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铝电解槽精确下料生产实践
更新时间: 2021-04-28 15:06:24 访问次数: 0




1 氧化铝浓度控制


1.1 氧化铝浓度控制的原理


在电解铝生产条件下,当电流、极距维持不变时,电解质中氧化铝浓度与槽电阻( 电压) 存在如下关系:

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从图 1 曲线可知,电解质中氧化铝浓度在 3% ~ 4% 形成了明显的“拐点”。在拐点左侧,槽电阻 随浓度的降低而显著增加,曲线“陡峭”变化明显。 浓度降低到临界值时槽电阻急剧升高,从而发生阳极效应。当浓度增大处于拐点右侧,即高浓度区域 后,槽电阻随浓度的增加而缓慢增加,曲线“平滑”, 变化不明显。这时槽电阻变化对于浓度变化不敏 感。随着浓度的进一步增加,氧化铝来不及溶解而 形成沉淀。


氧化铝浓度要求控制 在 1. 5% ~ 3. 5% 之间,这是所有现在电解铝浓度控 制的理论基础。


1.2 氧化铝浓度控制方法


控制系统安排了不同速度的过量下料和欠量下 料交替进行,通过造成 Al2O3 浓度的“振荡”变化, 观察槽电阻相应的变化,从而判断出 Al2O3 浓度所 处的区域。对图 1 而言,可以有如下关系:


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当下料的速度一定,槽电阻对浓 度的变化率完全与槽电阻对时间的变化率成线性关 系。因而可以通过能直接测量的槽电阻对时间的变 化率确定出浓度的数值。这种浓度控制方法被称为 自适应氧化铝浓度控制法。


在自适应氧化铝浓度控制系统中常采用电阻斜 率和累积斜率联合判别方式来安排控制系统,以不 同的下料速度、程度和持续时间来下料。当槽电阻 斜率及累斜均达到判别值后,控制系统安排进行 “欠 - 过”转换。当槽电阻只满足在斜率与累斜设 定转换值其中之一时,则按照斜率与累斜的权重安 排不同程度的“欠量”及“过量”用于加速或扼制槽 电阻的变化。当斜率与累斜变化相反时,控制系统 则根据“专家库”规则执行。因为过量下料对电解 槽的影响大于欠量下料,所以系统设置最大过量下 料时间不得超过某一时间限值。


2 优化槽控下料系统


2. 1 硬件的改造 气控系统中取消并联下料,增加电磁换向阀使 得每一个打壳下料气缸均由独立的二位五通阀单独 控制,并因此增加相应的气控管路。改造时,为了不 影响生产,我们直接在电解槽的上部打壳下料气缸 处增加电磁换向阀,用夹布压力胶管固定在原有气 管支架处构成相应的气控管路。


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2. 2 槽控机的改造 为了满足电解槽各下料点独立控制要求,实现 氧化铝浓度精确控制策略,原有的槽控机需要升级 采集信号的 VF 板,增加打壳下料执行继电器; 由于 运算处理量增加,主控板及芯片需要升级,同时操作 面板作出相应改造,增加操作按键。


2. 3 槽控机软件程序调整升级


( 1) 各下料点单独设置 NB,按需精确下料。


电解槽各部溶解氧化铝能力是不一样的,一般情况下 是中部强而两端弱。特别是烟道端受相邻列电解槽 影响,垂直磁场大,电解质流速小、温度偏低,氧化铝 溶解能力弱,易形成沉淀结壳、伸腿。因此分别针对 各下料点设置不同的 NB 间隔,按需要控制下料量, 与该处的溶解能力相匹配。另外当电解槽发生异常时,可以很方便地调整该点的下料量,改善槽况。 


( 2) 当换极操作时,换极处散热损失大,操作中 会落入部分物料,换入的新极吸热及导电慢,造成该 处电解质温度降低,溶解氧化铝能力大大减弱,易在此处形成沉淀。如果换极停料,又会造成其余下料 点缺料,可能诱发阳极效应,干扰电解生产。改造后 的槽控机以下料点为基础划分区域,下料点附近的 阳极作为同一区域。换极时给出该区域对应的下料点位置信号,计算机会自动执行该处减少下料,其余处适当增加下料,从而减弱换极对氧化铝溶解的影响。


 3) 当电解槽在过量下料周期时,氧化铝的下 料量增大,打壳次数增加,散热量增加。同时需要溶 解氧化铝量增加,而氧化铝溶解是一个强烈的吸热 过程,增加 1% 氧化铝溶解量,可能造成电解质温度 下降 14℃。此时下料控制程序做出调整,减少打壳 次数,如下三次料打两次壳,让氧化铝暂时封住壳 面,减少散热。另外增加打壳强度,即增加单次打壳 时间 - 重打,加强搅拌,改善溶解情况。欠量周期 时,需要溶解氧化铝量减少,电阻上升,温度增加,程 序作出相反调整,从而使氧化铝溶解更均匀。


( 4) 在生产中常会因为过热度发生变化造成打 壳锤头长包,增加工人的劳动强度。锤头长包往往 跟锤头过热有关,因此减少打壳次数,用锤头冷却时造成的温度应力处理锤头包。可以按第三条所述方 法处理,还可以人工在槽控机上给出相应长包位置 信号由计算机自动处理。另外,从表 3 可以看出改 造后阳极效应系数有所降低,操作工熄灭阳极频次 降低,从而降低工人的劳动强度。


3 结 语 


( 1) 电解槽单点独立下料是电解槽精确下料控 制的基础。


( 2) 电解槽控制系统在电解生产起到重要作用,配合单点独立下料,优化程序能做到电解槽下料 的精确控制,使氧化铝溶解改善,浓度均匀,波动范 围控制在 1. 8% ~ 2. 5% 之间,平均值 2. 24% ,阳极 效应系数有所下降,电解生产更平衡、高效。


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