鋁電解槽陽極母線方案比選研究

電解鋁技術(shù)近幾十年的總體發(fā)展主要體現(xiàn)在電解電流（或槽型）的不斷變大，并在噸鋁生產(chǎn)能耗、物耗下降及環(huán)保方面取得了顯著成效

，但是對于預(yù)焙槽的生產(chǎn)工藝卻沒有較大突破或創(chuàng)新性變革

，其中之一即是電解槽上部陽極提升系統(tǒng)。

目前，國內(nèi)關(guān)于鋁電解槽預(yù)焙陽極獨立提升工藝研究已經(jīng)取得一定進展

，作為一種新型的陽極獨立提升工藝的一部分，需要對電解槽陽極母線進行重新設(shè)計。本文針對三種不同的陽極母線布置方案進行了比選，從布置空間、可靠性和成本等多方面進行了比較，選出了最優(yōu)方案。

1 導(dǎo)電母線現(xiàn)狀

鋁電解槽的導(dǎo)電母線有：陽極母線、陰極母線、立柱母線、聯(lián)絡(luò)母線和軟帶母線，母線一般采用鋁制材質(zhì)。槽與槽之間通過鋁母線串聯(lián)而成，整流后的直流正電源通過鋁母線引入第一個電解槽的立柱母線，立柱母線經(jīng)軟帶母線連接到陽極母線，經(jīng)電解質(zhì)和鋁液層流入陰極，通過陰極母線和在槽底的聯(lián)絡(luò)母線到下游槽的立柱母線和軟線母線，依此類推，將電解槽串起來，從最后一臺電解槽陰極出來的電流返回整流負極。國內(nèi)目前主流電解槽主要有300kA、350kA、400kA系列，具有電流強度大，磁場影響大等特點，一般采用垂直磁場的大面多點進電的母線結(jié)構(gòu)，如等電流六端進電。

陰極母線排布在槽殼周圍或底部，為了補償相鄰列、槽的磁場感應(yīng)強度，電解槽周圍陰極母線一般采用不對稱配置，使電解槽熔體中的磁感應(yīng)強度垂直分布均勻。為獲得良好的電流平衡，陰極進、出電側(cè)的母線設(shè)置為不等電阻值。

陽極母線屬于電解槽上部結(jié)構(gòu)一部分，鋁電解槽設(shè)有A、B兩根陽極大母線，懸掛布置在螺旋起重機絲桿上，陽極組（陽極導(dǎo)桿、鋼爪、預(yù)培陽極塊）通過卡具固定在陽極大母線上，陽極大母線既承擔(dān)供電，又承擔(dān)陽極重量。

滑動網(wǎng)格方法是對邊界修正方法的一個補充，改進算法對稠密區(qū)域進行邊界修正，僅僅確定了聚類的邊界，而對于沒有相鄰稠密單元的低密度網(wǎng)格單元，其中的數(shù)據(jù)點會被作為孤立點處理，使得聚類的準確性降低。該方法采用滑動網(wǎng)格的思想，搜索沒有鄰近稠密網(wǎng)格的稀疏網(wǎng)格單元，對可以組成田字格的網(wǎng)格單元做進一步劃分，將新劃分的網(wǎng)格沿特定方向滑動，盡可能尋回稀疏區(qū)域的稠密網(wǎng)格。具體方法為計算各網(wǎng)格的矢量坐標以及網(wǎng)格滑動的方向矢量其中c為0田字格中所有網(wǎng)格的公共頂點，gi為網(wǎng)格ui的重心，計算公式如下：

R13-極間電阻；

2 陽極母線布置方案介紹

根據(jù)現(xiàn)電解槽結(jié)構(gòu)特性和陽極單獨提升及供電要求，在不考慮電磁力影響和不改變現(xiàn)電解槽上部槽體結(jié)構(gòu)的情況，陽極母線布置方式，分別設(shè)計了三套方案。

式(3)中：i是折現(xiàn)率，取6.00%；n為船舶使用年限，取25 a；C為自由現(xiàn)金流，C=船舶營運收入-傭金成本-營運成本-融資利息-還貸本金-期初投入流動資金+殘值。

2.1 方案一簡介

R11-陽極系統(tǒng)電阻（立柱、軟帶、陽極導(dǎo)桿、鋼爪、預(yù)培陽極塊電阻之和）；

圖2陽極大母線布置方式有利于實現(xiàn)大母線電流的平均分配，降低電解槽A、B母線之間電壓差值，消除因電解槽更換陽極、抬母線和陽極導(dǎo)桿與大母線卡接不牢固打火的安全隱患。但此布置方式不利于天車工作，影響電解槽打殼下料裝置后期檢修維護。

2.2 方案二簡介

取消陽極大母線，電解槽A側(cè)陽極導(dǎo)桿由立柱母線分別供電，B側(cè)陽極導(dǎo)桿由下游槽立柱母線供電。

通過示范區(qū)建設(shè)，加強農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，改善農(nóng)民的生產(chǎn)、生活條件，擴大農(nóng)機化服務(wù)功能，提高了科技對農(nóng)業(yè)的貢獻率，并通過技術(shù)培訓(xùn)，使農(nóng)民的科技文化素質(zhì)得到提高。

式中：

圖中R11-R15為1#立柱母線系統(tǒng)支路的電阻構(gòu)成，2#～5#立柱母線系統(tǒng)支路以此類推，以1#立柱母線系統(tǒng)支路的電阻（R1）計算為例：

