铝电解生产效益

铝电解生产效益（共7篇）

铝电解生产效益 篇1

目前,电解铝行业仍致力于降低能源消耗和物料消耗,节约资源,增加利润。由于铝电解生产指标的多样性和工艺流程的复杂性,很难通过人力对铝电解总体生产状况进行全面客观的评价。同时随着我国融入世界经济一体化的潮流速度的加快,市场逐步完善,铝电解行业面临着新的竞争机遇和挑战,若要在日益激烈的竞争中得到长期持续发展,时刻保持自身的竞争优势,也需要对自身的真正价值做一个准确评估。所以,根据经济环境和自身运营的特点,选择合理的评价方法,对铝电解生产运营状况以及产品、质量、成本、服务等各方面进行及时有效地考核,并提出科学可行的管理措施,增强自身竞争力具有十分重要的意义。

近几年一系列多指标综合评价方法不断出现并广泛应用在多个领域,比如功效系数法、熵权法等,然而这些方法在计算指标权重时,需要专家根据经验打分,缺乏客观性。本文结合BP神经网络和遗传算法,通过构建遗传算法优化的BP-ANN模型,对铝电解企业的生产绩效水平进行综合评价,并利用距离综合评价法计算出铝电解生产关键指标的得分,真实地反映铝电解企业的管理情况,提高铝电解企业的能源利用率和经济效益,实现铝电解企业的稳定发展。

1 铝电解生产对标效益评估指标体系

本文针对铝电解行业的特点,参照某些铝电解企业对标评估方案,从生产指标、质量指标和成本指标三个方面建立铝电解生产对标效益评估指标体系。

2 基于GA-BP和距离法的评价模型

2.1 BP神经网络

人工神经网络是在生物神经网络的基础上发展起来的可用于解决一些非结构性问题的智能化方法,使用人工神经元模拟生物神经元,通过人工神经元的相互连接构成不同的网络模型,以实现不同的网络功能,具有并行处理、分布式存储、容错性的结构特征和自学习、自组织及自适应的能力特征。

BP算法主要用于解决多层网络中隐含层神经元连接权值的学习问题,由两次网络传播组成:函数信号前向通过,计算每层的净输入和每层的输出,初始权值固定;

在图1中,,n=0,1,2...,m-1其中a1= f1(W1p + b1),p为输入元素,W为神经元之间的连接权重,b为阈值,f为激活函数,m为网络层数,一般为3。

反向通过,根据目标响应和实际响应产生误差信号,从网络的最后一层反向传播到第一层并对网络的权值和阈值进行调整,使实际输出越来越接近期望输出,直到网络输出误差接近或者等于设定的误差,至此训练结束。误差函数为:ek(n) = dk(n) - yk(n) ,y表示神经元k的输出信号,d表示期望响应神经元权重的更新值由w(n + 1)= w(n)+ r*ek(n)*xj(n) 来确定,其中w为神经元连接权重,r为学习率,e为误差信号,x为网络输出。

2.2 遗传算法

遗传算法(Genetic Algorithm,GA)是类似”物竞天择、优胜劣汰”法则的进化算法,其主要思想是在多方向上搜索符合潜在解的群体,获取以面检索的信息后进行构成和交换,即先对问题进行数字化编码,一般采用随机方式产生种群,在适当的解码过程之后,通过适应度函数给出数值来评估每个基因个体的适应性,适应度高的个体将被选择继续进行遗传操作,适应度低的个体将被淘汰,经过交叉变异后的基因个体形成下一代新种群,最后产生达到设定目标的个体。

2.3 遗传算法优化的BP神经网络模型

遗传算法具有整体随机查询能力、计算效率高等优点,而传统的BP神经网络在实际应用中暴露了一些缺点,比如训练时间长、网络结构不易确定等,利用遗传算法优化BP神经网络的初始连接权值和阈值,保证网络训练的稳定性,可以相对准确地评估铝电解行业生产指标及其绩效水平。具体实现步骤如下:

