淺議計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在鋁電解生產(chǎn)的應(yīng)用與發(fā)展

白鵬飛

摘 要：本文論述了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在鋁電解生產(chǎn)的應(yīng)用與發(fā)展，為計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在鋁電解生產(chǎn)的應(yīng)用走持續(xù)、穩(wěn)定及健康的發(fā)展道路提供了一定的見(jiàn)解。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；鋁電解生產(chǎn)；應(yīng)用；發(fā)展

1引言

對(duì)投產(chǎn)較早的鋁電解系列，因?yàn)槠浼夹g(shù)裝備水平相對(duì)落后，所以進(jìn)行的技術(shù)調(diào)整是在對(duì)槽況還原為理想的靜態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，對(duì)其動(dòng)態(tài)平衡的諸項(xiàng)工藝技術(shù)參數(shù)進(jìn)行平衡控制的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程盡管是借助鋁電解槽生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但因改善體系性能是個(gè)系統(tǒng)性的工程，調(diào)整過(guò)程存在長(zhǎng)期性、復(fù)雜性，甚至存在艱巨性和反復(fù)性。大型鋁電解槽生產(chǎn)初期的工藝控制優(yōu)化，對(duì)減少超大型預(yù)烙鋁電解槽陰極早期破損、提高其壽命和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，意義極為重大。然而，其亦是一項(xiàng)需要設(shè)計(jì)與生產(chǎn)相互協(xié)作、緊密配合才能很好完成的科研項(xiàng)目。

2對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在鋁電解生產(chǎn)的認(rèn)識(shí)與分析

2.1現(xiàn)狀分析

現(xiàn)代大型預(yù)焙鋁電解槽是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的管理下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程智能控制，實(shí)現(xiàn)原料添加、電壓管理、曲線預(yù)測(cè)等。毋庸置疑計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為鋁電解技術(shù)進(jìn)步做出了極大的貢獻(xiàn)，這種優(yōu)勢(shì)在近年新開(kāi)發(fā)的280kA以上系列的生產(chǎn)中更加明顯。相對(duì)而言，技術(shù)裝備水平落后的電解系列，諸如160kA系列、200 kA系列、強(qiáng)化電流后的180 kA系列、230 kA系列等，則表現(xiàn)出技術(shù)體系復(fù)雜、槽況不穩(wěn)、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)落后，嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)、生存及發(fā)展。

2.2主要問(wèn)題與原因分析

以某企業(yè)160 kA系列槽況為例，主要特征見(jiàn)表1。該系列槽的電解質(zhì)體系鋰鹽含量過(guò)高，分子較高，爐底壓降高，槽工作電壓較高（也可以強(qiáng)行采取略低槽工作電壓運(yùn)行），槽膛過(guò)小使兩水平的保持不合理，極下鋁水平較低。槽運(yùn)行狀況不穩(wěn)定，極其脆弱，容易出現(xiàn)病槽事故。爐底沉淀多，甚至結(jié)殼厚，電解質(zhì)易收縮，氧化鋁濃度難以控制在國(guó)內(nèi)先進(jìn)的水平，效應(yīng)系列較高。分析槽況，梳理主要原因如下。

1）電解質(zhì)體系及分子比

該電解系列經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，電解質(zhì)體系成分較為復(fù)雜，其中鋰鹽含量較高，這是國(guó)內(nèi)眾多鋁電解企業(yè)少有現(xiàn)象。由于鋰鹽含量較高，因此電解質(zhì)體系分子比出現(xiàn)虛高現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)新的分析技術(shù)確認(rèn)，該鋰鹽對(duì)分子比的影響為0.18，即成分的分子比與無(wú)鋰鹽分子比相比。其值實(shí)際接近于略低0.18左右的數(shù)值。較高的分子比使殼面過(guò)硬不利于生產(chǎn)作業(yè)。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(wú)法保證槽內(nèi)必需的正常在產(chǎn)鋁量，從而導(dǎo)致槽內(nèi)熱量難以保持較好的收支平衡狀態(tài)，即電解質(zhì)水平很難保持。盡管其采取了不斷補(bǔ)充的措施，但是收縮很快，氧化鋁濃度很難保持在國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的1.5%-2.5%區(qū)間，使槽況易反復(fù)，運(yùn)行狀態(tài)脆弱。同時(shí)，由于槽溫低、氧化鋁料過(guò)細(xì)、殼面過(guò)硬、打擊頭易粘包，導(dǎo)致氧化鋁在電解質(zhì)中的熔解性變差，致使下料量與理論料量時(shí)常發(fā)生較大偏差。

3）槽膛狀況

料量偏大，必然使沉淀增多。過(guò)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(kāi)化解，但會(huì)重新形成。因?yàn)椴蹨剌^低，所以提升至940℃以上時(shí)很難長(zhǎng)期保持。其結(jié)果是爐底厚，爐幫A側(cè)薄，B側(cè)厚，即容易產(chǎn)生水平電流，且效應(yīng)較多，使電解槽的無(wú)功損耗明顯增大。

4）計(jì)算機(jī)控制

通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)模擬的氧化鋁濃度、計(jì)算機(jī)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(yè)質(zhì)量和槽日常維護(hù)等跟蹤，發(fā)現(xiàn)下料量時(shí)多時(shí)少，沒(méi)有與出鋁量形成很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。槽工作電壓與槽溫、分子比、噪聲值等沒(méi)有發(fā)生良好的響應(yīng)關(guān)系，且噪聲值普遍較大，多保持在12-15間。有時(shí)計(jì)算機(jī)曲線與槽況反向走勢(shì)，計(jì)算機(jī)很難從電解槽的動(dòng)態(tài)平衡與靜態(tài)平衡中體現(xiàn)設(shè)計(jì)好的運(yùn)行規(guī)律。概括而言，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在鋁電解槽生產(chǎn)工藝中發(fā)揮的自動(dòng)控制功能與作用不十分明顯。

