現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)技術(shù)與管理

張玉坤

摘 要：總體而言，我國鋁電解行業(yè)處于國際領(lǐng)先水平，但鋁電解行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也面臨著資源、能源、環(huán)保、人力資源等多重挑戰(zhàn)和一系列難題。通過智能優(yōu)化制造，實(shí)現(xiàn)鋁電解的綠色化和高效化已迫在眉睫。

關(guān)鍵詞：鋁電解;生產(chǎn)技術(shù);管理

0 前言

現(xiàn)代化鋁電解槽擁有高效和節(jié)能的特點(diǎn)，而電解槽的設(shè)計(jì)就是其中的關(guān)鍵。鋁電解槽的穩(wěn)定性是鋁生產(chǎn)質(zhì)量的重要保證，電解槽應(yīng)力變形、磁流熱平衡和穩(wěn)定性也是解決鋁電解穩(wěn)定性的關(guān)鍵之處。通過物理場(chǎng)設(shè)計(jì)，應(yīng)用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)與配套設(shè)施，將石墨化陰極炭塊應(yīng)用其中，可以有效提高鋁電解槽的制作與安裝技術(shù)水平。

1 預(yù)焙電解鋁電解槽制作安裝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 物理場(chǎng)設(shè)計(jì)

鋁電解槽四周母線和電流會(huì)在熔體內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，熔體和磁場(chǎng)中的電流發(fā)生作用產(chǎn)生電磁力。電磁力可以讓熔體流動(dòng)，讓鋁液發(fā)生波動(dòng)。如果流動(dòng)速度過快，將沖刷爐幫，也會(huì)危害到爐側(cè)炭塊，界面變形加速鋁電解槽中鋁和二氧化碳反應(yīng)，不利于提高電流效率，且鋁電解槽不再穩(wěn)定。對(duì)此，建議從母線設(shè)計(jì)角度出發(fā)，應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件，通過麥克斯韋方程組求解關(guān)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(shí)也會(huì)處于13250kW之內(nèi)。

1.2 先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用

以下幾項(xiàng)技術(shù)可以用在鋁電解槽安裝與制作中：①窄加工面技術(shù)。結(jié)合鋁電解槽熱平衡特點(diǎn)，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(shè)計(jì)下鋁電解槽日產(chǎn)量可以每d提高1.27kg/m2。②陽極升降技術(shù)。該技術(shù)適合用在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便制造的三角板滾動(dòng)移桿結(jié)構(gòu)的陽極升降機(jī)構(gòu)中。③船形鋁電解槽殼技術(shù)。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(qiáng)度。通過有限元分析模型，推出了船形結(jié)構(gòu)，有利于實(shí)現(xiàn)側(cè)壁處空氣對(duì)量，并為企業(yè)節(jié)省大量鋼材。④腹板梁技術(shù)。在鋁電解槽加工安裝中，應(yīng)用腹板梁結(jié)構(gòu)，憑借其自身剛度大、不易變形的特點(diǎn)，能夠有效節(jié)省鋼材，提高鋁電解槽的穩(wěn)定性。

1.3 配套系統(tǒng)應(yīng)用

分析鋁電解槽加工與安裝時(shí)應(yīng)用到的配套系統(tǒng)，具體包含氧化鋁輸送系統(tǒng)、菱形大布袋除塵器、VRI吸附反應(yīng)器、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。結(jié)合以上配套系統(tǒng)，具體應(yīng)用如下：①水平氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)。該輸送系統(tǒng)的應(yīng)用十分簡(jiǎn)單，且可靠性較高，后期維修容易，應(yīng)用時(shí)不需要運(yùn)動(dòng)的部件，且氧化鋁流速比較低。②菱形大布袋除塵器。人們結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)開發(fā)LLZB-1850大布袋除塵器，設(shè)備過濾面積大，過濾能力強(qiáng)，可以低壓反吹，且對(duì)氧化鋁的凈化效果明顯。③VRI吸附反應(yīng)器。該設(shè)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(diǎn)。吸附反應(yīng)器以氣體流動(dòng)時(shí)多點(diǎn)錐形運(yùn)動(dòng)原理為基礎(chǔ)，沸騰狀態(tài)下的氧化鋁經(jīng)過反應(yīng)器后從錐形噴射孔內(nèi)噴射出來，最終形成圓截面分布狀態(tài)，煙氣可以和氧化鋁混合，從而達(dá)到吸附煙塵與氟化氫的效果。④智能化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用是將理論與專家控制技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的多樣化控制模式。系統(tǒng)在控制陽極效應(yīng)時(shí)，可以控制氧化鋁濃度，將其控制在1.5%以上，3.5%以下。應(yīng)用鋁電解槽專家系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，檢測(cè)鋁電解槽生產(chǎn)時(shí)發(fā)生的故障異常情況，針對(duì)異常問題快速做出判斷與預(yù)警提示。人們應(yīng)用離線測(cè)量數(shù)據(jù)與在線數(shù)據(jù)，對(duì)鋁電解槽電解質(zhì)組成情況加以分析，并科學(xué)設(shè)定鋁電解槽處的出鋁量。