(1)根据表1 生产指标确定BP神经网络的拓扑结构:采用三层网络结构:输入层、隐含层、输出层。根据铝电解生产绩效评估的影响因素,确定输入信号的个数为16;确定网络输出层的个数为1,表示铝电解生产绩效水平。隐含层单元的个数与问题的规模、输入/输出单元的个数有着直接的关系,根据公式确定隐含层个数的最大值和最小值,a的范围是[0,10],从而确定隐含层个数范围[5,15],从最小单元数5开始训练网络,逐个增加单元数至最大单元数,根据训练结果得出隐含层最佳个数为8。

(2)初始化种群并确定各层之间的连接权值和阈值个数:个体编码采用二进制编码,每个个体均为一个二进制串,由输入层与隐含层连接权值、隐含层阈值、隐含层与输出层连接权值、输出层阈值四部分组成,每个权值和阈值使用M位的二进制编码,将所有权值和阈值的编码连接起来即为一个个体的编码。本例网络结构为16-8-1,输入层与隐含层连接权值个数为16*8=128,隐含层阈值个数为8,隐含层与输出层连接权值个数为8*1,输出层阈值个数为1。

(3)训练网:使用训练样本对网络结构进行训练,不断修正权值和阈值,使得网络的输出误差越来越小。

(4)测试网络:使用测试样本对网络结构进行测试,得到实际输出与期望输出的差值。

(5)计算评价函数:GA-BP的评价函数是由BP神经网络的误差来决定的,即每个染色体的评价函数为f=1/(1+E),式中是神经网络的总误差,T为理想输出,Y为实际输出,S为样本总数,此评价函数计算量小,可以降低计算的复杂性,减少计算成本,并正确反映对应解的优劣程度,满足评价函数遵循的原则。

(6)设计遗传算子:在当前群体中选择适应度最高的个体直接复制到下一代,保全当前群体的最优个体,对经过最佳个体保存策略选择后的当代群体再根据进行选择,式中f表示第i个个体的评价函数,p为每个个体被选择的概率;交叉是产生新个体的方法,选定一个交叉点,互换交叉点前后的结构;变异是对选择的变异基因取反,即如果所选的基因的编码为1,则变为0,反之则变为1,进而产生新一代的个体。

2.4 距离综合评价法的应用

距离综合评价法是找出空间的最优样本或者最劣样本作为参照样本,然后计算每个样本点到参照样本点的相对距离,距离远近体现指标的优劣,距离最优指标越远,表明此指标越差;距离最劣指标越近,表明此指标越差[8]。基本步骤如下:根据遗传算法优化BP神经网络得出的权重构造数据矩阵,设已经确出各指标的权重为W1,W2,…,Wn,则加权数据矩阵为Yij=Wj*Yij’,其中i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。然后选择铝电解企业中的每个生产对标指标的最优指标Y+=(y1,y2,…,yn),根据变换后的距离公式Dij= |yij- yj|(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)计算铝电解企业每个指标到参照指标的相对距离,客观地认识铝电解企业的每个关键指标,制订计划,对症下药,缩小与标杆公司的差距。

3 GA-BP模型和距离法的应用

利用真实生产数据通过GA-BP模型和距离综合评价法对铝电解企业的生产对标绩效水平进行评价。

3.1 数据预处理

由于指标数据单位的差异和评价标准的不统一,需要将其正向化和无量纲化,使其落在[0,1]区间内,采用公式y=xmax-x正向化铝电解行业指标,运用公式y=(x-xmax)/(xmax-xmin)对其无量纲化,其中x、xmin和xmax分别代表当前指标值、每个指标的最小值和最大值,从而保证网络训练和评价的准确性。

3.2 GA-BP模型详细参数

根据某铝电解企业的实际考核和奖励办法,铝电解生产绩效水平分为四个等级,处于[0,0.25]区间内表示生产效益差,处于(0.25,0.5]区间内表示生产效益中,处于(0.5,0.75]区间内表示生产效益良,处于(0.75,1]区间内表示生产效益优。

