鋁電解槽陽極母線方案比選研究

電解鋁技術近幾十年的總體發展主要體現在電解電流（或槽型）的不斷變大，并在噸鋁生產能耗、物耗下降及環保方面取得了顯著成效

，但是對于預焙槽的生產工藝卻沒有較大突破或創新性變革

，其中之一即是電解槽上部陽極提升系統。

目前，國內關于鋁電解槽預焙陽極獨立提升工藝研究已經取得一定進展

，作為一種新型的陽極獨立提升工藝的一部分，需要對電解槽陽極母線進行重新設計。本文針對三種不同的陽極母線布置方案進行了比選，從布置空間、可靠性和成本等多方面進行了比較，選出了最優方案。

1 導電母線現狀

鋁電解槽的導電母線有：陽極母線、陰極母線、立柱母線、聯絡母線和軟帶母線，母線一般采用鋁制材質。槽與槽之間通過鋁母線串聯而成，整流后的直流正電源通過鋁母線引入第一個電解槽的立柱母線，立柱母線經軟帶母線連接到陽極母線，經電解質和鋁液層流入陰極，通過陰極母線和在槽底的聯絡母線到下游槽的立柱母線和軟線母線，依此類推，將電解槽串起來，從最后一臺電解槽陰極出來的電流返回整流負極。國內目前主流電解槽主要有300kA、350kA、400kA系列，具有電流強度大，磁場影響大等特點，一般采用垂直磁場的大面多點進電的母線結構，如等電流六端進電。

陰極母線排布在槽殼周圍或底部，為了補償相鄰列、槽的磁場感應強度，電解槽周圍陰極母線一般采用不對稱配置，使電解槽熔體中的磁感應強度垂直分布均勻。為獲得良好的電流平衡，陰極進、出電側的母線設置為不等電阻值。

陽極母線屬于電解槽上部結構一部分，鋁電解槽設有A、B兩根陽極大母線，懸掛布置在螺旋起重機絲桿上，陽極組（陽極導桿、鋼爪、預培陽極塊）通過卡具固定在陽極大母線上，陽極大母線既承擔供電，又承擔陽極重量。

滑動網格方法是對邊界修正方法的一個補充，改進算法對稠密區域進行邊界修正，僅僅確定了聚類的邊界，而對于沒有相鄰稠密單元的低密度網格單元，其中的數據點會被作為孤立點處理，使得聚類的準確性降低。該方法采用滑動網格的思想，搜索沒有鄰近稠密網格的稀疏網格單元，對可以組成田字格的網格單元做進一步劃分，將新劃分的網格沿特定方向滑動，盡可能尋回稀疏區域的稠密網格。具體方法為計算各網格的矢量坐標以及網格滑動的方向矢量其中c為0田字格中所有網格的公共頂點，gi為網格ui的重心，計算公式如下：

R13-極間電阻；

2 陽極母線布置方案介紹

根據現電解槽結構特性和陽極單獨提升及供電要求，在不考慮電磁力影響和不改變現電解槽上部槽體結構的情況，陽極母線布置方式，分別設計了三套方案。

式(3)中：i是折現率，取6.00%；n為船舶使用年限，取25 a；C為自由現金流，C=船舶營運收入-傭金成本-營運成本-融資利息-還貸本金-期初投入流動資金+殘值。

2.1 方案一簡介

R11-陽極系統電阻（立柱、軟帶、陽極導桿、鋼爪、預培陽極塊電阻之和）；

圖2陽極大母線布置方式有利于實現大母線電流的平均分配，降低電解槽A、B母線之間電壓差值，消除因電解槽更換陽極、抬母線和陽極導桿與大母線卡接不牢固打火的安全隱患。但此布置方式不利于天車工作，影響電解槽打殼下料裝置后期檢修維護。