1.4 氮化硅結(jié)合碳化硅側(cè)塊

對(duì)于預(yù)焙電解鋁電解槽加工安裝來說，鋁電解槽爐幫是保護(hù)鋁電解槽側(cè)面的天然屏障，爐幫的變化可以調(diào)節(jié)鋁電解槽溫度和熱量，從而達(dá)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(shù)，減小熔體流速。氧化鋁液體流動(dòng)的速度取決于磁場(chǎng)分布和電流強(qiáng)度大小，電解質(zhì)的流速取決于陽極氣體的噴出情況。建議工作人員優(yōu)化鋁電解槽母線配置情況，降低鋁電解槽內(nèi)水平電流大小，改進(jìn)下料精度，防止鋁電解槽爐底部出現(xiàn)沉淀現(xiàn)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(cè)襯，從而穩(wěn)定爐幫，憑借碳化硅的抗腐蝕能力廣泛應(yīng)用于電解鋁生產(chǎn)工藝中。

2 鋁電解生產(chǎn)運(yùn)行控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 氧化鋁濃度預(yù)測(cè)與控制

氧化鋁濃度的控制作為鋁電解生產(chǎn)控制核心，得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注.氧化鋁濃度控制方式主要有模糊專家控制系統(tǒng)、自適應(yīng)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(chǎn)過程中的操作決策是一項(xiàng)復(fù)雜的知識(shí)型工作，并且鋁電解槽具有強(qiáng)耦合和高溫強(qiáng)腐蝕的反應(yīng)環(huán)境等特點(diǎn)，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)字化操作決策優(yōu)化。因此，知識(shí)自動(dòng)化是鋁電解槽實(shí)現(xiàn)鋁電解槽操作優(yōu)化決策的必由之路。雖然在這方面已有相關(guān)成果，但離實(shí)際應(yīng)用還有很大差距。

2.2 鋁電解槽故障識(shí)別與診斷

鋁電解生產(chǎn)控制是一項(xiàng)知識(shí)型工作，如何將經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、機(jī)理知識(shí)和數(shù)據(jù)中提取的知識(shí)進(jìn)行有效融合成為提升鋁電解生產(chǎn)控制智能化的重要途徑?；谥R(shí)的故障診斷方法不需要系統(tǒng)的定量數(shù)學(xué)模型，引入了診斷對(duì)象的許多信息，特別是可以充分地利用專家的診斷知識(shí)等。

2.3 氟鹽添加量決策與分子比控制

現(xiàn)代鋁電解普遍采用了低分子比的工藝技術(shù)條件，電解質(zhì)成分的控制越來越受到重視.由于AlF3濃度與電解質(zhì)的初晶溫度的緊密聯(lián)系，同時(shí)為保持電解工藝技術(shù)條件的穩(wěn)定，正確的AlF3下料控制對(duì)于鋁電解控制系統(tǒng)提出了更高的要求。當(dāng)前添加方法可歸納為下列幾種類型：基于槽溫和分子比實(shí)測(cè)值的查表法、基于分子比和槽溫等參數(shù)間的回歸方程控制法、基于初晶溫度實(shí)測(cè)值的控制法和基于先進(jìn)控制理論的控制法。

3 結(jié)束語

綜上所述，在我國電解鋁企業(yè)發(fā)展的過程中為了更好地提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，需要大力研發(fā)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，提高電解鋁生產(chǎn)工藝的質(zhì)量與安全，促進(jìn)電解鋁企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

參考文獻(xiàn)

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