500kA铝电解车间空间防磁设计研究

石英超

（云南文山铝业有限公司，云南 文山 663000）

随着我国工业的发展和工业制品种类的增加，铝电解工艺在我国也随之快速发展，目前国内正式投产的铝电解车间的最大电流达到了620kA，而常规的500、400和300kA的电解车间则是生产铝的主力。大电流在提升了生产效率的同时也带来了强大的磁场干扰，因此研究500kA大电流铝电解车间中的防磁方案，对于提升我国铝生产水平和工厂的生产效益具有重要作用。

1 铝电解车间的磁场分布

为实际测量电解槽中磁场的空间分布，我们前往了当地某家生产铝的工厂，其电解槽的电流为500kA，电解槽在车间中的分布如图1所示。

图1 电解槽在车间中的分布

在检测电解槽的磁场分布时，以电解槽的供电测为出发点，非供电测为终止点，在此区间内沿中的三个空间方向，利用磁场检测设备进行检测，得到了电解槽周围磁场的分布状态，如图2所示。

根据测量的结果，可以得出的结论该厂房的供电测通道的宽度在5.2m，烟道侧则为2.1m，由于供电测的宽度更大，因此相对距离磁场更远，受磁场影响比烟道侧小。

磁场呈椭圆形分布，在电解槽中部呈现出拱形形状，因此电解槽中部的磁场比两端更小。

当磁场中存在导磁性较强的设备时，这些设备也会成为磁场源。

图2 电解槽周围磁场分布状态

2 铝电解车间空间防磁方案设计

基于上文中的磁场大小和空间分布状态，在此部分本文将结合磁场对铝电解车间的影响，针对性的给出防磁的方案。

（1）电解机组。电解机组中，车轮属于导磁性较强的材料，当电解槽通电时，车轮便会因为受磁场影响在车轮和轨道之间形成具有吸引力的磁场，这使得电极机组的每两个车轮之间便会受到反向的磁场力，使得机组难以正常启动；而当机组正常行进时，车轮的转动使得车轮每隔半个周期便会形成与轨道相互吸引的力，影响车轮的继续转动。

对此的解决方案有两种，一是增加机组的启动功率，以更大的力对抗车轮所产生的磁力，二是使用导磁性较弱的材料，如铜等金属或工业用塑料等制作车轮和轨道，但第一种方式会大幅增加耗电，因此该工厂在权衡后选择了第二种方案。

（2）PLC工作模块。PLC是一种工业生产中用于程序控制的模块，现代冶金工厂为提升效率，普遍采用PLC控制生产设备本文所涉及的工厂中便使用了PLC控制机组车轮和电解槽通电。但磁场对PLC的工作有很大影响，PLC内部可能会因为磁场干扰产生错误，聚该工厂的统计，该厂自应用PLC技术以来，虽显著提升了生产效率，但每年因PLC故障导致的失控损失约在120万元左右。对PLC进行防磁干扰的方案主要是对其进行接地，在PLC芯片的周围设置磁屏蔽罩，并将磁屏蔽罩接地，可有效防止磁场对PLC芯片的干扰；而对部分由于安装位置关系无法接地的PLC设备，则更换为成本更高的抗磁干扰能力更强的PLC芯片，并在其周围设置磁屏蔽罩，在一定程度上防止磁场对PLC芯片的影响。

（3）防磁电控柜。对于车间中对磁场敏感且价格较为昂贵的电子元件，将其安装在专用的防磁电控柜中，电控柜采用双层材料，可以起到磁屏蔽作用，有效阻止磁场穿过电控柜影响内部的电子元件，从而提升电子设备的使用寿命。

3 防磁方案的经济效益

本文对电解机组、PLC芯片和贵重电子设备进行了防磁处理。对于机组来说，在使用无磁钢和特种塑料之后，启动机组的功率下降到了原来的65%。按照工业用电0.5元/kWh计算，原先每个工作日启动机组的用电大约在32000kWh，改造后则将至了20000kWh，每日可节省电费6000元，而改造机组所用的总成本大约在130000元左右，大约22天可收回成本。而在PLC方面，经过一段时间的观测，改造后的PLC设备几乎不会出现故障，因此每年可为该厂节约处理故障的成本120万元，而改造PLC的总成本大约在8万元左右，与节省的处理故障的成本相比可以忽略不计，此外PLC稳定性提升带来的不仅是生产故障率的降低，更重要的是极大的降低了因PLC失控带来的安全隐患，而这方面是无法用金钱估量的。而在防磁电控柜的改造方面，文献记载中对工业生产中贵重电子设备受磁场影响的寿命降幅一般为25%～30%左右，取最高值30%计算，该工厂更换一次贵重电子设备花费的成本大约在610万元左右，更换的周期为7年，而改造后则需要9年才需更换一次电子设备，相当于每年节省20万元。从以上三点中可以看出防磁设计方案为工厂带来的经济效益是非常显著的。

4 结论

本文对500kA铝电解车间中防磁方案的设计进行了研究，铝电解车间中受磁场影响较大的有电解机组、PLC模块和贵重电子设备，本文根据电解槽磁场分布的特点，结合生产设备的特性制定了改造方案并在某工厂中进行了实际应用，结果表明防磁方案可以为工厂带来显著的经济效益，期待能够为我国铝电解工业生产提供参考。