【正文】 File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysisq在鋁電解生產(chǎn)中， 鋁液水平的高低對電流效率影響很大 。一般認(rèn)為，較高的鋁液水平，可使電解槽內(nèi)多余熱量傳遞出去，調(diào)節(jié)槽溫；減弱水平電流與垂直磁場的交互作用力，促進(jìn)鋁液保持穩(wěn)定，有助于彌補(bǔ)磁場不平衡產(chǎn)生的缺點(diǎn)。較薄的鋁液層有利于促使槽底沉淀物熔化，降低鋁液波峰的高度，電解槽在較低的極距下生產(chǎn)，避免局部短路。Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysis2鋁電解槽中的磁場 —— 合理配置母線q研究意義鋁電解槽上通過的電流會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場，磁場分布的好壞直接影響到流場分布的好壞，將對鋁電解槽的生產(chǎn)操作、電解槽的壽命、電能消耗和電流效率產(chǎn)生巨大影響。鋁電解槽內(nèi)的磁場與電解質(zhì)熔體及鋁液中的電流相互作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，使電解質(zhì)熔體和鋁液發(fā)生循環(huán)流動(dòng)、界面波動(dòng)和隆起變形，且磁場對鋁電解生產(chǎn)的影響隨電流強(qiáng)度的增大而增大。增大鋁的溶解損失及被氧化，降低電流效率。Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysisq鋁電解槽磁場分為 3部分：（ 1）母線電流（包括各種母線、陽極棒及陰極棒）產(chǎn)生的磁場（ 2）陰極炭塊、陽極炭塊及熔體（熔融電解質(zhì)和鋁液）中電流產(chǎn)生的磁場（ 3）鐵磁材料被磁化后產(chǎn)生的磁場q鋁電解槽磁場計(jì)算（ 1）（ 2）應(yīng)用 BiotSavart定律的線積分和體積分形式計(jì)算（ 3）采用磁衰減系數(shù)法 /有限元素法 /邊界元素 法Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysis3鋁電解槽中的流場q研究意義鋁電解槽內(nèi)的磁場與電解質(zhì)熔體及鋁液中的電流相互作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，使電解質(zhì)熔體和鋁液發(fā)生循環(huán)流動(dòng)、界面波動(dòng)和隆起變形，增大鋁的溶解損失及被氧化，降低電流效率。此外，鋁液的循環(huán)流動(dòng)和波動(dòng)，給生產(chǎn)的穩(wěn)定操作帶來困難。流場分布的好壞對鋁電解的生產(chǎn)操作、槽壽命、電能消耗和電流效率產(chǎn)生巨大影響。鋁電解槽內(nèi)磁場分布通過槽內(nèi)流場分布體現(xiàn)，二者密不可分，相輔相成。Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysisq 流體力學(xué)研究方法166。理論流體力學(xué)166。實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)166。計(jì)算流體力學(xué) —— 數(shù)值求解方法q 熔體運(yùn)動(dòng)測量方法在鋁電解槽內(nèi)，熔體受到重力、壓力、粘性力和電磁力作用，產(chǎn)生極其復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。166。示蹤元素法（放射性元素、 Cu、 Zn）166。鐵棒熔蝕法q 計(jì)算流場采用的模型Kε二方程紊流模型有限差分法有限元素法邊界元素法Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysis八、其它1病槽的預(yù)防2電壓針振和電壓擺3陽極長包4槽控機(jī)5控制技術(shù)6發(fā)展方向Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysis1病槽的預(yù)防q 病槽早期的直觀判斷法166。 看：主要看電解槽的火苗、電解質(zhì)顏色和沸騰等情況。火苗呈淡藍(lán)色，強(qiáng)勁有力，電解質(zhì)顏色紅、黃適中，沸騰均勻，屬 正常槽 ；，火苗呈藍(lán)紫色，結(jié)殼厚，表面一片死沉，電解質(zhì)顏色發(fā)紅，形成黑色碳渣結(jié)殼封閉表面，電解質(zhì)沸騰不來，不朝外噴碳渣；屬于 冷槽 的表現(xiàn)；火苗發(fā)黃而無力，且到處冒火，電解質(zhì)顏色發(fā)亮，沸騰呈現(xiàn)出翻滾狀態(tài)，在相對平靜的電解質(zhì)表面飄浮細(xì)粉碳末，不結(jié)殼等，屬于 熱槽 表現(xiàn)。166。 聽：電解質(zhì)沸騰聲響。