率變化不大，多次測量表明：45mm的極距最適合240KA電解槽生產(chǎn)。
因此，不能企圖以提高極距的方式來取得高電流效率，如圖2所示。而相反，應(yīng)是力求使極距保持在實際所能允許的最小值，否則隨著極距增加，不但不能提高電流效率，反而使槽電壓徒然升高，加大電耗、最終還是不利于降低產(chǎn)品成本。
實踐證明，采用45mm左右的極距可以取得90%以上的電流效率。
在實際生產(chǎn)操作過程中，必須嚴(yán)格電壓管理，電壓一經(jīng)設(shè)定，就
不要隨便頻繁變更，更不要隨便手動調(diào)整電壓；另外，AE時，一定要保證工序質(zhì)量，一定要嚴(yán)格使用兜尺設(shè)置好每一塊新極之極距，壁免極距大起大落。
100%
極距（L）
圖2 η隨極距變化曲線
2.3 電解質(zhì)成分
2.3.1 CR（即NaF/AIF3之重量比）
當(dāng)CR小于1.5，有過剩AIF3時，電流效率開始提高，這是由于此時鋁液與電解質(zhì)之間界面張力（δ）增大，有利于分散于電解質(zhì)中的鋁珠匯集，且鋁的溶解度減小的緣故。同時在酚性電解質(zhì)中，Na+的放電及鋁自電解質(zhì)中取代鈉的反應(yīng)減弱。即：
Na++AL=3Na+2+AL3+ 減弱。
但電解質(zhì)過酸，又使生成低價氟化鋁反應(yīng)增強，增加鋁的損失，即：
2AL+AIF3=3AIF 增強
因此，鋁電解生產(chǎn)一般采用弱酸性電解質(zhì)，其分子比（CR）
在1.25~1.35之間；要保持住一定的分子比（CR）；2.3.2AI2O3濃度；據(jù){邱竹賢《鋁電解》冶金工業(yè)出版社1988}所述；采用的2~3%AI2O3濃度進行生產(chǎn)，并且采用一；要保持一定的AI2O3濃度的前提條件是自動供料系；2.4電流密度；2.4.1陰極電流密度；當(dāng)電流強度不變，陰極面積即鋁液面積發(fā)生變化(爐中；腿”收縮或長大)時，或者陽極面積不變，
在1.25~1.35之間。
要保持住一定的分子比（CR）。平時操作時要嚴(yán)格控制陽極效應(yīng)系數(shù)，以及AE持續(xù)時間，保持規(guī)整的爐膛，避免爐溫升高，加速AIF3的揮發(fā)損失，從而提高CR。觀察電解質(zhì)液顏色大致判斷及定期取電解質(zhì)試樣分析結(jié)果，適當(dāng)補充添加ALF，使電解CR穩(wěn)定地保持在1.2~1.30之間。
2.3.2 AI2O3濃度
據(jù){邱竹賢《鋁電解》冶金工業(yè)出版社1988}所述，在冰晶石——ALO熔體中，在5%（重量）A I2O3時，電流效率最低，大于或小于此電流效率均能升高，大型預(yù)焙槽生產(chǎn)，采用AI2O3濃度：2.5~3.0%較適宜。
采用的2~3%AI2O3濃度進行生產(chǎn)，并且采用一次NB/5分鐘，下料量7.21kg/次，AEB每次下料100kg左右的加料制度，在避開電流效率最低時AI2O3濃度的同時，又能有效地防止AI2O3濃度過高，避免形成爐底沉淀，或結(jié)晶殼，降低電流效率。
要保持一定的AI2O3濃度的前提條件是自動供料系統(tǒng)必須能正常供料，在這個先決條件下，電解生產(chǎn)現(xiàn)場管理，操作必須嚴(yán)格遵守NB、AEB制度，不得無故調(diào)整NB間隔和AE間隔，也不得無故手動NB、AEB。
2.4電流密度
2.4.1陰極電流密度
當(dāng)電流強度不變，陰極面積即鋁液面積發(fā)生變化(爐中”伸
腿”收縮或長大)時，或者陽極面積不變，電流強度改變,陰極電流密度都會改變。
