500kA鋁電解車間空間防磁設(shè)計(jì)研究

石英超

（云南文山鋁業(yè)有限公司，云南 文山 663000）

隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展和工業(yè)制品種類的增加，鋁電解工藝在我國(guó)也隨之快速發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)正式投產(chǎn)的鋁電解車間的最大電流達(dá)到了620kA，而常規(guī)的500、400和300kA的電解車間則是生產(chǎn)鋁的主力。大電流在提升了生產(chǎn)效率的同時(shí)也帶來(lái)了強(qiáng)大的磁場(chǎng)干擾，因此研究500kA大電流鋁電解車間中的防磁方案，對(duì)于提升我國(guó)鋁生產(chǎn)水平和工廠的生產(chǎn)效益具有重要作用。

1 鋁電解車間的磁場(chǎng)分布

為實(shí)際測(cè)量電解槽中磁場(chǎng)的空間分布，我們前往了當(dāng)?shù)啬臣疑a(chǎn)鋁的工廠，其電解槽的電流為500kA，電解槽在車間中的分布如圖1所示。

圖1 電解槽在車間中的分布

在檢測(cè)電解槽的磁場(chǎng)分布時(shí)，以電解槽的供電測(cè)為出發(fā)點(diǎn)，非供電測(cè)為終止點(diǎn)，在此區(qū)間內(nèi)沿中的三個(gè)空間方向，利用磁場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，得到了電解槽周圍磁場(chǎng)的分布狀態(tài)，如圖2所示。

根據(jù)測(cè)量的結(jié)果，可以得出的結(jié)論該廠房的供電測(cè)通道的寬度在5.2m，煙道側(cè)則為2.1m，由于供電測(cè)的寬度更大，因此相對(duì)距離磁場(chǎng)更遠(yuǎn)，受磁場(chǎng)影響比煙道側(cè)小。

磁場(chǎng)呈橢圓形分布，在電解槽中部呈現(xiàn)出拱形形狀，因此電解槽中部的磁場(chǎng)比兩端更小。

當(dāng)磁場(chǎng)中存在導(dǎo)磁性較強(qiáng)的設(shè)備時(shí)，這些設(shè)備也會(huì)成為磁場(chǎng)源。

圖2 電解槽周圍磁場(chǎng)分布狀態(tài)

2 鋁電解車間空間防磁方案設(shè)計(jì)

基于上文中的磁場(chǎng)大小和空間分布狀態(tài)，在此部分本文將結(jié)合磁場(chǎng)對(duì)鋁電解車間的影響，針對(duì)性的給出防磁的方案。

（1）電解機(jī)組。電解機(jī)組中，車輪屬于導(dǎo)磁性較強(qiáng)的材料，當(dāng)電解槽通電時(shí)，車輪便會(huì)因?yàn)槭艽艌?chǎng)影響在車輪和軌道之間形成具有吸引力的磁場(chǎng)，這使得電極機(jī)組的每?jī)蓚€(gè)車輪之間便會(huì)受到反向的磁場(chǎng)力，使得機(jī)組難以正常啟動(dòng)；而當(dāng)機(jī)組正常行進(jìn)時(shí)，車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使得車輪每隔半個(gè)周期便會(huì)形成與軌道相互吸引的力，影響車輪的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

對(duì)此的解決方案有兩種，一是增加機(jī)組的啟動(dòng)功率，以更大的力對(duì)抗車輪所產(chǎn)生的磁力，二是使用導(dǎo)磁性較弱的材料，如銅等金屬或工業(yè)用塑料等制作車輪和軌道，但第一種方式會(huì)大幅增加耗電，因此該工廠在權(quán)衡后選擇了第二種方案。

