淺議計算機控制技術在鋁電解生產的應用與發展

白鵬飛

摘 要：本文論述了計算機控制技術在鋁電解生產的應用與發展，為計算機控制技術在鋁電解生產的應用走持續、穩定及健康的發展道路提供了一定的見解。

關鍵詞：計算機控制技術；鋁電解生產；應用；發展

1引言

對投產較早的鋁電解系列，因為其技術裝備水平相對落后，所以進行的技術調整是在對槽況還原為理想的靜態平衡的基礎上，對其動態平衡的諸項工藝技術參數進行平衡控制的過程。這個過程盡管是借助鋁電解槽生產的計算機控制技術來實現，但因改善體系性能是個系統性的工程，調整過程存在長期性、復雜性，甚至存在艱巨性和反復性。大型鋁電解槽生產初期的工藝控制優化，對減少超大型預烙鋁電解槽陰極早期破損、提高其壽命和技術經濟指標，意義極為重大。然而，其亦是一項需要設計與生產相互協作、緊密配合才能很好完成的科研項目。

2對計算機控制技術在鋁電解生產的認識與分析

2.1現狀分析

現代大型預焙鋁電解槽是在計算機控制技術的管理下，實現生產過程智能控制，實現原料添加、電壓管理、曲線預測等。毋庸置疑計算機技術的發展為鋁電解技術進步做出了極大的貢獻，這種優勢在近年新開發的280kA以上系列的生產中更加明顯。相對而言，技術裝備水平落后的電解系列，諸如160kA系列、200 kA系列、強化電流后的180 kA系列、230 kA系列等，則表現出技術體系復雜、槽況不穩、主要技術經濟指標落后，嚴重影響企業的生產、生存及發展。

2.2主要問題與原因分析

以某企業160 kA系列槽況為例，主要特征見表1。該系列槽的電解質體系鋰鹽含量過高，分子較高，爐底壓降高，槽工作電壓較高（也可以強行采取略低槽工作電壓運行），槽膛過小使兩水平的保持不合理，極下鋁水平較低。槽運行狀況不穩定，極其脆弱，容易出現病槽事故。爐底沉淀多，甚至結殼厚，電解質易收縮，氧化鋁濃度難以控制在國內先進的水平，效應系列較高。分析槽況，梳理主要原因如下。

1）電解質體系及分子比

該電解系列經過多年的運行，電解質體系成分較為復雜，其中鋰鹽含量較高，這是國內眾多鋁電解企業少有現象。由于鋰鹽含量較高，因此電解質體系分子比出現虛高現象。經過新的分析技術確認，該鋰鹽對分子比的影響為0.18，即成分的分子比與無鋰鹽分子比相比。其值實際接近于略低0.18左右的數值。較高的分子比使殼面過硬不利于生產作業。其采取多種方式降低分子比效果不理想，且往往給提升槽溫造成困難。

2）兩水平與料量

鋁水平較低，尤其是極下鋁水平。這無法保證槽內必需的正常在產鋁量，從而導致槽內熱量難以保持較好的收支平衡狀態，即電解質水平很難保持。盡管其采取了不斷補充的措施，但是收縮很快，氧化鋁濃度很難保持在國內較為先進的1.5%-2.5%區間，使槽況易反復，運行狀態脆弱。同時，由于槽溫低、氧化鋁料過細、殼面過硬、打擊頭易粘包，導致氧化鋁在電解質中的熔解性變差，致使下料量與理論料量時常發生較大偏差。

3）槽膛狀況

料量偏大，必然使沉淀增多。過厚的老殼將抬升爐底，增大爐底壓降。稀沉淀可以采取人工方式不斷扒開化解，但會重新形成。因為槽溫較低，所以提升至940℃以上時很難長期保持。其結果是爐底厚，爐幫A側薄，B側厚，即容易產生水平電流，且效應較多，使電解槽的無功損耗明顯增大。