此网络结构有16 个输入节点,8 个隐含节点,1 个输出节点,设置训练次数10000,学习速率0.5,训练误差0.02,遗传算法的初始种群40,最大遗传代数30,二进制编码位数10,交叉概率0.7,变异概率0.01。

3.3 网络训练结果分析

该实验中一共有19个样本数据,其中前15个用于训练,后4个用于测试,经过10000次迭代后,训练误差达到了设定的范围,实验结果表明,GA-BP的预测结果与期望输出基本一致,误差也在设定的范围之内,由此可见使用GA-BP评估铝电解生产绩效水平是可行的。

3.4 使用GA-BP模型与传统BP模型的比较

使用传统的BP神经网络模型评估铝电解生产绩效水平与GA-BP模型误差对比,用GA-BP模型评估铝电解生产绩效水平比传统BP神经网络产生的误差小,曲线浮动小,应用在铝电解生产绩效评估中是合适的。

3.5 距离法评判关键指标

GA-BP模型计算出的指标权重如下表所示:

根据此铝电解公司的评价标准及其管理模式,选取铝电解企业样本中每个指标的最优值构成参考样本数据矩阵Y+=(0.45,0.1,0.6,0.37,0.51,0.44,0.09,0.6,0.2,0.3,0.98,0.009,0.11,0.8,0.55,0.98),利用变换后的距离公式(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)计算出相应的距离,部分距离客观地评价出每个指标相对于最优指标的优劣程度。

4 结束语

本文设计了铝电解生产效益指标评估体系,通过构建遗传算法优化的BP神经网络模型来评估铝电解行业生产对标绩效水平,并通过距离综合评价法计算出铝电解企业每个关键指标相对于最优指标的距离,客观地对单个指标作出评估。与传统的BP相比,GA-BP算法降低了误差,并保证整个区间误差达到最小,同时能以较快的速度收敛到神经网络权值学习的目标,应用在铝电解生产对标效益评估中达到了较准确的效果。不足之处是对BP神经网络和遗传算法中的参数有待改进,使其达到最优评估。

参考文献

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铝电解生产效益 篇2

1 铝电解槽破损的原因

1.1 侧部破损原因

电解槽侧部是比较容易发生破损的部位, 出现这一现象的原因主要是侧部的炉帮面积比较小, 其他部位都有炭块形成的炉帮, 而电解槽的形状由于比较特殊, 在侧面不易形成炉帮, 溶解后的电解质会逐渐渗透炭块, 铝电解生产中, 由于会产生钠离子, 而钠离子与碳离子比较容易结合, 会出现碳化反应, 聪聪碳-钠化合物, 这会使炭块更容易疏松, 还会使电解槽侧部炭块更容易被侵蚀, 据调查显示, 铝电解生产的过程中, 每天会侵蚀厚度为1mm的炭块, 会使电解槽出现磨损, 还会造成槽壳过热现象, 有的槽壳会出现烧红, 还会发生漏槽事故, 造成停槽问题的发生, 缩短了电解槽的寿命。电解槽侧部炉帮不易形成是造成电解槽破损的主要原因, 而侧部炉帮不易形成的原因主要有三点:首先, 电解槽侧部散热能力在槽壳温度基本恒定的情况下, 决定于周围环境温度和空气流动情况。虽然电解槽设计采用侧部散热型, 即侧部只有一层碳化硅砖的结构, 目的是保证在电解槽四周形成自然炉帮。然而, 我国绝大多数200KA、300KA电解槽槽壳仍采用了传统带二翼板的结构, 并且槽壳与地面的距离较短, 不利于散热通风, 严重影响侧部炉帮的形成。其次, 使用的氧化铝原料质量不均匀及打料系统缺陷, 造成效应受控率低。电解槽打料系统故障等原因, 阳极效应受控率较低, 效应系数高, 导致槽温在短时间内骤然上升30℃~40℃, 实践表明, 槽温升高越多, 恢复到正常生产温度所需时间越长。