發(fā)出咕嘟咕嘟的響聲，清脆均勻，屬 正常槽 ；電解質(zhì)沸騰部均勻，響聲高低不一，發(fā)出 “撲哧 ”聲，屬于 冷槽 表現(xiàn)；電解槽翻滾強(qiáng)烈，發(fā)出 “沙沙 ”的輕細(xì)聲，或發(fā)出電解質(zhì)跳躍的撞擊聲，屬于 熱槽 表現(xiàn)。166。 摸： 用大鉤大耙觸摸爐膛和爐底。爐膛規(guī)整，四周伸腿整齊，基本到達(dá)陽極邊緣正投影下，爐底干凈，屬于 正常槽 ；伸腿伸向陽極底部，并且長短不一，爐底有沉淀，屬于 冷槽 表現(xiàn)；伸腿短，局部化空，爐膛大，屬于 熱槽 表現(xiàn)。166。 測：測陽極電流分布，發(fā)現(xiàn)陽極病變和設(shè)置情況，通過測電解質(zhì)溫度，發(fā)現(xiàn)電解槽熱平衡情況，通過測電解質(zhì)、鋁水平、來檢查技術(shù)條件是否符合要求。Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysisq 計(jì)算機(jī)在病槽預(yù)防方面的作用166。 如果電解槽狀態(tài)曲線顯現(xiàn)出電解槽在 8h內(nèi)發(fā)生過 電壓擺 或表示正在電壓擺，就說明陽極行程有毛病，槽電壓不穩(wěn)，再根據(jù)設(shè)定電壓與工作電壓的差值，可基本判斷此類情況的原因或是陽極設(shè)置高度不準(zhǔn)，或陽極有陀螺、掉塊，或是陽極開始長包，便可在現(xiàn)場進(jìn)行陽極電流測量，找出有病變陽極，去除病根。166。 如果槽狀態(tài)欄表上效應(yīng)發(fā)生時(shí)間和效應(yīng)間隔欄反映出沒有發(fā)生效應(yīng)或突發(fā)效應(yīng)，這種情況說明電解槽出現(xiàn)物料不平衡或熱量不平衡等情況（電解槽處于冷槽或物料投入不足會(huì)導(dǎo)致突發(fā)效應(yīng)；電解槽處于熱槽或物料投入過?；蜿枠O行程有毛病會(huì)導(dǎo)致不來效應(yīng)），再從加料間隔、鋁液高度、電解質(zhì)高度等其他技術(shù)條件分析，判斷問題所在。166。 如果每天出現(xiàn)較長時(shí)間的電壓擺，說明電解槽逐漸走向病態(tài)。原因或是電解槽走向熱行程，或是陽極行程出現(xiàn)問題。166。 如果效應(yīng)等待時(shí)間比預(yù)定的時(shí)間一次次提前發(fā)生，說明電解槽可能出現(xiàn)物料不足，或可能已走向冷行程，再根據(jù)現(xiàn)場觀察和加料間隔、槽電壓的綜合判斷，由此推測出發(fā)展趨勢，及時(shí)提出處理辦法，把病槽消除在萌芽狀態(tài)。Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysis2電壓針振和電壓擺q自 1886年 Han—Heroult 煉鋁法誕生以來，鋁電解技術(shù)一直朝著 大容量、高效能、低能耗 方向發(fā)展，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不斷提升，例如電流效率最高可達(dá) 96％，陽極電流密度達(dá) ／ cm2以上，直流電耗低于 13000kwh／ tAl。但是隨著槽容量的增加，槽內(nèi)導(dǎo)體和母線系統(tǒng)內(nèi)強(qiáng)大電流產(chǎn)生了強(qiáng)大的磁場，兩者耦合作用產(chǎn)生的電磁力則驅(qū)使電解質(zhì)與鋁液熔體劇烈波動(dòng)，從而引起槽電壓的高頻波動(dòng) —— 針振 和低頻波動(dòng) —— 電壓擺 ，且波動(dòng)振幅超過了設(shè)定值。Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysisq 預(yù)焙電解槽針振是判斷電解槽是否穩(wěn)定最敏感的標(biāo)志，也是生產(chǎn)中最突出的問題，它直接影響到電解槽的電流效率，計(jì)算機(jī)程序的正常監(jiān)控。q 預(yù)焙電解槽電壓針振與擺動(dòng) 最主要的原因 是電解槽內(nèi)的熔體受到內(nèi)外力影響，使電解質(zhì)與金屬鋁液界面形狀發(fā)生改變，造成槽極間距的變化，引起槽電壓周期性波動(dòng)的一種槽況不穩(wěn)定現(xiàn)象，一般認(rèn)為，電解槽內(nèi)的水平電流與垂直磁場相互作用，產(chǎn)生的電磁力是造成金屬鋁液界面隆起變形的主要原因；同樣，在生產(chǎn)中的工藝參數(shù)，如鋁液高度、極距等，也是影響電解槽穩(wěn)定的因素，電解槽穩(wěn)定性可由下式判斷：從上式可知，增加鋁液水平與極距，減小系列電流或垂直磁場可以提高電解槽的穩(wěn)定性。極距等效極距鋁液高度常數(shù)垂直磁場系列電流Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysis3陽極長包q 陽極長包即為陽極底掌消耗不良，以包狀突出的現(xiàn)象。q 陽極長包的危害 ：一旦突出的包狀深入鋁液，電流形成短路，造成電流空耗，電流效率大幅度降低，并且出現(xiàn)電壓波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)化成熱槽。