R1=R11+R12+R13+R14+R15

根據(jù)Morisky-Green(MG)[3]標準設(shè)計慢性蕁麻疹患者治療依從性調(diào)查問卷,主要內(nèi)容包括以下四個方面①在過去的三個月內(nèi),是否有按照醫(yī)囑進行規(guī)律服藥;②在過去的三個月中是否有自行更改服藥劑量的行為;③當(dāng)病情改善時是否自行停藥;④ 當(dāng)不在家時,是否曾經(jīng)停藥。每個問題按照總是、有時、偶爾、從不分別賦予1到4分,將四個問題的得分相加既為總分,規(guī)定總分≥12分者為依從性較好。

圖3陽極大母線布置方式整體接線改造簡單，不影響天車和電解槽打殼下料裝置后期檢修維護工作。但因取消陽極大母線，供電可靠性降低，母線系統(tǒng)電場發(fā)生變化。電解槽的槽電壓UC=槽體降壓UB+槽外陰極母線系統(tǒng)壓降UM，其中槽體降壓UB=陽極系統(tǒng)壓降+極間壓降+電解質(zhì)壓降+陰極壓降。電流在母線系統(tǒng)中的流徑如下：

立柱母線→陽極大母線→鋁液陰極→陰極母線→下游槽立柱母線。以300kA六點進線電解槽為例，其等效電路簡圖如圖4：

陽極大母線框架更換為一根陽極大母線，陽極大母線左右兩邊對稱布置鋁小母線，用鋁軟母線與陽極導(dǎo)桿連接，實現(xiàn)單獨供電。

2015年7月，伊朗與伊核問題六國（美國、英國、法國、俄羅斯、中國和德國）達成伊朗核問題全面協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，伊朗承諾限制其核計劃，國際社會將解除對伊制裁。2018年5月，美國總統(tǒng)特朗普宣布美國退出伊核協(xié)議。8月，美國重啟對伊朗金融、金屬、礦產(chǎn)、汽車等一系列非能源領(lǐng)域制裁。

“真是中大獎了！”一個捕龜人小心翼翼地抓住鱷龜多節(jié)的長尾，拎起一只只鱷龜，笑著說，“多美的一批燉菜熬湯的龜肉！”他把反應(yīng)遲鈍的鱷龜們?nèi)舆M了平底船，由搭檔捆扎入麻袋?！澳切^子會出錢買的——現(xiàn)在讓我們瞧瞧，有大有小，收拾干凈以后，每只大概十磅肉吧——十乘以十六，就是一百六十磅，每磅十美分——那就是十六美元！要是在這兒能多來幾批這樣的，那——嘿！你干什么？干嗎把那只鱷龜扔回河里！你是不是腦殼壞了？”

R14-陰極電阻（陰極及鋼棒、軟帶、母線電阻之和）；

R15-接點電阻（各焊點、壓接點電阻之和）；

整臺電解槽的母線系統(tǒng)電阻（R）為：1/R=(1/R1)+(1/R2)+(1/R3)+(1/R4)+(1/R5),由公式可見，在R1～R5中，任何一個或多個電阻的變化都會影響母線系統(tǒng)的電阻（R）發(fā)生變化，同時成正式關(guān)系變化。電解槽的槽電壓UC=IR，所以在電流（I）不變的情況下，UC的變化與R的變化是成正比的。根據(jù)4電解槽陽極母線布置示意圖繪制B側(cè)陽極母線等效電路簡圖如圖5所示。

R12-電解質(zhì)電阻；

由圖可知，下游槽立柱母線供電方式，1#立柱母線系統(tǒng)支路的電阻（R1）計算為：R1=RA11+RA12+RA13+RA1 4+RA15+RB12+RB13+RB14+RB15，可推算出整臺電解槽的母線系統(tǒng)電阻（R）值增加，由此引起電解槽的槽電壓升高，A、B側(cè)電流不平衡。

對于任意的檔案實體Ai∈D設(shè)Fi為該實體的特征集合，經(jīng)過特征提取映射步驟后，檔案實體被添加到關(guān)聯(lián)圖中，檔案特征映射到對應(yīng)的特征關(guān)聯(lián)視圖內(nèi)，表示為 MAP（Ai）={Ai,Fi，}。因為檔案特征多樣性，同一視圖中的特征節(jié)點vi,vj∈Gi可以劃分為以下3種關(guān)系：

2.3 方案三簡介

取消陽極大母線提升框架，陽極大母線固定安裝，保留連接母線，陽極導(dǎo)桿通過軟母線與陽極大母線連接。

圖6對現(xiàn)電解槽上部結(jié)構(gòu)改造較少，母線系統(tǒng)電場影響較小，不影響陽極大母線、天車和電解槽打殼下料裝置后期檢修維護工作。陽極大母線不承擔(dān)陽極重量，可經(jīng)過經(jīng)濟電流計算后降低規(guī)格，以降低成本。

3 方案比選分析與結(jié)論

方案一有利于大母線電流的平均分配和對單獨提升裝置供電，但影響天車工作和打殼下料裝置的后期檢修維護。

方案二供電可靠性較低，電解槽壓降增加，A、B側(cè)電流不平衡，嚴重時會引起鋁液面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)、波動、滾鋁和陰陽極短路等事故。

方案三陽極大母線安裝方式由現(xiàn)運行的上下升降改造為固定安裝，大母線生產(chǎn)成本可降低，母線系統(tǒng)電場影響較小。

通過三種方案對比，建議推薦方案三作為新型的陽極獨立提升工藝最優(yōu)陽極母線設(shè)計方案。

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