（2）PLC工作模塊。PLC是一種工業(yè)生產(chǎn)中用于程序控制的模塊，現(xiàn)代冶金工廠為提升效率，普遍采用PLC控制生產(chǎn)設(shè)備本文所涉及的工廠中便使用了PLC控制機(jī)組車輪和電解槽通電。但磁場(chǎng)對(duì)PLC的工作有很大影響，PLC內(nèi)部可能會(huì)因?yàn)榇艌?chǎng)干擾產(chǎn)生錯(cuò)誤，聚該工廠的統(tǒng)計(jì)，該廠自應(yīng)用PLC技術(shù)以來(lái)，雖顯著提升了生產(chǎn)效率，但每年因PLC故障導(dǎo)致的失控?fù)p失約在120萬(wàn)元左右。對(duì)PLC進(jìn)行防磁干擾的方案主要是對(duì)其進(jìn)行接地，在PLC芯片的周圍設(shè)置磁屏蔽罩，并將磁屏蔽罩接地，可有效防止磁場(chǎng)對(duì)PLC芯片的干擾；而對(duì)部分由于安裝位置關(guān)系無(wú)法接地的PLC設(shè)備，則更換為成本更高的抗磁干擾能力更強(qiáng)的PLC芯片，并在其周圍設(shè)置磁屏蔽罩，在一定程度上防止磁場(chǎng)對(duì)PLC芯片的影響。

（3）防磁電控柜。對(duì)于車間中對(duì)磁場(chǎng)敏感且價(jià)格較為昂貴的電子元件，將其安裝在專用的防磁電控柜中，電控柜采用雙層材料，可以起到磁屏蔽作用，有效阻止磁場(chǎng)穿過(guò)電控柜影響內(nèi)部的電子元件，從而提升電子設(shè)備的使用壽命。

3 防磁方案的經(jīng)濟(jì)效益

本文對(duì)電解機(jī)組、PLC芯片和貴重電子設(shè)備進(jìn)行了防磁處理。對(duì)于機(jī)組來(lái)說(shuō)，在使用無(wú)磁鋼和特種塑料之后，啟動(dòng)機(jī)組的功率下降到了原來(lái)的65%。按照工業(yè)用電0.5元/kWh計(jì)算，原先每個(gè)工作日啟動(dòng)機(jī)組的用電大約在32000kWh，改造后則將至了20000kWh，每日可節(jié)省電費(fèi)6000元，而改造機(jī)組所用的總成本大約在130000元左右，大約22天可收回成本。而在PLC方面，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀測(cè)，改造后的PLC設(shè)備幾乎不會(huì)出現(xiàn)故障，因此每年可為該廠節(jié)約處理故障的成本120萬(wàn)元，而改造PLC的總成本大約在8萬(wàn)元左右，與節(jié)省的處理故障的成本相比可以忽略不計(jì)，此外PLC穩(wěn)定性提升帶來(lái)的不僅是生產(chǎn)故障率的降低，更重要的是極大的降低了因PLC失控帶來(lái)的安全隱患，而這方面是無(wú)法用金錢(qián)估量的。而在防磁電控柜的改造方面，文獻(xiàn)記載中對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中貴重電子設(shè)備受磁場(chǎng)影響的壽命降幅一般為25%～30%左右，取最高值30%計(jì)算，該工廠更換一次貴重電子設(shè)備花費(fèi)的成本大約在610萬(wàn)元左右，更換的周期為7年，而改造后則需要9年才需更換一次電子設(shè)備，相當(dāng)于每年節(jié)省20萬(wàn)元。從以上三點(diǎn)中可以看出防磁設(shè)計(jì)方案為工廠帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是非常顯著的。

4 結(jié)論

本文對(duì)500kA鋁電解車間中防磁方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，鋁電解車間中受磁場(chǎng)影響較大的有電解機(jī)組、PLC模塊和貴重電子設(shè)備，本文根據(jù)電解槽磁場(chǎng)分布的特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備的特性制定了改造方案并在某工廠中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，結(jié)果表明防磁方案可以為工廠帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，期待能夠?yàn)槲覈?guó)鋁電解工業(yè)生產(chǎn)提供參考。