q 陽極長包形成的部位及原因 （ 1）電解槽冷行程或熱行程，物料平衡遭到破壞都會(huì)引起陽極長包，只是行程不同，陽極長包的部位有所不同，長包后電解槽的狀況有所差異。 （ 2）由于冷行程邊部肥大，伸腿長，陽極端頭易接觸邊部伸腿，包都長在陽極靠大面端頭，而且長包后電解槽不顯得太熱。 （ 3）熱槽都是由于陽極底掌上貼附碳渣塊而阻礙消耗，所以包大部分都長在陽極中部，長包后槽溫很高，常常長包陽極處都冒白煙，物料平衡遭到破壞后引起的陽極長包與熱行程相似。 Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysisq 陽極長包的處理方法 目前在預(yù)焙槽上以 打包 為主，做法是：將長包陽極提出來，用鐵鉆子或鋼釬把突出部分盡可能打下來，再放回槽內(nèi)繼續(xù)使用，實(shí)在打不下來的才進(jìn)行更換，盡量使用后殘極，因新極導(dǎo)電緩慢，裝上會(huì)引起陽極導(dǎo)電不均，使其它陽極負(fù)荷增大而脫落，同時(shí)碳渣會(huì)迅速聚集在不導(dǎo)電的新極下面，使之長包。處理過程中盡量將槽內(nèi)浮游碳渣撈出，使電解質(zhì)清潔。處理完后立即進(jìn)行陽極電流分布測定，調(diào)整好陽極設(shè)置高度，使電流分布均勻，并用冰晶石一氟化鋁混合料覆蓋陽極周圍，一方面降低槽溫，另一方面促使碳渣分離，切不可使氧化鋁保溫，這樣會(huì)增加爐底沉淀，惡化電解質(zhì)性質(zhì)，如果一次處理徹底，調(diào)整好了陽極電流分布，槽溫很快降下來，陽極工作有力，碳渣分離良好，兩天內(nèi)即可恢復(fù)正常運(yùn)行。若處理不徹底，會(huì)出現(xiàn)循環(huán)長包，而且很容易轉(zhuǎn)化成其它形成的病槽。 Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysis4槽控機(jī)q槽控機(jī)主要完成電解槽在各種工藝條件下（出鋁、換極和邊部加工等）極距的自動(dòng)控制、自動(dòng)打殼下料、氧化鋁濃度辨識與各種控制（模糊控制、自適應(yīng)控制及 NB自動(dòng)尋優(yōu)）、電解槽事故報(bào)警及保護(hù)、效應(yīng)預(yù)報(bào)與處理、電壓針振和電壓異常處理、與管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊等任務(wù)。 Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysis5控制技術(shù)q 預(yù)焙槽具有預(yù)焙陽極塊多、表面散熱大、中心處下料、多變量耦合、非線性等明顯特點(diǎn)。q 預(yù)焙槽的生產(chǎn)工藝制度遵從 “四低一高 ”的原則，即：低氧化鋁濃度 ﹑ 低電解溫度 ﹑ 低分子比 ﹑ 低效應(yīng)系數(shù)和高設(shè)定電壓，預(yù)焙槽的最佳運(yùn)行溫度在 930℃ ~940℃ （熱平衡溫度范圍）區(qū)域，氧化鋁濃度在 %~3%（物料平衡范圍）區(qū)域（這兩個(gè)平衡也是適合預(yù)焙槽生產(chǎn)的槽控機(jī)最終要實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)）。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于受諸多周邊環(huán)境條件（如散熱、供電等）和日常作業(yè)等因素的影響，預(yù)焙槽的熱平衡狀態(tài)易被打破，而電解槽的 “能量平衡 ”又與 “物料平衡 ”之間存在著相互影響、相互制約的關(guān)系，致使預(yù)焙槽槽況呈多樣化特征。同時(shí)鋁電解工業(yè)環(huán)境惡劣，高粉塵、強(qiáng)磁場、高溫、強(qiáng)干擾、浮地等不利因素又使控制目標(biāo)增加了很大的不確定性，槽控機(jī)能在線測量到的量（數(shù)據(jù)）很少（只有槽電壓和系列電流兩個(gè)值）。因此，采用基于傳統(tǒng)控制理論和建立精確數(shù)學(xué)模型的控制方法（適合自焙槽的控制方法），來控制預(yù)焙槽這樣的不確定對象，存在著控制功能單一，適應(yīng)性差以及控制穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，難以使預(yù)焙槽保持正常的 “熱平衡 ”和 “物平衡 ”狀態(tài)，無法滿足預(yù)焙槽正常生產(chǎn)的工藝要求，須引入高級智能控制技術(shù)（自適應(yīng)控制技術(shù)、智能模糊控制技術(shù)等）對預(yù)焙槽的生產(chǎn)過程實(shí)施自動(dòng)控制。 Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysis6發(fā)展方向q槽子的大型化q操作手段的機(jī)械化q控制方式的自動(dòng)化q煙氣處理的無害化 Date: File: 電解鋁生產(chǎn)概況Dong Jie 2023. All rights reserved.TechnologyofAluminiumElectrolysis參考文獻(xiàn)