浅议计算机控制技术在铝电解生产的应用与发展

白鹏飞

摘 要：本文论述了计算机控制技术在铝电解生产的应用与发展，为计算机控制技术在铝电解生产的应用走持续、稳定及健康的发展道路提供了一定的见解。

关键词：计算机控制技术；铝电解生产；应用；发展

1引言

对投产较早的铝电解系列，因为其技术装备水平相对落后，所以进行的技术调整是在对槽况还原为理想的静态平衡的基础上，对其动态平衡的诸项工艺技术参数进行平衡控制的过程。这个过程尽管是借助铝电解槽生产的计算机控制技术来实现，但因改善体系性能是个系统性的工程，调整过程存在长期性、复杂性，甚至存在艰巨性和反复性。大型铝电解槽生产初期的工艺控制优化，对减少超大型预烙铝电解槽阴极早期破损、提高其寿命和技术经济指标，意义极为重大。然而，其亦是一项需要设计与生产相互协作、紧密配合才能很好完成的科研项目。

2对计算机控制技术在铝电解生产的认识与分析

2.1现状分析

现代大型预焙铝电解槽是在计算机控制技术的管理下，实现生产过程智能控制，实现原料添加、电压管理、曲线预测等。毋庸置疑计算机技术的发展为铝电解技术进步做出了极大的贡献，这种优势在近年新开发的280kA以上系列的生产中更加明显。相对而言，技术装备水平落后的电解系列，诸如160kA系列、200 kA系列、强化电流后的180 kA系列、230 kA系列等，则表现出技术体系复杂、槽况不稳、主要技术经济指标落后，严重影响企业的生产、生存及发展。

2.2主要问题与原因分析

以某企业160 kA系列槽况为例，主要特征见表1。该系列槽的电解质体系锂盐含量过高，分子较高，炉底压降高，槽工作电压较高（也可以强行采取略低槽工作电压运行），槽膛过小使两水平的保持不合理，极下铝水平较低。槽运行状况不稳定，极其脆弱，容易出现病槽事故。炉底沉淀多，甚至结壳厚，电解质易收缩，氧化铝浓度难以控制在国内先进的水平，效应系列较高。分析槽况，梳理主要原因如下。

1）电解质体系及分子比

该电解系列经过多年的运行，电解质体系成分较为复杂，其中锂盐含量较高，这是国内众多铝电解企业少有现象。由于锂盐含量较高，因此电解质体系分子比出现虚高现象。经过新的分析技术确认，该锂盐对分子比的影响为0.18，即成分的分子比与无锂盐分子比相比。其值实际接近于略低0.18左右的数值。较高的分子比使壳面过硬不利于生产作业。其采取多种方式降低分子比效果不理想，且往往给提升槽温造成困难。

2）两水平与料量

铝水平较低，尤其是极下铝水平。这无法保证槽内必需的正常在产铝量，从而导致槽内热量难以保持较好的收支平衡状态，即电解质水平很难保持。尽管其采取了不断补充的措施，但是收缩很快，氧化铝浓度很难保持在国内较为先进的1.5%-2.5%区间，使槽况易反复，运行状态脆弱。同时，由于槽温低、氧化铝料过细、壳面过硬、打击头易粘包，导致氧化铝在电解质中的熔解性变差，致使下料量与理论料量时常发生较大偏差。

3）槽膛状况

料量偏大，必然使沉淀增多。过厚的老壳将抬升炉底，增大炉底压降。稀沉淀可以采取人工方式不断扒开化解，但会重新形成。因为槽温较低，所以提升至940℃以上时很难长期保持。其结果是炉底厚，炉帮A侧薄，B侧厚，即容易产生水平电流，且效应较多，使电解槽的无功损耗明显增大。