1.2 电解槽底部出现破损

电解槽在焙烧的过程中, 由于电流分布不够均匀, 所以炭块局部会出现过热或过冷现象, 在电流分布比较密集的地方, 一般温度比较高, 电流分布不均匀会导致电解槽裂缝。在铝电解生产的过程中, 阴极会产生较多的钠离子, 其通过裂缝渗透到炭块中, 会与碳离子结合, 形成新的化合物, 这会增加碳缝的大小, 还会在磁场的影响下出现漩涡反应, 会增加铝液渗漏的速度, 容易造成电解槽破损等重大质量问题。当裂缝与电解槽阴极相通后, 必须做停槽处理, 这会缩短电解槽的寿命。电解槽底部破损主要是由温差原因及磁场设计两个方面引起的, 当焙烧温度没有得到有效控制, 会导致底部出现裂缝, 而裂缝与阴极炭块相通后, 有会导致铝液渗漏。电解槽磁场设计不合理, 会导致电流分布不均匀, 或者不平衡等问题, 会使炉帮不易形成, 导致电解槽出现严重的破损问题。

2 铝电解生产中延长电解槽寿命的新措施

2.1 优化焙烧流程, 提高加工工艺

铝电解槽在焙烧的过程中, 要科学的优化焙烧流程, 还要提高加工工艺, 这对电解槽的寿命有着较大的影响作用。电解槽焙烧一般采用的是焦粒法, 这与铝液焙烧法相比, 可以降低温度对焙烧质量的影响。在高温的影响下, 铝液会与碳素结合, 温度骤降后, 会使碳素出现裂缝, 当铝水侵入碳素裂缝处, 会大大缩减电解槽的寿命。为了避免这一问题的发生, 必须对焙烧过程进行严格的控制, 要合理调节阳极电流分布, 还要保证炉底均匀受热, 在焙烧的过程中不能出现温度突变等现象。要在恰当的时间启动电解槽, 还要采取有效的措施防止碳块脱落等现象出现。

2.2 严格控制生产技术条件, 保持稳定的热平衡和槽膛内形

电解槽的技术条件主要有电流强度、铝水平、电解质水平、电解槽温度、项技术条件选定后, 只有在运行中严格控制, 才能确保电解槽具有良好的热平衡和物料平衡。当槽温过高, 炉帮会熔化, 破坏槽膛内形;若槽温过低, 和电解质水平、铝液水平保持不好, 会造成炉底沉淀, 电流分布不均匀, 槽况恶化, 引发病槽。无论是降低电流还是增加电流生产, 都会影响电解槽的热收入, 原有的炉膛会发生较大的变化, 从而破坏电解槽原有的热平衡, 所以必须调整其它技术条件, 如电压、铝水平、分子比等才能适应新电流条件下的热平衡, 来维持电解槽的平稳运行。另外, 降低电流生产时会使得先前渗入阴极炭块中的电解质凝固, 导致阴极炭块产生裂缝, 促使炭块破损;而增加电流后, 由于增加了阴极炭块表面的电流密度, 阴极炭块本身温度会升高, 将会缩短已经破损炭块的寿命。

2.3 阳极质量的稳定性

阳极是铝电解槽的心脏, 只有良好的炭块质量才能保证电解槽长期稳定运行。质量羞的炭块用到后期容易出现开裂现象, 更为严重的是在更换阳极时出现炭块脱落情况;表面存在裂纹的炭块用于电解时, 高温电解质渗入裂纹中, 炭块就会出现断裂、局部掉块现象, 这些碎块不及时捞出, 它们将随着电解质运动到炭块底掌下, 影响阳极电流分布;或是由于炭块抗氧化性差出现掉渣现象, 据资料介绍, 当电解质中碳含量达到0.6%时, 电导率约降低10%, 并且由于大量炭渣与电解质分离不好, 不仅增加电解质的粘度, 而且促使电解槽增加效应, 因此可以说, 优良的阳极是电解槽稳定生产的重要因素, 也是降低效应系数的重要条件。

3 结论

电解槽在焙烧的过程中, 焙烧流程以及工艺对其使用寿命有着较大影响, 为了延长电解槽的寿命, 必须针对我国电解槽焙烧及使用过程中存在的问题进行处理。电解槽的寿命还与材料的材质有着较大的关系, 在焙烧时, 要注意控制生产条件, 操作要规范, 还要优化筑炉工艺, 这样才能保证铝电解生产的效率与效益。铝电解槽的寿命与企业的经济效益有着密切的关系, 本文对延长电解槽寿命的建议与对策进行了探讨, 希望对相关企业提供一定帮助, 正确使用电解槽, 避免其出现破损。

参考文献

[1]黄贵平, 马波.铝电解整流装置保护配置及信号采集和控制理念改进[J].中国高新技术企业, 2014 (30) .

