電解鋁生產(chǎn)工藝的優(yōu)化分析

李宏波

摘要：近些年，我國的鋁產(chǎn)量已走在世界前列，但電解鋁生產(chǎn)技術(shù)較比較落后，尤其是在節(jié)能和環(huán)保方面存在著較嚴(yán)重的問題。在國家提出節(jié)能減排的背景下，對電解鋁工業(yè)進(jìn)行節(jié)能減排研究是大勢所趨。本文根據(jù)我國電解鋁工業(yè)存在的主要問題，對電解鋁生產(chǎn)工藝的優(yōu)化進(jìn)行了探討，以期對我國電解鋁工業(yè)的發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：電解鋁;工藝優(yōu)化;節(jié)能減排

引言

我國的鋁工業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，目前已形成一個較完善的產(chǎn)業(yè)鏈，為社會各領(lǐng)域持續(xù)不斷地提供鋁材。從產(chǎn)量上看，我國無疑是世界第一鋁生產(chǎn)大國。但從技術(shù)上看，我國的電解鋁生產(chǎn)工藝比國外要落后不少。盡管我國電解企業(yè)不在少數(shù)，但其規(guī)模都不大，生產(chǎn)技術(shù)落后，耗能較高，污染嚴(yán)重，我國電解鋁工業(yè)的發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

1.我國電解鋁發(fā)展現(xiàn)狀分析

我國從事電解鋁生產(chǎn)的企業(yè)，無論在企業(yè)數(shù)量還是在產(chǎn)量方面超過了全球電解鋁生產(chǎn)企業(yè)之和。但是，由于我國人口眾多，人均產(chǎn)量規(guī)模卻達(dá)不到世界平均規(guī)模的1/2。從生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用方面來看，除了少數(shù)的企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)較為先進(jìn)以外，大部分企業(yè)的的技術(shù)應(yīng)用比較落后，甚至還有近1/3的企業(yè)還停留在“小作坊式”的生產(chǎn)技術(shù)，導(dǎo)致技術(shù)保準(zhǔn)低，高消耗、高成本、高污染等現(xiàn)象。雖然部分企業(yè)進(jìn)行了技術(shù)改造的努力，但是改造的效果還是與國家和行業(yè)提出的要求不符。

我國的電解鋁生產(chǎn)技術(shù)是從上世紀(jì)70年代開始發(fā)展歷程的，初步從引入國外的技術(shù)，經(jīng)過近二十年理論技術(shù)研究，到上世紀(jì)90年代能夠擁有自己獨(dú)立的生產(chǎn)技術(shù)和理論創(chuàng)新。其中，我國成功研發(fā)的大型電解槽技術(shù)，從根本上改變了我國電解鋁生產(chǎn)技術(shù)對外國技術(shù)的依賴。但是，由于我國電解鋁生產(chǎn)企業(yè)在數(shù)量、規(guī)模、資金、技術(shù)等方面參差不齊，造成企業(yè)全面進(jìn)行升級改造存在一定的困難，因此，那些生產(chǎn)技術(shù)管理落后的企業(yè)，嚴(yán)重制約著我國電解鋁生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展。

2.電解槽生產(chǎn)工藝優(yōu)化分析

2.1改進(jìn)供電系統(tǒng)，提高供電技術(shù)

在鋁電解的生產(chǎn)方法和工藝流程中，直流電流供應(yīng)和相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的的安全穩(wěn)定是保證鋁電解正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)。如果供電系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)了隱患和故障，就會對鋁電解生產(chǎn)造成嚴(yán)重不良的影響，對企業(yè)造成較大的效益損失。目前供電系統(tǒng)面臨的技術(shù)難題是對瞬時間恒定電流的供給難以控制在穩(wěn)定范圍。針對此難題，應(yīng)該引進(jìn)并應(yīng)用智能控制技術(shù)來有效緩解供電的恒定電流穩(wěn)定性。安排專人利用浮動門技術(shù)等方式負(fù)責(zé)做好恒定電流的監(jiān)控，這樣能夠有效減少電流波動現(xiàn)象的發(fā)生。而且還可以大幅度提高供電的整流效率和質(zhì)量，從而滿足鋁電解生產(chǎn)對供電穩(wěn)定性的要求。此外，由于我國鋁電解生產(chǎn)的企業(yè)，尤其是中小企業(yè)，供電的條件環(huán)境依然比較落后，因此，應(yīng)將供電設(shè)備的升級改造作為長期工作規(guī)劃盡快予以解決。

2.2降低輔助電力消耗

除了電解槽之外，其他輔助設(shè)備的電耗也是不容忽視的，輔助電力的減少也可以對整個生產(chǎn)工藝的節(jié)能起到明顯的效果。輔助電耗主要來源于供料凈化、陽極組裝、鑄造、空壓機(jī)、電解動力變等工藝。其中供料凈化的優(yōu)化主要考慮工運(yùn)行方式的調(diào)整，通過參數(shù)的控制使其穩(wěn)定運(yùn)行;陽極組裝與爐的頻率有較大關(guān)系，中頻爐可起到較好的節(jié)能效果，因此要盡可能使用中頻爐;空壓機(jī)和電解動力變的優(yōu)化可以從運(yùn)行方式著手，根據(jù)環(huán)境溫度和設(shè)備溫度對其運(yùn)行方式進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，使之始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

