500kA鋁電解車間空間防磁設計研究

石英超

（云南文山鋁業(yè)有限公司，云南 文山 663000）

隨著我國工業(yè)的發(fā)展和工業(yè)制品種類的增加，鋁電解工藝在我國也隨之快速發(fā)展，目前國內正式投產的鋁電解車間的最大電流達到了620kA，而常規(guī)的500、400和300kA的電解車間則是生產鋁的主力。大電流在提升了生產效率的同時也帶來了強大的磁場干擾，因此研究500kA大電流鋁電解車間中的防磁方案，對于提升我國鋁生產水平和工廠的生產效益具有重要作用。

1 鋁電解車間的磁場分布

為實際測量電解槽中磁場的空間分布，我們前往了當地某家生產鋁的工廠，其電解槽的電流為500kA，電解槽在車間中的分布如圖1所示。

圖1 電解槽在車間中的分布

在檢測電解槽的磁場分布時，以電解槽的供電測為出發(fā)點，非供電測為終止點，在此區(qū)間內沿中的三個空間方向，利用磁場檢測設備進行檢測，得到了電解槽周圍磁場的分布狀態(tài)，如圖2所示。

根據測量的結果，可以得出的結論該廠房的供電測通道的寬度在5.2m，煙道側則為2.1m，由于供電測的寬度更大，因此相對距離磁場更遠，受磁場影響比煙道側小。

磁場呈橢圓形分布，在電解槽中部呈現出拱形形狀，因此電解槽中部的磁場比兩端更小。

當磁場中存在導磁性較強的設備時，這些設備也會成為磁場源。

圖2 電解槽周圍磁場分布狀態(tài)

2 鋁電解車間空間防磁方案設計

基于上文中的磁場大小和空間分布狀態(tài)，在此部分本文將結合磁場對鋁電解車間的影響，針對性的給出防磁的方案。

（1）電解機組。電解機組中，車輪屬于導磁性較強的材料，當電解槽通電時，車輪便會因為受磁場影響在車輪和軌道之間形成具有吸引力的磁場，這使得電極機組的每兩個車輪之間便會受到反向的磁場力，使得機組難以正常啟動；而當機組正常行進時，車輪的轉動使得車輪每隔半個周期便會形成與軌道相互吸引的力，影響車輪的繼續(xù)轉動。

對此的解決方案有兩種，一是增加機組的啟動功率，以更大的力對抗車輪所產生的磁力，二是使用導磁性較弱的材料，如銅等金屬或工業(yè)用塑料等制作車輪和軌道，但第一種方式會大幅增加耗電，因此該工廠在權衡后選擇了第二種方案。

（2）PLC工作模塊。PLC是一種工業(yè)生產中用于程序控制的模塊，現代冶金工廠為提升效率，普遍采用PLC控制生產設備本文所涉及的工廠中便使用了PLC控制機組車輪和電解槽通電。但磁場對PLC的工作有很大影響，PLC內部可能會因為磁場干擾產生錯誤，聚該工廠的統(tǒng)計，該廠自應用PLC技術以來，雖顯著提升了生產效率，但每年因PLC故障導致的失控損失約在120萬元左右。對PLC進行防磁干擾的方案主要是對其進行接地，在PLC芯片的周圍設置磁屏蔽罩，并將磁屏蔽罩接地，可有效防止磁場對PLC芯片的干擾；而對部分由于安裝位置關系無法接地的PLC設備，則更換為成本更高的抗磁干擾能力更強的PLC芯片，并在其周圍設置磁屏蔽罩，在一定程度上防止磁場對PLC芯片的影響。

（3）防磁電控柜。對于車間中對磁場敏感且價格較為昂貴的電子元件，將其安裝在專用的防磁電控柜中，電控柜采用雙層材料，可以起到磁屏蔽作用，有效阻止磁場穿過電控柜影響內部的電子元件，從而提升電子設備的使用壽命。

3 防磁方案的經濟效益

本文對電解機組、PLC芯片和貴重電子設備進行了防磁處理。對于機組來說，在使用無磁鋼和特種塑料之后，啟動機組的功率下降到了原來的65%。按照工業(yè)用電0.5元/kWh計算，原先每個工作日啟動機組的用電大約在32000kWh，改造后則將至了20000kWh，每日可節(jié)省電費6000元，而改造機組所用的總成本大約在130000元左右，大約22天可收回成本。而在PLC方面，經過一段時間的觀測，改造后的PLC設備幾乎不會出現故障，因此每年可為該廠節(jié)約處理故障的成本120萬元，而改造PLC的總成本大約在8萬元左右，與節(jié)省的處理故障的成本相比可以忽略不計，此外PLC穩(wěn)定性提升帶來的不僅是生產故障率的降低，更重要的是極大的降低了因PLC失控帶來的安全隱患，而這方面是無法用金錢估量的。而在防磁電控柜的改造方面，文獻記載中對工業(yè)生產中貴重電子設備受磁場影響的壽命降幅一般為25%～30%左右，取最高值30%計算，該工廠更換一次貴重電子設備花費的成本大約在610萬元左右，更換的周期為7年，而改造后則需要9年才需更換一次電子設備，相當于每年節(jié)省20萬元。從以上三點中可以看出防磁設計方案為工廠帶來的經濟效益是非常顯著的。

4 結論

本文對500kA鋁電解車間中防磁方案的設計進行了研究，鋁電解車間中受磁場影響較大的有電解機組、PLC模塊和貴重電子設備，本文根據電解槽磁場分布的特點，結合生產設備的特性制定了改造方案并在某工廠中進行了實際應用，結果表明防磁方案可以為工廠帶來顯著的經濟效益，期待能夠為我國鋁電解工業(yè)生產提供參考。