[2]韩伟.合理调整稳流深度确保电解系统平稳经济节能运行[J].电子世界, 2014 (14) .

铝电解生产效益 篇3

统计过程控制(Statistical Process Control,SPC)[1]自1924年创立即在工业和服务等行业得到推广应用。SPC的研究和应用已涉及石油化工、钢铁制造、采矿、合金加工、铸造、软件过程监控、食品加工、环境以及金融等领域[1,2,3,4,5,6]。我们将SPC理论与计算机技术相结合,开发了SPC系统,充分发挥SPC对生产过程的控制与预防功能。本文首先讨论了SPC的理论体系,然后,给出了铝电解生产SPC系统的设计与实现,最后给出利用SPC系统测量铝水平方法的实验与改进效果。该系统由北方工业大学与焦作万方铝业股份有限公司合作研发,在东方希望包头稀土铝业有限责任公司铝电解生产中得到实际应用。

1 统计过程控制

统计过程控制是应用统计分析技术对生产过程进行监控,科学地区分出生产过程的随机波动与异常波动,从而对生产过程的异常变化提出预警,以便生产管理人员及时采取措施,消除异常,恢复过程的稳定,达到提高和控制产品质量的目的[2]。由于过程波动具有统计规律性,所以随机误差也具有一定的分布规律,根据中心极限定理,这些随机误差的总和x,即总体质量特性服从正态分布[7,8],即x～N(μ,σ2),其中,μ为样本均值,σ为样本标准偏差。正态分布的大多数x值集中在以μ为中心、越往边缘个数越少的范围内。在正态分布(μ-3σ,μ+3σ)范围内,样品特征值出现的概率为P(μ-3σ

1.1 控制图

SPC通过控制图对产品质量进行改进。控制图的作用是查出异常波动,并采取适当措施加以消除,然后将新的改进方法纳入标准。控制图中有几个关键要素:中心线(CL)、上控制限(UCL)、下控制限(LCL)、上规格限(USL)、下规格限(LSL)。控制限由抽样数据计算确定,表述过程的实际状态[7,8];规格限由客户和管理层决定,表述过程的理想状态。

控制限用于决定生产工序是否在统计控制的范围内,好的工序控制,控制限一定在规格限之内,如果有数据点在控制限之外,即表示工序不在管制范围或有非机遇性的因素存在。规格限用于决定生产工艺参数是否符合规格,如果数据点在控制限内,而不在规格限内,即表示生产工序已在统计控制限内,但仍没有能力生产合乎规格的产品。

1.2 控制图的分类

按统计量属性分,控制图可以分为计量型控制图和计数型控制图,它们均有各自适用的范围。由于铝电解生产数据大多是计量型数据,所以在进行SPC分析时,采用计量型控制图比较合适,最常用的是undefined(均值-极差)控制图[3]。undefined可以同时控制质量特性值的集中趋势,即测量数据平均值undefined的变化及其离开中心线的趋势,也就是极差的变化。undefined图的构建如下:将抽样采集的数据分成子组,k为子组数,子组的样本容量为n,一般取n=3,4或5为宜,当数据点比较少时,取n=1,此时undefined图则演变为I(单值)图。当k足够大时,根据中心极限定理和控制图原理得到undefined控制限计算公式如下。

undefined:undefined

R:undefined

式中,undefined为1个子组内数据的均值;undefined为k个子组均值的平均值,undefined为第i组的第j个数据点;R为子组内数据的极差;undefined为k个子组极差的平均值,undefined;CLx,CLR分别为undefined和undefined的中心线位置;UCLx,UCLR分别为undefined和undefined的上控制限;LCLx,LCLR分别为undefined和undefined的下控制限;A2,D3,D4为常数,可查计量型控制图系数表得到。

