鋁電解槽下料智能管控系統開發與應用

鄭 斌

（廣西華磊新材料有限公司，廣西 平果 531400）

現在預焙鋁電解槽均采用中間點式下料方式[1，2]，在電解生產過程中，由于電解質成分變化，特別是鋰鉀含量升高，降低電解質的初晶溫度，槽溫也隨之降低，加上氧化鋁性質變化，主要是粒級分布，共同導致氧化鋁的溶解性能降低。如果遇上風壓降低，氣缸老化等外部因素印象，很容易造成卡錘頭、粘葫蘆頭、堵料等下料不暢現象，造成電解槽效應多，爐膛不規整，嚴重影響電解槽運行指標[3-5]。

本文介紹了鋁電解槽下料智能管控系統的開發和應用情況，改系統可以實現對火眼通暢情況的檢測功能，如遇火眼不暢，將開啟多次打殼功能，如果依然打不透，或者錘頭卡死等情況，將啟動語音報警功能，申請人工進行處理。該系統可以準確判斷下料口狀態，有效降低效應系數和效應分攤電壓，降低工人勞動強度，提高電流效率，改善電解槽運行指標。

1 下料口狀態檢測基本原理

火眼狀態檢測技術的原理是：通過對比打殼錘頭打入電解質前后的電壓信號變化，來判斷下料口狀態是否通暢，如圖1所示。

圖1 下料口狀態檢測技術原理圖

2 下料智能管控系統開發

下料智能管控系統總體技術方案如下：首先系統對下料口的狀態進行檢測，下料口開孔正常，減少打殼次數，正常下料；下料口有堵料趨勢，增加打殼次數，讓下料口回到正常狀態；下料口嚴重堵料，系統多次打殼仍無法打通，則停止打殼，停止下料，語音報警；錘頭卡住，語音報警，申請人工處理；錘頭葫蘆頭嚴重，語音報警，申請人工處理。

該系統主要由測控設備和管理軟件兩部分組成，二者通過以太網通訊的方式聯系在一起。測控設備安裝在電解槽槽控機旁邊，與打殼氣缸相連，檢測下料口狀態。管理軟件一般安裝在計算站機房，接入語音報警系統，并通過網絡與數據庫服務器連接，客戶端軟件通常安裝在工區值班室，也可以在車間辦公室。

電解人員在辦公室通過電腦就實時查看每臺槽每個下料口的狀況，不但降低了勞動強度，而且提高電解槽運行穩定性，為獲得良好指標提供保障。

3 下料智能管控系統工業試驗效果

前期在5臺試驗槽上進行了工業試驗，重點考察該系統對火眼狀態的判斷準確性，選取一周時間內的數據進行分析，見表1所示。

表1 下料智能管控系統下料口狀態判斷情況統計表

從表1可以看出，在一周時間內，對5臺試驗槽進行數據統計分析，基本5臺試驗槽都出現了堵料情況，A槽和D槽堵料稍多，另外3臺B槽、C槽和E槽相對略少。在25次堵料語音播報中，經現場人工核實，23次正確，2次誤報，下料口狀態判斷準確率92%，達到了預期效果。

4 下料智能管控系統推廣應用效果

由于下料智能管控系統在5臺試驗槽上取得了積極效果，后續在一個車間184臺電解槽上進行推廣應用。在應用一個季度后，對整個車間的電解指標進行對比分，詳細數據見表2。

表2 下料智能管控系統推廣應用后電解槽指標統計表

從表2可以看出，下料智能管控系統在一個車間推廣應用一個季度后，電解槽平均電壓降低了13mV，電流效率提高了0.23%，效應系數從0.129降低到0.084，降低幅度達34.9%，效應分攤電壓降低了8mV，鋁液直流電耗降低了74kWh/t-Al，可見，下料智能管控系統推廣應用后電解槽指標改善明顯，取得了顯著效果。

5 經濟性分析

以400kA電解槽為例，一共有6個下料點，整個電解槽改造下來大約需要1萬元。推廣收益主要從節電方面計算，噸鋁節電74kWh，電價按0.3元/KWh計算，400kA電解槽每年產鋁量按1000噸計算，每年節電效益=74kWh/噸×0.3元/KWh×1000噸=2.22萬元，投資回收期為1÷2.22=0.45年=5.4個月，可見，該系統投資回收期短，能較快收回成本，經濟上較為合算。另外，該系統還具有降低勞動強度，減少電解槽波動，增加槽壽命等功能。

6 結論

研究開發了下料智能管控系統，實現了對下料口狀態的檢測，對下料口不通暢進行多次打殼，出現嚴重堵料或者錘頭卡住等系統處理不了的情況下開啟語音報警，申請人工處理。

該系統在試驗槽上對下料口狀態判斷準確率達到90%以上，推廣應用后電解槽效應系數降低30%以上，效應分攤電壓降低8mV，鋁液直流電耗降低了74kWh/t-Al，電解槽各項指標明顯改善，下料智能管控系統取得了顯著應用效果。另外該系統投資回收期短，經濟上較為合算，具有良好的推廣應用價值。