现代铝电解生产技术与管理

张玉坤

摘 要：总体而言，我国铝电解行业处于国际领先水平，但铝电解行业的可持续发展也面临着资源、能源、环保、人力资源等多重挑战和一系列难题。通过智能优化制造，实现铝电解的绿色化和高效化已迫在眉睫。

关键词：铝电解;生产技术;管理

0 前言

现代化铝电解槽拥有高效和节能的特点，而电解槽的设计就是其中的关键。铝电解槽的稳定性是铝生产质量的重要保证，电解槽应力变形、磁流热平衡和稳定性也是解决铝电解稳定性的关键之处。通过物理场设计，应用先进的生产技术与配套设施，将石墨化阴极炭块应用其中，可以有效提高铝电解槽的制作与安装技术水平。

1 预焙电解铝电解槽制作安装设计要点

1.1 物理场设计

铝电解槽四周母线和电流会在熔体内产生磁场，熔体和磁场中的电流发生作用产生电磁力。电磁力可以让熔体流动，让铝液发生波动。如果流动速度过快，将冲刷炉帮，也会危害到炉侧炭块，界面变形加速铝电解槽中铝和二氧化碳反应，不利于提高电流效率，且铝电解槽不再稳定。对此，建议从母线设计角度出发，应用先进的设计软件，通过麦克斯韦方程组求解关于铝电解槽的三维模型，保证电流效率能够超过94%，直流电耗每小时也会处于13250kW之内。

1.2 先进的技术应用

以下几项技术可以用在铝电解槽安装与制作中：①窄加工面技术。结合铝电解槽热平衡特点，可以选择300mm和420mm尺寸作为大加工与小加工面宽的铝电解槽尺寸。这样设计下铝电解槽日产量可以每d提高1.27kg/m2。②阳极升降技术。该技术适合用在结构简单、方便制造的三角板滚动移杆结构的阳极升降机构中。③船形铝电解槽壳技术。以铝电解槽壳受力情况加以分析，使用最少材料却能满足铝的电解需求，提高铝电解槽壳的强度。通过有限元分析模型，推出了船形结构，有利于实现侧壁处空气对量，并为企业节省大量钢材。④腹板梁技术。在铝电解槽加工安装中，应用腹板梁结构，凭借其自身刚度大、不易变形的特点，能够有效节省钢材，提高铝电解槽的稳定性。

1.3 配套系統应用

分析铝电解槽加工与安装时应用到的配套系统，具体包含氧化铝输送系统、菱形大布袋除尘器、VRI吸附反应器、计算机控制系统。结合以上配套系统，具体应用如下：①水平氧化铝超浓相输送系统。该输送系统的应用十分简单，且可靠性较高，后期维修容易，应用时不需要运动的部件，且氧化铝流速比较低。②菱形大布袋除尘器。人们结合先进的技术开发LLZB-1850大布袋除尘器，设备过滤面积大，过滤能力强，可以低压反吹，且对氧化铝的净化效果明显。③VRI吸附反应器。该设备的使用可以降低氧化铝破损概率，为铝电解槽的加工安装提供低阻力与高吸附率的性能特点。吸附反应器以气体流动时多点锥形运动原理为基础，沸腾状态下的氧化铝经过反应器后从锥形喷射孔内喷射出来，最终形成圆截面分布状态，烟气可以和氧化铝混合，从而达到吸附烟尘与氟化氢的效果。④智能化计算机控制系统。该系统的应用是将理论与专家控制技术融合，实现了系统的多样化控制模式。系统在控制阳极效应时，可以控制氧化铝浓度，将其控制在1.5%以上，3.5%以下。应用铝电解槽专家系统与动态仿真系统，检测铝电解槽生产时发生的故障异常情况，针对异常问题快速做出判断与预警提示。人们应用离线测量数据与在线数据，对铝电解槽电解质组成情况加以分析，并科学设定铝电解槽处的出铝量。

1.4 氮化硅结合碳化硅侧块

对于预焙电解铝电解槽加工安装来说，铝电解槽炉帮是保护铝电解槽侧面的天然屏障，炉帮的变化可以调节铝电解槽温度和热量，从而达到二者之间的平衡。想要增大铝电解槽炉帮的厚度，建议降低其传热系数，减小熔体流速。氧化铝液体流动的速度取决于磁场分布和电流强度大小，电解质的流速取决于阳极气体的喷出情况。建议工作人员优化铝电解槽母线配置情况，降低铝电解槽内水平电流大小，改进下料精度，防止铝电解槽炉底部出现沉淀现象，让铝可以保持水平高度。除此之外，建议使用氮化硅和碳化硅，将其作为铝电解槽的侧衬，从而稳定炉帮，凭借碳化硅的抗腐蚀能力广泛应用于电解铝生产工艺中。

2 铝电解生产运行控制系统发展现状

2.1 氧化铝浓度预测与控制

氧化铝浓度的控制作为铝电解生产控制核心，得到了国内外学者的广泛关注.氧化铝浓度控制方式主要有模糊专家控制系统、自适应控制、智能跟踪控制、槽电阻斜率控制以及多种方法的综合控制等。铝电解生产过程中的操作决策是一项复杂的知识型工作，并且铝电解槽具有强耦合和高温强腐蚀的反应环境等特点，无法实现数字化操作决策优化。因此，知识自动化是铝电解槽实现铝电解槽操作优化决策的必由之路。虽然在这方面已有相关成果，但离实际应用还有很大差距。

2.2 铝电解槽故障识别与诊断

铝电解生产控制是一项知识型工作，如何将经验知识、机理知识和数据中提取的知识进行有效融合成为提升铝电解生产控制智能化的重要途径。基于知识的故障诊断方法不需要系统的定量数学模型，引入了诊断对象的许多信息，特别是可以充分地利用专家的诊断知识等。

2.3 氟盐添加量决策与分子比控制

现代铝电解普遍采用了低分子比的工艺技术条件，电解质成分的控制越来越受到重视.由于AlF3浓度与电解质的初晶温度的紧密联系，同时为保持电解工艺技术条件的稳定，正确的AlF3下料控制对于铝电解控制系统提出了更高的要求。当前添加方法可归纳为下列几种类型：基于槽温和分子比实测值的查表法、基于分子比和槽温等参数间的回归方程控制法、基于初晶温度实测值的控制法和基于先进控制理论的控制法。

3 结束语

综上所述，在我国电解铝企业发展的过程中为了更好地提高企业的核心竞争力，需要大力研发自动化控制系统，提高电解铝生产工艺的质量与安全，促进电解铝企业经济效益的提高。

参考文献

[1]马晴，王云龙，李慧慧.基于在线采集的电解铝自动化控制设计[J].中国锰业，2018，3601：130-133.

[2]李冰.基于在线计算机监测的电解铝电解过程监测系统设计[J].中国锰业，2018，3603：155-158.