2.2 方案二簡介

取消陽極大母線，電解槽A側陽極導桿由立柱母線分別供電，B側陽極導桿由下游槽立柱母線供電。

通過示范區建設，加強農業基礎設施，改善農民的生產、生活條件，擴大農機化服務功能，提高了科技對農業的貢獻率，并通過技術培訓，使農民的科技文化素質得到提高。

式中：

圖中R11-R15為1#立柱母線系統支路的電阻構成，2#～5#立柱母線系統支路以此類推，以1#立柱母線系統支路的電阻（R1）計算為例：

R1=R11+R12+R13+R14+R15

根據Morisky-Green(MG)[3]標準設計慢性蕁麻疹患者治療依從性調查問卷,主要內容包括以下四個方面①在過去的三個月內,是否有按照醫囑進行規律服藥;②在過去的三個月中是否有自行更改服藥劑量的行為;③當病情改善時是否自行停藥;④ 當不在家時,是否曾經停藥。每個問題按照總是、有時、偶爾、從不分別賦予1到4分,將四個問題的得分相加既為總分,規定總分≥12分者為依從性較好。

圖3陽極大母線布置方式整體接線改造簡單，不影響天車和電解槽打殼下料裝置后期檢修維護工作。但因取消陽極大母線，供電可靠性降低，母線系統電場發生變化。電解槽的槽電壓UC=槽體降壓UB+槽外陰極母線系統壓降UM，其中槽體降壓UB=陽極系統壓降+極間壓降+電解質壓降+陰極壓降。電流在母線系統中的流徑如下：

立柱母線→陽極大母線→鋁液陰極→陰極母線→下游槽立柱母線。以300kA六點進線電解槽為例，其等效電路簡圖如圖4：

陽極大母線框架更換為一根陽極大母線，陽極大母線左右兩邊對稱布置鋁小母線，用鋁軟母線與陽極導桿連接，實現單獨供電。

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R14-陰極電阻（陰極及鋼棒、軟帶、母線電阻之和）；

R15-接點電阻（各焊點、壓接點電阻之和）；

整臺電解槽的母線系統電阻（R）為：1/R=(1/R1)+(1/R2)+(1/R3)+(1/R4)+(1/R5),由公式可見，在R1～R5中，任何一個或多個電阻的變化都會影響母線系統的電阻（R）發生變化，同時成正式關系變化。電解槽的槽電壓UC=IR，所以在電流（I）不變的情況下，UC的變化與R的變化是成正比的。根據4電解槽陽極母線布置示意圖繪制B側陽極母線等效電路簡圖如圖5所示。

R12-電解質電阻；

由圖可知，下游槽立柱母線供電方式，1#立柱母線系統支路的電阻（R1）計算為：R1=RA11+RA12+RA13+RA1 4+RA15+RB12+RB13+RB14+RB15，可推算出整臺電解槽的母線系統電阻（R）值增加，由此引起電解槽的槽電壓升高，A、B側電流不平衡。

對于任意的檔案實體Ai∈D設Fi為該實體的特征集合，經過特征提取映射步驟后，檔案實體被添加到關聯圖中，檔案特征映射到對應的特征關聯視圖內，表示為 MAP（Ai）={Ai,Fi，}。因為檔案特征多樣性，同一視圖中的特征節點vi,vj∈Gi可以劃分為以下3種關系：

2.3 方案三簡介

取消陽極大母線提升框架，陽極大母線固定安裝，保留連接母線，陽極導桿通過軟母線與陽極大母線連接。

圖6對現電解槽上部結構改造較少，母線系統電場影響較小，不影響陽極大母線、天車和電解槽打殼下料裝置后期檢修維護工作。陽極大母線不承擔陽極重量，可經過經濟電流計算后降低規格，以降低成本。

3 方案比選分析與結論

方案一有利于大母線電流的平均分配和對單獨提升裝置供電，但影響天車工作和打殼下料裝置的后期檢修維護。

方案二供電可靠性較低，電解槽壓降增加，A、B側電流不平衡，嚴重時會引起鋁液面產生旋轉、波動、滾鋁和陰陽極短路等事故。

方案三陽極大母線安裝方式由現運行的上下升降改造為固定安裝，大母線生產成本可降低，母線系統電場影響較小。

通過三種方案對比，建議推薦方案三作為新型的陽極獨立提升工藝最優陽極母線設計方案。

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