5）其他

由于精細(xì)化管理未能很好執(zhí)行到位，因此在日常操作和維護(hù)管理中也存在揭去槽罩的數(shù)量及時(shí)間的隨意性較大。其日常槽罩管理較差，時(shí)有手動(dòng)調(diào)電壓現(xiàn)象等問(wèn)題。

2.3鋁電解生產(chǎn)控制技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

鋁電解計(jì)算機(jī)控制技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代中期。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)步促使電解法工業(yè)煉鋁工藝有了很大的發(fā)展，在電耗、電流效率、生產(chǎn)量和陽(yáng)極單耗等技術(shù)指標(biāo)上都有顯著的改善與提高。當(dāng)時(shí)各產(chǎn)鋁國(guó)家在鋁電解計(jì)算機(jī)控制技術(shù)上各有千秋，對(duì)電解槽的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)也取得了很多成果。其包括系列電流的監(jiān)控、陽(yáng)極效應(yīng)自動(dòng)報(bào)警、打殼加料的自控、陽(yáng)極距離調(diào)控、轉(zhuǎn)換陽(yáng)極函數(shù)及其出鋁控制等。

3依靠技術(shù)進(jìn)步，以促進(jìn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在鋁電解生產(chǎn)應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展

電解鋁是現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)的主要途徑之一在電解鋁過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控，使各電解槽保持在最佳狀態(tài)，使電解槽能量和物料始終平衡。這是控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)。其有效地實(shí)施對(duì)鋁電解過(guò)程優(yōu)化控制可以有效地提高鋁工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量，降低能耗，保證生產(chǎn)安全。

3.1、現(xiàn)代鋁電解智能控制技術(shù)

這種控制方式是將模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、復(fù)合控制等控制策略應(yīng)用于鋁電解過(guò)程。鋁電解其工作電流一般在幾十萬(wàn)A以上，耗能大，干擾強(qiáng)。其采用先進(jìn)的鋁電解計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，可減少電能損耗，提高電流效率。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展，智能模糊控制技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和專家決策系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，促使現(xiàn)今鋁電解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展到了一個(gè)全新的高度。

3.2、系統(tǒng)的不足及研發(fā)熱點(diǎn)

鋁電解智能模糊控制系統(tǒng)的理論出發(fā)點(diǎn)雖然很好，但是在設(shè)計(jì)中還是會(huì)面臨一些技術(shù)上的困難，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到理想的控制效果。鋁電解智能模糊控制系統(tǒng)主要的缺陷有：

1）、專家決策系統(tǒng)的能力取決于數(shù)據(jù)庫(kù)中知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的儲(chǔ)備量。

2）、專家決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息儲(chǔ)備多來(lái)源于工程師和控制專家的設(shè)計(jì)，其效果也取決于設(shè)計(jì)者的水平。

3）、鋁電解生產(chǎn)控制中仍然具備不確定性、復(fù)雜性和模糊性的特點(diǎn)，使智能模糊控制系統(tǒng)無(wú)法獨(dú)立處理復(fù)雜多變的控制過(guò)程。鋁電解智能模糊控制系統(tǒng)只能較大程度地簡(jiǎn)化人為操作，但不能取而代之。

3.3、鋁電解生產(chǎn)控制技術(shù)的未來(lái)

鋁電解智能模糊控制系統(tǒng)的研發(fā)在高新技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)下，其雖然取得了可喜的成果和進(jìn)展，但是現(xiàn)代電解鋁工業(yè)仍然無(wú)法達(dá)到理論上理想的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)指標(biāo)?，F(xiàn)階段的鋁電解生產(chǎn)控制系統(tǒng)無(wú)論在理論上還是應(yīng)用上都不夠完善、成熟。

4結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)鋁電解槽工業(yè)發(fā)展速度之快，已推動(dòng)中國(guó)成為鋁工業(yè)強(qiáng)國(guó)。近年來(lái)，在中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的進(jìn)程中，電解鋁產(chǎn)能得到了突飛猛進(jìn)的擴(kuò)張，電解槽設(shè)計(jì)技術(shù)已成功投產(chǎn)了500 kA系列，并將試驗(yàn)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(yàn)應(yīng)用。面對(duì)與新技術(shù)之間存在的差距和國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)政策與市場(chǎng)竟?fàn)帲瑖?guó)內(nèi)設(shè)計(jì)較早、投產(chǎn)較早的相對(duì)落后的鋁電解系列。其如何在激烈的市場(chǎng)竟?fàn)幖暗兔缘慕?jīng)濟(jì)現(xiàn)狀下生存既而保持優(yōu)勢(shì)，成為管理者一思考研究的重點(diǎn)。無(wú)疑，借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)對(duì)鋁電解槽生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)及其工藝參數(shù)間的響應(yīng)與匹配，減少人為因素干預(yù)，可以達(dá)到鋁電解生產(chǎn)完全自動(dòng)控制的理想境界。

參考文獻(xiàn)

[1]、李海濤等.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在鋁電解中的應(yīng)用[J].輕金屬.2004（09）：34-36；

[2]、謝葉明.鋁電解槽生產(chǎn)工藝計(jì)算機(jī)控制技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用[J].甘肅冶金.2014（01）：88-90；

[3]、覃國(guó)林.鋁電解槽生產(chǎn)工藝計(jì)算機(jī)控制技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用[J].青年時(shí)代.2016（14）：127-127；

[4]、王林陽(yáng).鋁電解計(jì)算機(jī)控制技術(shù)綜述[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2013（01）：85-87。

（作者單位：包頭鋁業(yè)有限公司電解二廠）