4）计算机控制

通过对计算机模拟的氧化铝浓度、计算机控制的氧化铝料量、氟盐添加量、出铝操作中的精度，及换极作业质量和槽日常维护等跟踪，发现下料量时多时少，没有与出铝量形成很好的对应关系。槽工作电压与槽温、分子比、噪声值等没有发生良好的响应关系，且噪声值普遍较大，多保持在12-15间。有时计算机曲线与槽况反向走势，计算机很难从电解槽的动态平衡与静态平衡中体现设计好的运行规律。概括而言，计算机控制技术在铝电解槽生产工艺中发挥的自动控制功能与作用不十分明显。

5）其他

由于精细化管理未能很好执行到位，因此在日常操作和维护管理中也存在揭去槽罩的数量及时间的随意性较大。其日常槽罩管理较差，时有手动调电压现象等问题。

2.3铝电解生产控制技术的产生和发展

铝电解计算机控制技术产生于20世纪60年代中期。计算机科学与技术的进步促使电解法工业炼铝工艺有了很大的发展，在电耗、电流效率、生产量和阳极单耗等技术指标上都有显著的改善与提高。当时各产铝国家在铝电解计算机控制技术上各有千秋，对电解槽的计算机控制技术也取得了很多成果。其包括系列电流的监控、阳极效应自动报警、打壳加料的自控、阳极距离调控、转换阳极函数及其出铝控制等。

3依靠技术进步，以促进计算机控制技术在铝电解生产应用的可持续发展

电解铝是现代铝工业生产的主要途径之一在电解铝过程中实现自动化监控，使各电解槽保持在最佳状态，使电解槽能量和物料始终平衡。这是控制系统的控制目标。其有效地实施对铝电解过程优化控制可以有效地提高铝工业生产的产量，降低能耗，保证生产安全。

3.1、现代铝电解智能控制技术

这种控制方式是将模糊控制、神经网络控制、复合控制等控制策略应用于铝电解过程。铝电解其工作电流一般在几十万A以上，耗能大，干擾强。其采用先进的铝电解计算机控制技术，可减少电能损耗，提高电流效率。随着计算机科学与技术的飞速发展，智能模糊控制技术、人工神经网络技术和专家决策系统的开发与应用，促使现今铝电解计算机控制系统发展到了一个全新的高度。

3.2、系统的不足及研发热点

铝电解智能模糊控制系统的理论出发点虽然很好，但是在设计中还是会面临一些技术上的困难，进而导致系统无法达到理想的控制效果。铝电解智能模糊控制系统主要的缺陷有：

1）、专家决策系统的能力取决于数据库中知识和经验的储备量。

2）、专家决策系统数据库的信息储备多来源于工程师和控制专家的设计，其效果也取决于设计者的水平。

3）、铝电解生产控制中仍然具备不确定性、复杂性和模糊性的特点，使智能模糊控制系统无法独立处理复杂多变的控制过程。铝电解智能模糊控制系统只能较大程度地简化人为操作，但不能取而代之。

3.3、铝电解生产控制技术的未来

铝电解智能模糊控制系统的研发在高新技术发展的促进下，其虽然取得了可喜的成果和进展，但是现代电解铝工业仍然无法达到理论上理想的经济生产指标。现阶段的铝电解生产控制系统无论在理论上还是应用上都不够完善、成熟。

4结束语

中国铝电解槽工业发展速度之快，已推动中国成为铝工业强国。近年来，在中国经济快速发展的进程中，电解铝产能得到了突飞猛进的扩张，电解槽设计技术已成功投产了500 kA系列，并将试验研究的触角伸向了600 kA系列。目前600 kA电解槽已在中铝连城分公司投入试验应用。面对与新技术之间存在的差距和国家产业结构政策与市场竟争，国内设计较早、投产较早的相对落后的铝电解系列。其如何在激烈的市场竟争及低迷的经济现状下生存既而保持优势，成为管理者一思考研究的重点。无疑，借助先进的计算机控制技术对铝电解槽生产工艺技术进行调整，实现各种技术及其工艺参数间的响应与匹配，减少人为因素干预，可以达到铝电解生产完全自动控制的理想境界。

参考文献

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（作者单位：包头铝业有限公司电解二厂）