為了取得較高電流效率，陰極電流密度不能過高，也不能過低，因為陰極電流密度過低時，由于單位陰極面積上的電子密度過小，AI3+產(chǎn)生不完全放電：
AI3++2e = AI+
陰極電流密度過高時，則發(fā)生Na+大量放電，兩者都會造成電流無謂的消耗，從而降低了電流密度。
因而陰極電流密度有一個對應(yīng)最高電流密度的臨界值—臨界陰極電流密度。
而臨界陰極電流密度又與鋁電解生產(chǎn)中的電解質(zhì)溫度及極距有關(guān)，溫度升高或極距縮小時，陰極電流密度均增大。
因此陰極電流密度與爐膛形狀有直接的關(guān)系，生產(chǎn)實踐表明，規(guī)整的爐膛，即爐底干凈，側(cè)部又能形成一定的爐幫，且伸腿既不長大也不收縮，剛好在陽極投影線之外，就能保持一定的陰極電流密度。而生產(chǎn)操作中控制好AE系數(shù)，AE時間，保持一定的兩水平、防止電解質(zhì)溫度大起大落；保持一定的電解質(zhì)萬分，平穩(wěn)CR、CaF2%；不要隨便手動調(diào)整電壓，保持供料正常，不要無故手動NB、AEB，就能形成規(guī)整的爐膛。
2.4.2 陽極電流密度
電流強度不變，加寬陽極，或陽極面積不變，電流強度波動均可使陽極電流密度改變。
陽極電流密度增大晨，陽極氣體的析出量增加，對電解質(zhì)液攪拌加強，使溶解金屬的擴散系數(shù)增大（δ減小），二次反應(yīng)加快，電流效率將降低；陽極電流密度減小時，陽極氣體的析出排出的速度減弱，攪拌減小時，電流效率提高，但陽極電流密度保持過小，則系列電流強度也將變小，不利于強化生產(chǎn)，最終電流效率也無法保證。因此，在系列電流設(shè)計值240KA的前提下，保持陽極電流密度為0.72A/cm2。
要使陽極電流密度穩(wěn)定，在生產(chǎn)操作過程中必須嚴(yán)格AC工序質(zhì)量，嚴(yán)格使用兜尺設(shè)置好新極極距，盡可能使所有陽極底掌保持在同一個平面上，并采取必要的措施（如劃線、擰緊卡具等），防止新極下滑，加足極上AI2O3，以加強保溫，使新極很快達到滿負(fù)荷，從而可以避免陽極電流密度波動。
2．5 鋁液水平
在鋁電解生產(chǎn)過程中，陽極下部總是會有一些多余的熱量產(chǎn)生，這就使陽極下部較側(cè)部溫度為高，二次反應(yīng)加快，從而影響電流效率的提高，這時，如果槽內(nèi)鋁液水平較高時，則可較快地使這部分多余的熱量疏導(dǎo)出去（鋁液導(dǎo)熱性好），從而減少這個溫度差，提高了電流效率。
但鋁液水平過高也是不利的，因為這不僅使?fàn)t膛爐溫偏低，爐膛過深，陰極電流密度增大，降低電流效率，而且傳熱量加大、熱損失過大、也使電耗增加。實踐證明，保持17—18cm的鋁水平可以得90%以上的電流效率。
因此，必須嚴(yán)格按規(guī)程下指示量，實施TAP作出時一定要嚴(yán)格按指示量出準(zhǔn)，堅決杜絕在這臺槽多出了，再在另一臺槽少出的“互補”現(xiàn)象，同時盡量不要壓鋁，以免造成鋁液水平波動。
3．降低電耗措施
3.1 工業(yè)電解槽的電耗分配
完成鋁電解生產(chǎn)中的反應(yīng)：
AI2O3+2C=2AI+CO2+CO
必須要供給以下五部分的熱量：
第一部分：用來補償反應(yīng)過程的自由能變所消耗的能量。 第二部分：用來補償反應(yīng)過程的束縛能所消耗的能量。 第三部分：用來補償反應(yīng)物（AI2O3、C）由溫度t1（室溫）升高到電解溫度（t3）的熱焓變化所消耗的能量。
第四部分：電解槽外部線路上的電能損失。
以上第一至第三部分的電能消耗為保持電解槽在所要求條件下，連續(xù)而穩(wěn)定地進行生產(chǎn)，理論上所應(yīng)付出的最低電能，是必不少的；第五部分的電能消耗與工程設(shè)計、施工有關(guān)。