2.3提高自動化管理控制水平

鋁電解生產(chǎn)采用多達(dá)數(shù)百臺電解槽串聯(lián)成一個生產(chǎn)系列的方式進(jìn)行。在強(qiáng)大的直流電流的作用下鋁電解槽內(nèi)發(fā)生著復(fù)雜的高溫物理化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，在該體系內(nèi)形成互有關(guān)聯(lián)的、可變的電場、磁場、溫度場、熔體流動場等物理場。由于鋁電解槽內(nèi)高溫熔體的強(qiáng)腐蝕性，濃度、極距和溫度等重要的被控參數(shù)目前尚不能在線檢測，能在線檢測的信號只有槽電壓和系列電流。要獲得理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，關(guān)鍵是控制好幾個主要的技術(shù)參數(shù)：物料平衡、熱平衡和極距、槽況的綜合分析與輔助決策。因此必須充分借助自動化技術(shù)提高管理控制水平，不斷促使鋁電解企業(yè)從“高能耗、大污染、勞動力密集型”的傳統(tǒng)形象向“高效率、無污染、自動化”的現(xiàn)代化企業(yè)形象跨越。

2.4降低能源消耗，減少環(huán)境污染

對于鋁電解在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢料，一般都會延期對其排放，而鋁企業(yè)要想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定長遠(yuǎn)的經(jīng)營規(guī)劃，就必須重視并解決好企業(yè)生產(chǎn)污染的問題。目前，我國大部分鋁電解生產(chǎn)企業(yè)都在環(huán)保問題上進(jìn)行了積極的探索和整改，例如，凈化系統(tǒng)的配備使用，減少了廢氣排放量等，這種積極的因素促進(jìn)了電解鋁生產(chǎn)對環(huán)境污染程度的有效改善，與此同時，也使企業(yè)的生產(chǎn)成本得到了明顯的降低，節(jié)能增效工作取得了一定的成績。十八大以來，綠色環(huán)保已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的硬性任務(wù)指標(biāo)，尤其是“供測給”經(jīng)濟(jì)改革實(shí)施以來，為了使鋁行業(yè)的生產(chǎn)條件符合環(huán)保要求和滿足市場鋁需求，對鋁生產(chǎn)行業(yè)升級改造是極為必要的。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，我國的電解鋁消費(fèi)量和市場需求會繼續(xù)擴(kuò)大，鋁市場的發(fā)展前景比較樂觀，而我國鋁電解企業(yè)的生產(chǎn)方法和工藝存在的缺陷和不足，難以在保證環(huán)保的前提下難以保證足夠的產(chǎn)量。這種看似矛盾的問題，只要找準(zhǔn)正確的突破口，就能夠得到合理的解決。而這個突破就是：以此次經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整為契機(jī)，對生產(chǎn)工藝落后的技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行逐步的淘汰，以技術(shù)創(chuàng)新為抓手，緊緊圍繞節(jié)能降耗、提質(zhì)增效經(jīng)營目標(biāo)，加大對新設(shè)備、新技術(shù)的投入應(yīng)用力度，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、產(chǎn)量、環(huán)保等效益的豐收，帶動鋁電解生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)全面的轉(zhuǎn)型。在此過程中，企業(yè)要積極落實(shí)國家政策，樹立可持續(xù)發(fā)展觀，認(rèn)真在技術(shù)創(chuàng)新上下功夫，相信通過以上方法的落實(shí)與努力，我國的鋁電解企業(yè)在生產(chǎn)技術(shù)、發(fā)展規(guī)模、市場效應(yīng)等方面，肯定會有質(zhì)的飛躍和提高，我國的鋁工業(yè)產(chǎn)生加工水平也會邁入世界領(lǐng)先的步伐。

2.5融入先進(jìn)技術(shù)，延長使用壽命

電解槽的使用壽命問題作為困擾鋁電解生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸，迫切需要有效解決。目前，國內(nèi)及世界大部分企業(yè)的電解槽技術(shù)已向大容量小體積、低成本、高頻低阻抗、穩(wěn)定性強(qiáng)等方向發(fā)展。應(yīng)準(zhǔn)確把握技術(shù)發(fā)展趨勢，從電解槽的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)效率和最佳壽命兩種因素下功夫，探索建立特大型鋁電解槽多物理場的綜合模擬與優(yōu)化系統(tǒng)，依據(jù)該系統(tǒng)強(qiáng)大的優(yōu)化、整合功能，能夠?qū)﹄娊獠鄣牟牧舷摹①Y源配置等進(jìn)行實(shí)時的分析監(jiān)控，從而使電解槽的性能、壽命達(dá)到最佳狀態(tài)，也為新技術(shù)新材料的研發(fā)提供有力的支持環(huán)境。

結(jié)束語

綜上所述，面對嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，鋁電解企業(yè)應(yīng)當(dāng)順勢而為，積極正視和探索鋁電解在生產(chǎn)工藝技術(shù)等方面存在的不足核問題，在技術(shù)、設(shè)備方面進(jìn)行大力的引入和創(chuàng)新，不斷改進(jìn)生產(chǎn)方法和工藝流程，這樣才能使企業(yè)發(fā)展符合國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和市場的要求，從而促進(jìn)鋁電解生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)又快又好的發(fā)展。

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（作者單位：新疆眾和股份有限公司）