阳极测高智能换极系统SFCGHJ-11对铝电解生产的意义

丁少华

(中国铝业股份有限公司连城分公司，甘肃 永登 730335)

0 引 言

自从有大型预焙电解槽开始，铝电解行业技术人员就在攻关更换阳极时怎样才能精准画线定位，随着槽型的逐渐增大，但阳极精准划线定位一直未有改变，目前比较流行的有2类：①用斗尺定位画线；②用激光定位画线。都需要人工操作，天车操作配合，而阳极测高智能换极系统SFCGHJ-11则只需天车工按规程操作，极大地减少了工人的劳动强度，并且对电解槽的稳定运行发挥作用。

1 阳极测高智能换极系统SFCGHJ-1操作原理

1.1 系统总体功能

在阳极侧测高换极作业流程中，系统应用在电解铝车间多功能天车的配合下，测量及定位机构测量并记录阳极的实际位置，自动计算新极装入位置值，同时系统控制阳极妞拔夹具自动下降到该位置，核心控制单元由控制软发出相应的操作指令并显示阳极实时位置。

1.2 使用环境

①环境温度：-15℃～65℃；②电磁场：最大磁场(垂直方向)1 000 GS；③环境最大电流强度：600 kA；④工作电压：220V±10 %；⑤相对湿度：≤90 %(无结露)。

1.3 技术指标

①使于阳极数量：单极/双极；②测高传感方式：无接触激光束反射开关；③阳极侧高精度：±3 mm；最大测量行程：2 900 mm；④编码器分辨率：500 /圈；⑤数据传输方式：有线/无线。

1.4 系统组成

整个系统由CPU、无接触激光束反射传感器、触摸屏、DP模块、电动滑台、伺服控制系统、温控系统、编码器、中文大屏幕显示、遥控器。阳极测高换极作业自动化系统原理图如图1。

图1 阳极测高换极作业自动化系统原理图

1.5 工作原理及操作

操作界面图，如图2，智能测高实物图如图3。

1)上电，1#阳极、2#阳极、测头位置初始化为5 000，随编码器变化，反应相对值。

2)天车提极装置与槽内残极连接好后按“①提残极”，记录残极在槽内的位置，分别显示在1#提位、2#提位。

3)残极从槽内提出后，转到测量位置按“②提残极”，测头快速下降，下降到一定高度后改为中速继续下降，当测头检测到残极底面时延时一定时间后改为慢速上升，当测头检测到残极底面时记录测头位置，延时一定时间后改为中速下降，当测头检测到残极底面时延时一定时间后改为慢速上升，当测头检测到残极底面时再次记录测头位置，2次测量值的误差在一定范围内，计算平均值，快速收起测头。1#残极显示测量出的残极长度。如果2次测量值的误差过大则进行第三次测量。最多测量4次，如果误差仍然过大，发出警报信息。

图2 系统操作界面图

4)提起新极，远近比近极高不要超过5 cm，按“③测新极”，测量方法同残极，2块新极测量成功后1#新极显示测量出的新极长度，1#高差显示1#新极与残极的长度差，1#放位显示1#新极需要下落高度，新极高度差显示两块新极底面的高度差，2#放位显示2#阳极需要下落的高度。

5)放极，1#放位、2#放位随阳极下降而减少，当1#放位、2#放位<200 mm时向提极装置发出慢行信号，当1#放位、2#放位<5 mm时向提极装置发出慢行信号，阳极自动停止。

图3 天车阳极测高智能换极系统SFCGHJ-11实物图

2 使用阳极测高智能换极系统SFCGHJ-11后的变化

2017年3月份该系统在连城500 kA一厂房1-1区1#天车试用，就试验前后2个月的换极后16 h阳极电流分布均匀性作对比。

1)该自动测高装置使用前(使用兜尺人工定位)换极后16 h阳极电流分布情况如图4。

图4 使用兜尺16h阳极电流分布散点图

使用前阳极电流分布均值为0.85 mv，偏差为0.42.

2)使用阳极测高智能换极系统SFCGHJ-11后换极后16 h电流分布，如图5。

图5 使用自动测高16 h阳极电路分布散点图

使用自动测高装置后阳极电流分布均值为1.2，偏差为0.32.

3)使用自动测高装置前后对比：使用自动测高装置之后，电流分布数值有增大趋势，区间上移，平均值上升0.35 mv；使用自动测高装置之后，电流分布的集中度有较明显提升，1.0～2.0 mv范围内数量明显增加；换极由于划线装极造成的新极脱极基本杜绝。使用自动测高装置后，换极工工作量明显减小，而且减少人工画线过程中的人为误差。

3 对铝电解生产的意义及经济效益

3.1电解平稳生产

3.1.1 针振、摆动明显降低

经过8个月的试用情况，就1-1区前16台槽针摆变化来说，试用前该段电解槽针振基本在20～23 mv、摆动在8～12 mv之间运行；试验后针振在10～15 mv之间运行，摆动在3～5 mv之间运行。电解槽稳定性明显增强，该段电解槽在试验期间未出现阳极病变和热槽现象。

3.1.2 减少工人劳动量

原先人工划线定位装极，第二天需要对16 h电流分布进行测量，对于阳极电流分布大于2.5 mv的阳极导杆往上提1～2 cm，对于阳极电流分布小于0.5 mv的阳极导杆往下放0.5～1 cm。有时甚至当班下班前就测量阳极电流分布并调整误差装极。当时还有现象显示就是装极后针振摆动明显增加，操控机播报电压异常，并通过测量阳极电流分布进行调极。使用阳极自动测高装置后，第二天测量阳极电流分布在要求范围的合格率高达99.5 %，较以前的增加10 %～20 %。换极第二天基本没有调极现象，这样就节省了换极工的精力和时间，让换极工花更多的时间和精力投身于处理炉底沉淀及打捞炭渣等精细操作上。

3.1.3 减少波动槽及热槽

减少波动槽及热槽也就是减少病槽，最直接的意义就是不影响电流效率及产量(出现病槽往往往要通过压铝或者灌铝来处理)。再者减少了操作人员处理病槽的工作量。

3.2 使用前后节电量及产生的经济效益

该段16台槽使用智能定位换极系统后，主要经济技术指标条表现为：电流效率增加0.1 %，槽运行平均电压降低20～30 mv，即降低吨铝电耗90～110 kwh。按每台槽每天产量3 600 kg、电价0.39元算，此16台槽年最少增加经济效益=90×0.36×16×365×0.39=7.4万元。

后续推广到一个工区或者整个系列，经济效益非常可观。

4 存在的问题及注意事项

该设备在操作运行过程中主要出现以下问题：①1#、2#编码器设定值运行过程中出现偏差，需要技术人员没有校准；②下放残极定位时基准面选择不当，定位不准，故障率较高；③操作过程过于繁杂，需要技术人员再攻关优化；④高位残极不能按照新极处理，需要人工划线。

经过长达8个月的试验，该设备运行需要注意：①一切高科技设备在现场的使用前提条件是精细化操作；②需要严格按照操作说明书，中间的几个停顿点掌握要熟练；③对操作人员的培训不能放松；④换极前几组阳极最好用两种方法做对比，校准设备后再全面使用阳极测高智能换极系统。

5 结 语

总而言之，在铝电解工艺生产过程中，智能化操作是影响工艺技术水平的一大问题。在节能、环保、绿色发展理念的影响下，智能化操作是铝电解企业发展的基础。相信在科学技术的引领下，通过技术人员的不断努力，我国铝电解生产工艺技术水平会越来越高。