4）計算機控制

通過對計算機模擬的氧化鋁濃度、計算機控制的氧化鋁料量、氟鹽添加量、出鋁操作中的精度，及換極作業質量和槽日常維護等跟蹤，發現下料量時多時少，沒有與出鋁量形成很好的對應關系。槽工作電壓與槽溫、分子比、噪聲值等沒有發生良好的響應關系，且噪聲值普遍較大，多保持在12-15間。有時計算機曲線與槽況反向走勢，計算機很難從電解槽的動態平衡與靜態平衡中體現設計好的運行規律。概括而言，計算機控制技術在鋁電解槽生產工藝中發揮的自動控制功能與作用不十分明顯。

5）其他

由于精細化管理未能很好執行到位，因此在日常操作和維護管理中也存在揭去槽罩的數量及時間的隨意性較大。其日常槽罩管理較差，時有手動調電壓現象等問題。

2.3鋁電解生產控制技術的產生和發展

鋁電解計算機控制技術產生于20世紀60年代中期。計算機科學與技術的進步促使電解法工業煉鋁工藝有了很大的發展，在電耗、電流效率、生產量和陽極單耗等技術指標上都有顯著的改善與提高。當時各產鋁國家在鋁電解計算機控制技術上各有千秋，對電解槽的計算機控制技術也取得了很多成果。其包括系列電流的監控、陽極效應自動報警、打殼加料的自控、陽極距離調控、轉換陽極函數及其出鋁控制等。

3依靠技術進步，以促進計算機控制技術在鋁電解生產應用的可持續發展

電解鋁是現代鋁工業生產的主要途徑之一在電解鋁過程中實現自動化監控，使各電解槽保持在最佳狀態，使電解槽能量和物料始終平衡。這是控制系統的控制目標。其有效地實施對鋁電解過程優化控制可以有效地提高鋁工業生產的產量，降低能耗，保證生產安全。

3.1、現代鋁電解智能控制技術

這種控制方式是將模糊控制、神經網絡控制、復合控制等控制策略應用于鋁電解過程。鋁電解其工作電流一般在幾十萬A以上，耗能大，干擾強。其采用先進的鋁電解計算機控制技術，可減少電能損耗，提高電流效率。隨著計算機科學與技術的飛速發展，智能模糊控制技術、人工神經網絡技術和專家決策系統的開發與應用，促使現今鋁電解計算機控制系統發展到了一個全新的高度。

3.2、系統的不足及研發熱點

鋁電解智能模糊控制系統的理論出發點雖然很好，但是在設計中還是會面臨一些技術上的困難，進而導致系統無法達到理想的控制效果。鋁電解智能模糊控制系統主要的缺陷有：

1）、專家決策系統的能力取決于數據庫中知識和經驗的儲備量。

2）、專家決策系統數據庫的信息儲備多來源于工程師和控制專家的設計，其效果也取決于設計者的水平。

3）、鋁電解生產控制中仍然具備不確定性、復雜性和模糊性的特點，使智能模糊控制系統無法獨立處理復雜多變的控制過程。鋁電解智能模糊控制系統只能較大程度地簡化人為操作，但不能取而代之。

3.3、鋁電解生產控制技術的未來

鋁電解智能模糊控制系統的研發在高新技術發展的促進下，其雖然取得了可喜的成果和進展，但是現代電解鋁工業仍然無法達到理論上理想的經濟生產指標。現階段的鋁電解生產控制系統無論在理論上還是應用上都不夠完善、成熟。

4結束語

中國鋁電解槽工業發展速度之快，已推動中國成為鋁工業強國。近年來，在中國經濟快速發展的進程中，電解鋁產能得到了突飛猛進的擴張，電解槽設計技術已成功投產了500 kA系列，并將試驗研究的觸角伸向了600 kA系列。目前600 kA電解槽已在中鋁連城分公司投入試驗應用。面對與新技術之間存在的差距和國家產業結構政策與市場竟爭，國內設計較早、投產較早的相對落后的鋁電解系列。其如何在激烈的市場竟爭及低迷的經濟現狀下生存既而保持優勢，成為管理者一思考研究的重點。無疑，借助先進的計算機控制技術對鋁電解槽生產工藝技術進行調整，實現各種技術及其工藝參數間的響應與匹配，減少人為因素干預，可以達到鋁電解生產完全自動控制的理想境界。

參考文獻

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（作者單位：包頭鋁業有限公司電解二廠）