铝电解槽控制系统

铝电解槽工艺控制系统

现代化铝厂的电流效率已超过94%, 电耗低于13.2kwh/kg-Al, 不断改进电解槽设计和工艺过程控制以及增加电流强度是使工艺现代化的一部分。基于大型电解槽电磁设计的

不断提高，现代铝厂的生产稳定性得到很大改善,进一步提高铝电解生产的技术经济指标的未来挑战应是连续保持稳定的高指标的生产状态，最有效的措施应是尽可能保持物料平衡和能量平衡稳定，它包括鉴别槽况是否正常。

电解槽经常因为错误的解读测量结果而被不适当的校正，例如，在一个点测出的单一

温度值往往不能代表全槽，如换阳极等局部效应会严重影响温度读数，另一方面是响应

氟化铝浓度的取样分析而错误的添加氟化铝。这里的误解是假设其测量值是有代表性的，电解槽生产条件是稳定的，电解质的量是不变的。但是，多数时间内，这些假设是不完全真实的。因此，最重要的是了解其自然状态和引起变异的根源，其次必须充分利用正确的机理鉴定电解槽的真实槽况和活动。

为了保持生产稳定,要求对于电解槽工艺操作要进行更加严密的过程控制，以保证正常的工艺技术条件,了解工艺过程异常的原因并在初期阶段消除干扰，要用控制系统协调能量与物料平衡以减少其异常状态。

控制系统

当前铝厂的控制系统主要是氧化铝浓度控制，控制策略是控制氧化铝浓度保

持在一定范围内,控制办法是按加料量分成3个加料期，正常加料期,减量加料

期和增量加料期。

电解槽上部结构上带有定容加料器，它是一个容积一定的容器，在氧化铝堆积比重一定

的条件下重量一定，加料量多少由定容器开放的间隔时间来决定.

正常加料期的定容加料时间根据额定电流和预定的电流效率计算的氧化铝消耗量确定，减量加料期延长定容加料的间隔时间，意味着降低电解质中的氧化铝浓度，增量加料期缩短加料间隔时间，意味着降低电解质中氧化铝浓度，控制系统所根据的信号也是以生产条件稳定为基础。

氧化铝在电解质中的溶解度是电解质总量，电解质温度，电解质化学成分，氧化铝的

物理性能等的函数，在这些条件一定时，氧化铝的溶解度就是它的饱和浓度，任一条件

的改变都会引起氧化铝溶解度的变化。电解工艺实践表明，电解质中的氧化铝浓度对槽

况的稳定性和电流效率都有相关影响，电解槽技术条件一定时，有一个最佳的氧化铝浓度，可以保持稳定生产和较高的电流效率.

电解生产保持的氧化铝浓度要低于当时条件下的饱和浓度，这样可以防止在条件改变

时产生氧化铝沉淀，但如保持的浓度过低，他又可能发生阳极效应。在现时电解生产保

持的电解质温度和低分子比的技术条件下，为了防止产生沉淀和突发阳极效应，经验数

据的氧化铝最佳浓度在2.0％－3.0％之间。为了保持合适的氧化铝浓度，就要控制符合

当时技术条件下的氧化铝加入量。

加料间隔

按实际消耗计算，以300KA槽为例，如果电流效率为94％，小时产量94.61kg, 纯氧化铝消耗量为182.36kg, 氧化铝中的杂质约为2％，工业氧化铝消耗量为186kg/h，每分钟

耗料量为3.10kg。使用1.2kg定容器，3点下料，定容器动作间隔应为3.6/3.1×60＝70秒，即每隔70秒必须加料一次，数量是3.6kg (在加料器的准确的条件下).

如果估算的电解质量是9500KG,将原始的氧化铝浓度设定为2.5％作为正常加料期,以后开始

减量加料使其降到2％，则在减量加料周期内需减少加料量47.5kg. 即减少定容器动作次数47.5/3.6=13.2次。小时加料量为186－47.5＝138.5kg.从设定浓度开始增量加料使其达到3%,

需增加加料量47.5kg,小时加料量233.5kg, 定容器动作次数增加13.2次.

加料间隔计算为；

正常加料周期小时加料次数为3600/70＝51.4次，

减量加料周期小时加料次数为51.4－13.2＝38.2次,加料间隔为3600/38.2＝94.2秒。

增量加料周期小时加料次数为51.4＋13.2=64.6次,加料间隔为3600/64.6=55.7秒.

电解质总量

假设电解质水平是20cm，极距4.5cm, 炉帮厚度平均6cm，计算的电解质总量约9,500kg 每次加入3.6kg氧化铝,其浓度变化是0.0378％，

生产实际中电解质总量是变化的，假设电解质总高为18cm, 电解质总量约为9t ,设定的

氧化铝浓度仍为2.5％，则槽内原始氧化铝量约为225kg，每加料一次浓度变化为0.04％，

如果电解质总量增加，一次加料量不变，加料后浓度变化量将会减少，加料间隔也将变化.

控制信号

在电解槽正常生产期间，延长加料间隔，氧化铝逐渐消耗，浓度降低，称为欠料槽，象征着随浓度变化的电阻曲线的斜率增加，达到控制上限时即应终结减量加料，如继续延长最终将发生阳极效应。欠料到一定程度，就要进入增量加料，即缩短加料间隔，连续执行增量加料，氧化铝浓度升高，称为剩料槽，象征着随浓度变化的电阻曲线的

斜率降低，达到设定浓度的下限，即应终结增量期。可见当前的控制系统重要的控制信号是随氧化铝浓度变化的电阻导出的电压变化.

找出一个合适的信号以确定电解槽内氧化铝欠量或是过量，是调整加料量的依据，但由于氧化铝浓度不能在线测定，因而控制系统只能采用一个参考信号（伪电阻）值来确定氧化铝浓度，信号的表达式为；

R P=｛(V－E X)/I｝×10ˆ6

式中R P--------伪电阻(μΩ)

V---------槽工作电压(v)

E X---------分解电压（V）

I---------系列电流(A)

由上式可见，如果系列电流是稳定的, 伪电阻只与电解质电阻相关,即与氧化铝浓度相关. 事实上，伪电阻在控制中没有实际意义，它只是槽电压的函数，槽电压成为伪电阻的实质上的信号。如果当其他技术条件一定时，确定与氧化铝浓度为2.5％相应的正常电压为一个设定值，计算其R P值，然后再制定其上下线，这就可以根据因浓度变化引起的电压变化改变其加料周期.。

非正常状态

如上所述,控制系统所根据的信号是以生产条件稳定为基础的,当电解槽生产技术条件变化时，氧化铝浓度不完全根据加料量变化，在一个正常生产系列，随机取出一台槽的当日控制记录，如下图；