按用途分,控制图可分为分析用控制图和控制用控制图。采用分析用控制图判断生产过程是否达到稳态,确定过程参数的过程能力指数Cpk是否满足生产过程要求;待生产过程调整到稳态后,采用控制用控制图确保过程参数始终处于受控状态。这样,应用控制图将非稳态的生产过程调整到稳态。

1.3 过程能力分析

当生产过程处于受控状态下时,需要针对受控过程计算Cpk。过程能力是指处于稳定统计控制状态下生产过程的实际加工能力,而过程能力指数Cpk则是用来度量一个过程满足顾客要求的程度[7]。假设选定样本数据的规格限为(LSL,USL),点M=(LSL+USL)/2,称为规范中心,规格限的宽度T=USL-LSL,称为公差,则Cpk的计算公式如下:

undefined

下面对Cpk结果进行说明:

(1) 若Cpk<1,说明过程能力不充足,需要采取管理措施;

(2) 若Cpk≥1,说明过程能力尚可,但还要努力设法使undefined尽量靠近规范中心M;

(3) 若Cpk≥1.33,说明过程能力较充足。

2 铝电解生产数据SPC系统

2.1 系统流程

铝电解SPC系统不但要实现SPC现场分析功能,而且必须满足现场业务管控的需要。东方希望包头稀土铝业有限责任公司铝电解SPC系统过程控制流程如图1所示。

2.2 系统设计

我们开发的铝电解SPC系统基于浏览器方式设计,与企业控制系统网进行无缝连接,使控制系统中的生产数据能及时地以控制图的形式展示出来。为了使SPC系统能成为铝行业通用的SPC分析工具,我们考察国内诸多铝电解企业,发现虽然铝电解行业使用的槽控机有多种,但槽控机控制程序的数据结构却大同小异,日报表、效应报表、化验数据、测量数据等均有电解槽号字段和日期字段,因此SPC系统可以实现一个面向铝电解的数据抽取引擎。使用分析用控制图对数据进行判异,并进行过程改进,调整过程,排除异常,使生产过程达到受控状态,且过程能力符合要求。最后使用控制用控制图对生产过程进行监控,一旦发现过程不受控,就查找异常原因,进一步调整过程。

SPC系统采用B/S结构,使用ASP语言进行开发,后台数据库采用SQL Server2000,为了提高执行效率,数据抽取引擎打包成组件在系统中调用。控制图采用美国NWA公司的QAX控件实现,该控件能够快速方便地绘出过程参数的直方图、各种控制图和变量图。

2.3 系统功能

(1) 提供各种SPC的控制图,如单值图、均值图、中位值图、均值-极差图、单值-极差图、均值-偏差图、中位值-极差图等。

(2) 定义如下规则,发现生产过程异常,及时处理,实现标准化管理。

1) 连续25个数据点中没有1点在控制限外,或连续35个数据点中最多1点在控制限外,或连续100个数据点中最多2点在控制限外,为正常。

2) 控制限内的数据点排列无下列异常现象时为正常。通常有8条判异规则,系统还可根据铝电解生产数据特点及生产过程需要自定义规则:

(a) 距离中心线大于m个标准差,m一般取3;

(b) 连续m个点落在中心线同一侧,m一般取9;

(c) 连续m个点递增或递减,m一般取6;

(d) 连续m个相邻点上下交替,m一般取14;

(e) 连续m+1个点中有m个点落在中心线同一侧且距离大于2个标准差,m一般取2;

(f) 连续m+1个点中有m个点落在中心线同一侧且距离大于1个标准差,m一般取4;

(g) 连续m个点落在中心线任一侧1个标准差之内,m一般取15;

