現代鋁電解生產技術與管理

張玉坤

摘 要：總體而言，我國鋁電解行業處于國際領先水平，但鋁電解行業的可持續發展也面臨著資源、能源、環保、人力資源等多重挑戰和一系列難題。通過智能優化制造，實現鋁電解的綠色化和高效化已迫在眉睫。

關鍵詞：鋁電解;生產技術;管理

0 前言

現代化鋁電解槽擁有高效和節能的特點，而電解槽的設計就是其中的關鍵。鋁電解槽的穩定性是鋁生產質量的重要保證，電解槽應力變形、磁流熱平衡和穩定性也是解決鋁電解穩定性的關鍵之處。通過物理場設計，應用先進的生產技術與配套設施，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產生磁場，熔體和磁場中的電流發生作用產生電磁力。電磁力可以讓熔體流動，讓鋁液發生波動。如果流動速度過快，將沖刷爐幫，也會危害到爐側炭塊，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，且鋁電解槽不再穩定。對此，建議從母線設計角度出發，應用先進的設計軟件，通過麥克斯韋方程組求解關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。

1.2 先進的技術應用

以下幾項技術可以用在鋁電解槽安裝與制作中：①窄加工面技術。結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量可以每d提高1.27kg/m2。②陽極升降技術。該技術適合用在結構簡單、方便制造的三角板滾動移桿結構的陽極升降機構中。③船形鋁電解槽殼技術。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，推出了船形結構，有利于實現側壁處空氣對量，并為企業節省大量鋼材。④腹板梁技術。在鋁電解槽加工安裝中，應用腹板梁結構，憑借其自身剛度大、不易變形的特點，能夠有效節省鋼材，提高鋁電解槽的穩定性。

1.3 配套系統應用

分析鋁電解槽加工與安裝時應用到的配套系統，具體包含氧化鋁輸送系統、菱形大布袋除塵器、VRI吸附反應器、計算機控制系統。結合以上配套系統，具體應用如下：①水平氧化鋁超濃相輸送系統。該輸送系統的應用十分簡單，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。人們結合先進的技術開發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，沸騰狀態下的氧化鋁經過反應器后從錐形噴射孔內噴射出來，最終形成圓截面分布狀態，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。該系統的應用是將理論與專家控制技術融合，實現了系統的多樣化控制模式。系統在控制陽極效應時，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與動態仿真系統，檢測鋁電解槽生產時發生的故障異常情況，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據與在線數據，對鋁電解槽電解質組成情況加以分析，并科學設定鋁電解槽處的出鋁量。

1.4 氮化硅結合碳化硅側塊

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面的天然屏障，爐幫的變化可以調節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，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，電解質的流速取決于陽極氣體的噴出情況。建議工作人員優化鋁電解槽母線配置情況，降低鋁電解槽內水平電流大小，改進下料精度，防止鋁電解槽爐底部出現沉淀現象，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襯，從而穩定爐幫，憑借碳化硅的抗腐蝕能力廣泛應用于電解鋁生產工藝中。

2 鋁電解生產運行控制系統發展現狀

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控制核心，得到了國內外學者的廣泛關注.氧化鋁濃度控制方式主要有模糊專家控制系統、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境等特點，無法實現數字化操作決策優化。因此，知識自動化是鋁電解槽實現鋁電解槽操作優化決策的必由之路。雖然在這方面已有相關成果，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

鋁電解生產控制是一項知識型工作，如何將經驗知識、機理知識和數據中提取的知識進行有效融合成為提升鋁電解生產控制智能化的重要途徑。基于知識的故障診斷方法不需要系統的定量數學模型，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

現代鋁電解普遍采用了低分子比的工藝技術條件，電解質成分的控制越來越受到重視.由于AlF3濃度與電解質的初晶溫度的緊密聯系，同時為保持電解工藝技術條件的穩定，正確的AlF3下料控制對于鋁電解控制系統提出了更高的要求。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 結束語

綜上所述，在我國電解鋁企業發展的過程中為了更好地提高企業的核心競爭力，需要大力研發自動化控制系統，提高電解鋁生產工藝的質量與安全，促進電解鋁企業經濟效益的提高。

參考文獻

[1]馬晴，王云龍，李慧慧.基于在線采集的電解鋁自動化控制設計[J].中國錳業，2018，3601：130-133.

[2]李冰.基于在線計算機監測的電解鋁電解過程監測系統設計[J].中國錳業，2018，3603：155-158.