因而只有第四部分的電能消耗直接與鋁電解生產(chǎn)操作有關(guān)，我們在生產(chǎn)操作過程中只有努力降低這部分的電能消耗，才能有效地降低電耗。
3.2降低電耗的因素
電耗只取決于電解槽平均電壓及電流效率兩個因素：w=2980/V平/ｒ(KWh/TAC)
式中：W—電耗（KWh/TAI）
ｒ—小數(shù)表示的電流效率
由上式可見，凡能降低平均電壓與提高電流效率的各種因素，都是降低電耗的因素。
①設(shè) ｒ=0。90
V平由4.16V升高到4.17V
則 △W=2980/V平2—V平1/ｒ
=2980/001/0.90
=33.11KWh/TAl
即電耗增加33.11KWh/TAl
②設(shè)V平=4.16V不變,當(dāng)ｒ自0.90增加到0.91,即電流效率增加1%時:
△w=2980/V2 –ｒ/ｒ1ｒ2
=151.4KWh/TAI
即電流效率提高了1%可降低電耗151.4KWh/TAI ③當(dāng)V平=4.16不變，ｒ自0.90增加到0.89時, △w=2980×4.16/–0.01/0.90(0.90–0.01)
=–155 KWh/TAI
即當(dāng)電流效率降低1%時,增加電耗155 KWh/TAI
④如果在160KA系列(按每區(qū)33臺槽計算)每臺槽降低0.001V(1mv)則全年可節(jié)電：
Ivt=160×0.001×103×33×365×24×103 ‐
=46253KWh；若以全廠246臺運行計算，則全年可節(jié)電：；Ivt=160×0.001×103×246×36；=344794KWh；3．3降低電耗的具體措施；提高電流效率的措施，前已論述、現(xiàn)從降低平均電太，；根據(jù)測試數(shù)據(jù)見表1；
=46253KWh
若以全廠246臺運行計算，則全年可節(jié)電：
Ivt=160×0.001×103×246×365×24×1013
=344794 KWh
3．3 降低電耗的具體措施
提高電流效率的措施，前已論述、現(xiàn)從降低平均電太，即從生產(chǎn)技術(shù)上論述降低電耗的具體措施。
整流器的功能是將交變的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，目前應(yīng)用最多的是二極管作為整流元件。二極管在正向?qū)〞r會產(chǎn)生壓降，大功率整流元件3000安以上的元件，國家標(biāo)準(zhǔn)為不超過2伏為合格，降低正向功率損耗的措施就是降低整流元件的正向壓降，現(xiàn)在ABB公司生產(chǎn)的元件已經(jīng)在1伏甚至以下。二極管在承受反向電壓時，由于其反向漏流的存在，會形成反向功率。降低反向功率措施之一就是降低元件的反向漏流。從以上兩點可以看出，降低元件的損耗應(yīng)在元件的選擇上充分考慮，在滿足安全性能的前提下，要選擇正向壓降和反向漏流都小的整流元件。二極管在進行對正弦交流電整流時，由于換相過程會產(chǎn)生過電壓，因此在每個二極管元件兩端都并聯(lián)電阻和電容來進行保護其不受過電壓的侵害，這個阻容元件也消耗一定的功率。另外，在設(shè)計整流柜時，由于交流側(cè)過電壓的存在，整流器的一次都要選擇交流過電壓保護裝置，這個裝置一般也是由電阻和電容元件串聯(lián)而成。在選擇阻容元件時，應(yīng)在考慮保護性能的同時，也要對其消耗的功率進行充分的考慮。
整流器部分的其它損耗除以上說明的還有各部分連接產(chǎn)生的損耗，減少該部分的損耗唯一的措施就是把好安裝這一關(guān)，使其連接緊密減小接點壓降來減少損耗。
