铝电解槽下料智能管控系统开发与应用

郑 斌

（广西华磊新材料有限公司，广西 平果 531400）

现在预焙铝电解槽均采用中间点式下料方式[1，2]，在电解生产过程中，由于电解质成分变化，特别是锂钾含量升高，降低电解质的初晶温度，槽温也随之降低，加上氧化铝性质变化，主要是粒级分布，共同导致氧化铝的溶解性能降低。如果遇上风压降低，气缸老化等外部因素印象，很容易造成卡锤头、粘葫芦头、堵料等下料不畅现象，造成电解槽效应多，炉膛不规整，严重影响电解槽运行指标[3-5]。

本文介绍了铝电解槽下料智能管控系统的开发和应用情况，改系统可以实现对火眼通畅情况的检测功能，如遇火眼不畅，将开启多次打壳功能，如果依然打不透，或者锤头卡死等情况，将启动语音报警功能，申请人工进行处理。该系统可以准确判断下料口状态，有效降低效应系数和效应分摊电压，降低工人劳动强度，提高电流效率，改善电解槽运行指标。

1 下料口状态检测基本原理

火眼状态检测技术的原理是：通过对比打壳锤头打入电解质前后的电压信号变化，来判断下料口状态是否通畅，如图1所示。

图1 下料口状态检测技术原理图

2 下料智能管控系统开发

下料智能管控系统总体技术方案如下：首先系统对下料口的状态进行检测，下料口开孔正常，减少打壳次数，正常下料；下料口有堵料趋势，增加打壳次数，让下料口回到正常状态；下料口严重堵料，系统多次打壳仍无法打通，则停止打壳，停止下料，语音报警；锤头卡住，语音报警，申请人工处理；锤头葫芦头严重，语音报警，申请人工处理。

该系统主要由测控设备和管理软件两部分组成，二者通过以太网通讯的方式联系在一起。测控设备安装在电解槽槽控机旁边，与打壳气缸相连，检测下料口状态。管理软件一般安装在计算站机房，接入语音报警系统，并通过网络与数据库服务器连接，客户端软件通常安装在工区值班室，也可以在车间办公室。

电解人员在办公室通过电脑就实时查看每台槽每个下料口的状况，不但降低了劳动强度，而且提高电解槽运行稳定性，为获得良好指标提供保障。

3 下料智能管控系统工业试验效果

前期在5台试验槽上进行了工业试验，重点考察该系统对火眼状态的判断准确性，选取一周时间内的数据进行分析，见表1所示。

表1 下料智能管控系统下料口状态判断情况统计表

从表1可以看出，在一周时间内，对5台试验槽进行数据统计分析，基本5台试验槽都出现了堵料情况，A槽和D槽堵料稍多，另外3台B槽、C槽和E槽相对略少。在25次堵料语音播报中，经现场人工核实，23次正确，2次误报，下料口状态判断准确率92%，达到了预期效果。

4 下料智能管控系统推广应用效果

由于下料智能管控系统在5台试验槽上取得了积极效果，后续在一个车间184台电解槽上进行推广应用。在应用一个季度后，对整个车间的电解指标进行对比分，详细数据见表2。

表2 下料智能管控系统推广应用后电解槽指标统计表

从表2可以看出，下料智能管控系统在一个车间推广应用一个季度后，电解槽平均电压降低了13mV，电流效率提高了0.23%，效应系数从0.129降低到0.084，降低幅度达34.9%，效应分摊电压降低了8mV，铝液直流电耗降低了74kWh/t-Al，可见，下料智能管控系统推广应用后电解槽指标改善明显，取得了显著效果。

5 经济性分析

以400kA电解槽为例，一共有6个下料点，整个电解槽改造下来大约需要1万元。推广收益主要从节电方面计算，吨铝节电74kWh，电价按0.3元/KWh计算，400kA电解槽每年产铝量按1000吨计算，每年节电效益=74kWh/吨×0.3元/KWh×1000吨=2.22万元，投资回收期为1÷2.22=0.45年=5.4个月，可见，该系统投资回收期短，能较快收回成本，经济上较为合算。另外，该系统还具有降低劳动强度，减少电解槽波动，增加槽寿命等功能。

6 结论

研究开发了下料智能管控系统，实现了对下料口状态的检测，对下料口不通畅进行多次打壳，出现严重堵料或者锤头卡住等系统处理不了的情况下开启语音报警，申请人工处理。

该系统在试验槽上对下料口状态判断准确率达到90%以上，推广应用后电解槽效应系数降低30%以上，效应分摊电压降低8mV，铝液直流电耗降低了74kWh/t-Al，电解槽各项指标明显改善，下料智能管控系统取得了显著应用效果。另外该系统投资回收期短，经济上较为合算，具有良好的推广应用价值。