張玉坤

摘 要：總體而言，我國鋁電解行業(yè)處于國際領(lǐng)先水平，但鋁電解行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也面臨著資源、能源、環(huán)保、人力資源等多重挑戰(zhàn)和一系列難題。通過智能優(yōu)化制造，實現(xiàn)鋁電解的綠色化和高效化已迫在眉睫。

關(guān)鍵詞：鋁電解;生產(chǎn)技術(shù);管理

0 前言

現(xiàn)代化鋁電解槽擁有高效和節(jié)能的特點，而電解槽的設計就是其中的關(guān)鍵。鋁電解槽的穩(wěn)定性是鋁生產(chǎn)質(zhì)量的重要保證，電解槽應力變形、磁流熱平衡和穩(wěn)定性也是解決鋁電解穩(wěn)定性的關(guān)鍵之處。通過物理場設計，應用先進的生產(chǎn)技術(shù)與配套設施，將石墨化陰極炭塊應用其中，可以有效提高鋁電解槽的制作與安裝技術(shù)水平。

1 預焙電解鋁電解槽制作安裝設計要點

1.1 物理場設計

鋁電解槽四周母線和電流會在熔體內(nèi)產(chǎn)生磁場，熔體和磁場中的電流發(fā)生作用產(chǎn)生電磁力。電磁力可以讓熔體流動，讓鋁液發(fā)生波動。如果流動速度過快，將沖刷爐幫，也會危害到爐側(cè)炭塊，界面變形加速鋁電解槽中鋁和二氧化碳反應，不利于提高電流效率，且鋁電解槽不再穩(wěn)定。對此，建議從母線設計角度出發(fā)，應用先進的設計軟件，通過麥克斯韋方程組求解關(guān)于鋁電解槽的三維模型，保證電流效率能夠超過94%，直流電耗每小時也會處于13250kW之內(nèi)。

1.2 先進的技術(shù)應用

以下幾項技術(shù)可以用在鋁電解槽安裝與制作中：①窄加工面技術(shù)。結(jié)合鋁電解槽熱平衡特點，可以選擇300mm和420mm尺寸作為大加工與小加工面寬的鋁電解槽尺寸。這樣設計下鋁電解槽日產(chǎn)量可以每d提高1.27kg/m2。②陽極升降技術(shù)。該技術(shù)適合用在結(jié)構(gòu)簡單、方便制造的三角板滾動移桿結(jié)構(gòu)的陽極升降機構(gòu)中。③船形鋁電解槽殼技術(shù)。以鋁電解槽殼受力情況加以分析，使用最少材料卻能滿足鋁的電解需求，提高鋁電解槽殼的強度。通過有限元分析模型，推出了船形結(jié)構(gòu)，有利于實現(xiàn)側(cè)壁處空氣對量，并為企業(yè)節(jié)省大量鋼材。④腹板梁技術(shù)。在鋁電解槽加工安裝中，應用腹板梁結(jié)構(gòu)，憑借其自身剛度大、不易變形的特點，能夠有效節(jié)省鋼材，提高鋁電解槽的穩(wěn)定性。

1.3 配套系統(tǒng)應用

分析鋁電解槽加工與安裝時應用到的配套系統(tǒng)，具體包含氧化鋁輸送系統(tǒng)、菱形大布袋除塵器、VRI吸附反應器、計算機控制系統(tǒng)。結(jié)合以上配套系統(tǒng)，具體應用如下：①水平氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)。該輸送系統(tǒng)的應用十分簡單，且可靠性較高，后期維修容易，應用時不需要運動的部件，且氧化鋁流速比較低。②菱形大布袋除塵器。人們結(jié)合先進的技術(shù)開發(fā)LLZB-1850大布袋除塵器，設備過濾面積大，過濾能力強，可以低壓反吹，且對氧化鋁的凈化效果明顯。③VRI吸附反應器。該設備的使用可以降低氧化鋁破損概率，為鋁電解槽的加工安裝提供低阻力與高吸附率的性能特點。吸附反應器以氣體流動時多點錐形運動原理為基礎(chǔ)，沸騰狀態(tài)下的氧化鋁經(jīng)過反應器后從錐形噴射孔內(nèi)噴射出來，最終形成圓截面分布狀態(tài)，煙氣可以和氧化鋁混合，從而達到吸附煙塵與氟化氫的效果。④智能化計算機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應用是將理論與專家控制技術(shù)融合，實現(xiàn)了系統(tǒng)的多樣化控制模式。系統(tǒng)在控制陽極效應時，可以控制氧化鋁濃度，將其控制在1.5%以上，3.5%以下。應用鋁電解槽專家系統(tǒng)與動態(tài)仿真系統(tǒng)，檢測鋁電解槽生產(chǎn)時發(fā)生的故障異常情況，針對異常問題快速做出判斷與預警提示。人們應用離線測量數(shù)據(jù)與在線數(shù)據(jù)，對鋁電解槽電解質(zhì)組成情況加以分析，并科學設定鋁電解槽處的出鋁量。

