鋁電解槽下料智能管控系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

鄭 斌

（廣西華磊新材料有限公司，廣西 平果 531400）

現(xiàn)在預(yù)焙鋁電解槽均采用中間點(diǎn)式下料方式[1，2]，在電解生產(chǎn)過程中，由于電解質(zhì)成分變化，特別是鋰鉀含量升高，降低電解質(zhì)的初晶溫度，槽溫也隨之降低，加上氧化鋁性質(zhì)變化，主要是粒級分布，共同導(dǎo)致氧化鋁的溶解性能降低。如果遇上風(fēng)壓降低，氣缸老化等外部因素印象，很容易造成卡錘頭、粘葫蘆頭、堵料等下料不暢現(xiàn)象，造成電解槽效應(yīng)多，爐膛不規(guī)整，嚴(yán)重影響電解槽運(yùn)行指標(biāo)[3-5]。

本文介紹了鋁電解槽下料智能管控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用情況，改系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對火眼通暢情況的檢測功能，如遇火眼不暢，將開啟多次打殼功能，如果依然打不透，或者錘頭卡死等情況，將啟動(dòng)語音報(bào)警功能，申請人工進(jìn)行處理。該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確判斷下料口狀態(tài)，有效降低效應(yīng)系數(shù)和效應(yīng)分?jǐn)傠妷海档凸と藙趧?dòng)強(qiáng)度，提高電流效率，改善電解槽運(yùn)行指標(biāo)。

1 下料口狀態(tài)檢測基本原理

火眼狀態(tài)檢測技術(shù)的原理是：通過對比打殼錘頭打入電解質(zhì)前后的電壓信號變化，來判斷下料口狀態(tài)是否通暢，如圖1所示。

圖1 下料口狀態(tài)檢測技術(shù)原理圖

2 下料智能管控系統(tǒng)開發(fā)

下料智能管控系統(tǒng)總體技術(shù)方案如下：首先系統(tǒng)對下料口的狀態(tài)進(jìn)行檢測，下料口開孔正常，減少打殼次數(shù)，正常下料；下料口有堵料趨勢，增加打殼次數(shù)，讓下料口回到正常狀態(tài)；下料口嚴(yán)重堵料，系統(tǒng)多次打殼仍無法打通，則停止打殼，停止下料，語音報(bào)警；錘頭卡住，語音報(bào)警，申請人工處理；錘頭葫蘆頭嚴(yán)重，語音報(bào)警，申請人工處理。

該系統(tǒng)主要由測控設(shè)備和管理軟件兩部分組成，二者通過以太網(wǎng)通訊的方式聯(lián)系在一起。測控設(shè)備安裝在電解槽槽控機(jī)旁邊，與打殼氣缸相連，檢測下料口狀態(tài)。管理軟件一般安裝在計(jì)算站機(jī)房，接入語音報(bào)警系統(tǒng)，并通過網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接，客戶端軟件通常安裝在工區(qū)值班室，也可以在車間辦公室。

電解人員在辦公室通過電腦就實(shí)時(shí)查看每臺(tái)槽每個(gè)下料口的狀況，不但降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且提高電解槽運(yùn)行穩(wěn)定性，為獲得良好指標(biāo)提供保障。

3 下料智能管控系統(tǒng)工業(yè)試驗(yàn)效果

前期在5臺(tái)試驗(yàn)槽上進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，重點(diǎn)考察該系統(tǒng)對火眼狀態(tài)的判斷準(zhǔn)確性，選取一周時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，見表1所示。

表1 下料智能管控系統(tǒng)下料口狀態(tài)判斷情況統(tǒng)計(jì)表

從表1可以看出，在一周時(shí)間內(nèi)，對5臺(tái)試驗(yàn)槽進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，基本5臺(tái)試驗(yàn)槽都出現(xiàn)了堵料情況，A槽和D槽堵料稍多，另外3臺(tái)B槽、C槽和E槽相對略少。在25次堵料語音播報(bào)中，經(jīng)現(xiàn)場人工核實(shí)，23次正確，2次誤報(bào)，下料口狀態(tài)判斷準(zhǔn)確率92%，達(dá)到了預(yù)期效果。

4 下料智能管控系統(tǒng)推廣應(yīng)用效果

由于下料智能管控系統(tǒng)在5臺(tái)試驗(yàn)槽上取得了積極效果，后續(xù)在一個(gè)車間184臺(tái)電解槽上進(jìn)行推廣應(yīng)用。在應(yīng)用一個(gè)季度后，對整個(gè)車間的電解指標(biāo)進(jìn)行對比分，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 下料智能管控系統(tǒng)推廣應(yīng)用后電解槽指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

從表2可以看出，下料智能管控系統(tǒng)在一個(gè)車間推廣應(yīng)用一個(gè)季度后，電解槽平均電壓降低了13mV，電流效率提高了0.23%，效應(yīng)系數(shù)從0.129降低到0.084，降低幅度達(dá)34.9%，效應(yīng)分?jǐn)傠妷航档土?mV，鋁液直流電耗降低了74kWh/t-Al，可見，下料智能管控系統(tǒng)推廣應(yīng)用后電解槽指標(biāo)改善明顯，取得了顯著效果。

5 經(jīng)濟(jì)性分析

以400kA電解槽為例，一共有6個(gè)下料點(diǎn)，整個(gè)電解槽改造下來大約需要1萬元。推廣收益主要從節(jié)電方面計(jì)算，噸鋁節(jié)電74kWh，電價(jià)按0.3元/KWh計(jì)算，400kA電解槽每年產(chǎn)鋁量按1000噸計(jì)算，每年節(jié)電效益=74kWh/噸×0.3元/KWh×1000噸=2.22萬元，投資回收期為1÷2.22=0.45年=5.4個(gè)月，可見，該系統(tǒng)投資回收期短，能較快收回成本，經(jīng)濟(jì)上較為合算。另外，該系統(tǒng)還具有降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少電解槽波動(dòng)，增加槽壽命等功能。

6 結(jié)論

研究開發(fā)了下料智能管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對下料口狀態(tài)的檢測，對下料口不通暢進(jìn)行多次打殼，出現(xiàn)嚴(yán)重堵料或者錘頭卡住等系統(tǒng)處理不了的情況下開啟語音報(bào)警，申請人工處理。

該系統(tǒng)在試驗(yàn)槽上對下料口狀態(tài)判斷準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上，推廣應(yīng)用后電解槽效應(yīng)系數(shù)降低30%以上，效應(yīng)分?jǐn)傠妷航档?mV，鋁液直流電耗降低了74kWh/t-Al，電解槽各項(xiàng)指標(biāo)明顯改善，下料智能管控系統(tǒng)取得了顯著應(yīng)用效果。另外該系統(tǒng)投資回收期短，經(jīng)濟(jì)上較為合算，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。