(h) 连续m个点落在中心线任一侧且距离大于1个标准差,m一般取8。

(3) 通过计算Cpk,判断过程能力是否符合要求,据此调整生产过程,以确保生产过程能力指数满足标准化的要求。

(4) 绘出过程参数的直方图,分析参数的正态分布属性。

3 SPC系统的实验分析及过程改进

3.1 实验分析

铝电解槽重要的工艺参数是电解温度、铝水平、电解质水平、分子比等,这些参数的测量与控制决定了电解槽其他一些重要指标。其中,我们利用SPC系统选取东方希望包头稀土铝业有限责任公司4045号铝电解槽2007年4月1日～5月30日两个月的铝水平测量数据进行分析。根据现场实际情况,定义铝水平的上下规格限分别为:LSL=20 cm,USL=25.5 cm,目标中心值T′=22.5 cm。根据抽取的样本数据由系统绘出直方图,判断这期间铝水平是否符合正态分布,并计算此时的过程能力指数Cpk,如图2所示。

图2显示这期间4045号铅电解槽铝水平测量值是符合正态分布的,但在规格范围(20 cm,25.5 cm)内由式(3)可以得出Cpk=0.602 9,由式(1)可以得到控制限为(22.188 cm,26.32 cm)。由此可知,Cpk<1,很明显,过程能力指数无法满足生产要求。

进一步考察undefined图,通常采用前述(a),(b),(c),(g)等判异规则,设置n=3。如图3(a)所示,由式(1)可以得出铝水平的CLx=24.254 4 cm,UCLx=24.900 5 cm,LCLx=23.608 2 cm,且第5,6,19组的数据点超出上下控制限,需要进行调整,消除这些异常点;如图3(b)所示,由式(2)可以得出铝水平极差的CLR=0.631 579 cm,UCLR=1.625 84 cm,LCLR=0 cm,且第1,2,6,19组的数据点触发判异规则,说明这些组内连续3个样本的极差变化过大,因此断定铝水平在此段时间处于不稳定状态。

3.2 过程改进

通过大量实验,我们发现铝水平的测量时刻与异常数据有着直接关系。出铝时刻前测量铝水平时,大部分铝液未抽出,铝水平值偏高;出铝时刻后测量铝水平时,铝液偏少,铝水平值偏低。因此,必须对铝水平进行矫正,使每次测量的铝水平值都矫正到相同的环境下。我们经过多次实验,推导出如下经验公式用于铝水平矫正:

undefined

式中,xremedy为矫正后铝水平,cm;xmeasure为测量铝水平,cm;t为出铝时刻与测量铝水平时刻的间隔时间,min;θ为渐变系数,通常取θ=0.11;λ为调节系数,通常取λ=32。这里,设某一测量时刻与出铝时刻相同时,t=0,则在此之前,t<0,在此之后, t>0。

利用式(4)对铝水平测量值进行矫正,在随后的一个月内使铝水平处于受控状态,如图4所示。在2007年6月1日～6月30日期间,4045号铝电解槽铝水平矫正值符合正态分布,在规格范围(20 cm,25.5 cm)内,由式(3)可以得出Cpk=1.095,由式(1)可以得到控制限为(20.302 cm,25.265 cm)。由此可知,Cpk>1,过程能力指数满足生产要求。

对于undefined图,同样设置USL=25.5 cm,LSL=20 cm,T′=22.5 cm,n=3。如图5(a)所示,由式(1)可得CLx=22.783 3 cm,UCLx=24.062 2 cm,LCLx=21.504 5 cm,没有数据点发生异常;如图5(b)所示,由式(2)可得出CLR=1.25 cm,UCLR=3.217 81 cm,LCLR=0 cm,没有异常数据。因此矫正后的铝水平处于稳定状态,且过程能力满足生产要求。

4 实际应用效果

我们开发的SPC系统于2007年3月在东方希望包头稀土铝业有限责任公司投入实际应用,目前运行情况很好。SPC系统能有效地帮助电解工艺人员及时发现异常参数,以便采取相应措施进行改进,保证铝电解槽的工艺参数稳定,保持铝电解槽的物料平衡和能量平衡,纠正生产过程的测量系统误差。SPC系统的使用使东方希望包头稀土铝业有限责任公司300 kA系列铝电解槽电流效率提高0.8%,吨铝直流电耗小于13 100 kW·h,达到了节能降耗的目的。