1.4 氮化硅結(jié)合碳化硅側(cè)塊

對于預焙電解鋁電解槽加工安裝來說，鋁電解槽爐幫是保護鋁電解槽側(cè)面的天然屏障，爐幫的變化可以調(diào)節(jié)鋁電解槽溫度和熱量，從而達到二者之間的平衡。想要增大鋁電解槽爐幫的厚度，建議降低其傳熱系數(shù)，減小熔體流速。氧化鋁液體流動的速度取決于磁場分布和電流強度大小，電解質(zhì)的流速取決于陽極氣體的噴出情況。建議工作人員優(yōu)化鋁電解槽母線配置情況，降低鋁電解槽內(nèi)水平電流大小，改進下料精度，防止鋁電解槽爐底部出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象，讓鋁可以保持水平高度。除此之外，建議使用氮化硅和碳化硅，將其作為鋁電解槽的側(cè)襯，從而穩(wěn)定爐幫，憑借碳化硅的抗腐蝕能力廣泛應用于電解鋁生產(chǎn)工藝中。

2 鋁電解生產(chǎn)運行控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 氧化鋁濃度預測與控制

氧化鋁濃度的控制作為鋁電解生產(chǎn)控制核心，得到了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注.氧化鋁濃度控制方式主要有模糊專家控制系統(tǒng)、自適應控制、智能跟蹤控制、槽電阻斜率控制以及多種方法的綜合控制等。鋁電解生產(chǎn)過程中的操作決策是一項復雜的知識型工作，并且鋁電解槽具有強耦合和高溫強腐蝕的反應環(huán)境等特點，無法實現(xiàn)數(shù)字化操作決策優(yōu)化。因此，知識自動化是鋁電解槽實現(xiàn)鋁電解槽操作優(yōu)化決策的必由之路。雖然在這方面已有相關(guān)成果，但離實際應用還有很大差距。

2.2 鋁電解槽故障識別與診斷

鋁電解生產(chǎn)控制是一項知識型工作，如何將經(jīng)驗知識、機理知識和數(shù)據(jù)中提取的知識進行有效融合成為提升鋁電解生產(chǎn)控制智能化的重要途徑?；谥R的故障診斷方法不需要系統(tǒng)的定量數(shù)學模型，引入了診斷對象的許多信息，特別是可以充分地利用專家的診斷知識等。

2.3 氟鹽添加量決策與分子比控制

現(xiàn)代鋁電解普遍采用了低分子比的工藝技術(shù)條件，電解質(zhì)成分的控制越來越受到重視.由于AlF3濃度與電解質(zhì)的初晶溫度的緊密聯(lián)系，同時為保持電解工藝技術(shù)條件的穩(wěn)定，正確的AlF3下料控制對于鋁電解控制系統(tǒng)提出了更高的要求。當前添加方法可歸納為下列幾種類型：基于槽溫和分子比實測值的查表法、基于分子比和槽溫等參數(shù)間的回歸方程控制法、基于初晶溫度實測值的控制法和基于先進控制理論的控制法。

3 結(jié)束語

綜上所述，在我國電解鋁企業(yè)發(fā)展的過程中為了更好地提高企業(yè)的核心競爭力，需要大力研發(fā)自動化控制系統(tǒng)，提高電解鋁生產(chǎn)工藝的質(zhì)量與安全，促進電解鋁企業(yè)經(jīng)濟效益的提高。

參考文獻

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