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铝电解生产效益 篇4

影响铝电解生产的技术条件有:电流强度、槽工作电压、电解温度、分子比、电解质水平、铝水平、极距、效应系数、氧化铝浓度等方面, 在保证电解槽操作质量的前提下, 改善这些技术条件, 能使电解槽在长期稳定的状态下工作, 获得高电流效率和低能量消耗。

1 影响电解生产的因素分析

1.1 电流强度

电流强度是根据企业系列产能在设计时就给定的, 但在正常生产期引起电流强度变化的因素很多, 系统电压、阳极效应最为明显。解决的方法为稳定系统电压, 但在实际的生产过程中, 电解生产企业往往是无法控制和调整系统电压的;另一种途径就是铝电解生产企业配置安装稳流装置, 可消除因系统电压变化导致的电流变化。此种方法在目前铝市场形势极度低迷的情况下, 经济运行效果极差。若在建设初期没有配置的话, 待经济状况好转时再配置安装稳流装置解决, 现阶段只有在生产过程中控制好技术条件, 减少效应发生对电流的影响, 再次就是生产企业的整流设备要根据系统电压的变化引起的电流变化随机变换整流变压器的工作挡位, 满足铝电解生产对电流的要求, 保证其能量平衡。

1.2 电解槽工作电压

槽电压是指电解槽能维持正常工作的最低电压, 不同的电解槽的阳极压降、阴极压降、槽周母线压降、分解与极化压降、电解质压降、效应分摊压降也有所不同。阳极压降随阳极的电阻和铁—碳接触情况而变化;阴极压降与阴极电阻、阴极碳块、阴极钢棒组装质量和炉底表面洁净度有关;分解与极化压降随Al2O3浓度稍有变化;电解质压降随电解质成分、电解温度、极距变化;效应分摊压降随持续时间而增高。在正常生产期主要着眼于随槽况变化的阴极压降、电解质压降和效应分摊压降的控制。阳极压降、母线压降主要由阳极生产单位和筑炉材料生产单位来保证, 电解槽工作电压是指除去效应分摊电压之外的其他项的总和。

所以在正常生产期间, 每个电解槽的电压并不绝对一致, 要根据管理人员的测试结果, 依据实际情况人为设定。效应分摊电压值大, 说明效应次数多或持续时间长, 小则说明效应次数少或效应迟发。效应系数大且分摊电压小时, 说明效应时电压低, 反映出电解槽状况不良。

在电流恒定的情况下, 电压是调节电解槽能量平衡最重要、最易实现的方法之一, 因此, 电压的管理实质主要是电解槽能量平衡的管理。通过变更设定电压实现对电解槽电压的变更, 但实质是增减极距来变更电解质电压降。电解质电阻与电解质成分和过热度有关, 还与电解质的洁净度有关, 电解质中碳渣量大, 悬浮固体Al2O3量大, 电解质电阻越大。当槽电压恒定, 但炉底、阳极电压降增高时、或电解质电阻变大时, 极距呈现确定的线性对应关系, 在实际中应尽量保证阳极压降、阴极压降、电解质电阻接近设计值, 并使这些指标稳定。

在下列情况时需要升高设定电压:①电解槽热量不足, 效应多发或早发;②电解质水平连续下降, 需要大量投入氟化盐提高电解质高度而补充热量时;③槽帮变厚, 炉底出现沉淀时;④出现电压摆动 (即针振) 时;⑤铝水高度超过基准值10 mm以上时;⑥在8 h内换极2块时;⑦系列较长时间停电, 恢复送电后;⑧出现病槽时。

在下列情况时要降低设定电压:①电解槽热量过剩, 效应迟发时;②铝水平连续在上限基准之上时;③投入的物料已熔化, 无须再补充热量时;④针振消失后;⑤炉底沉淀消失时;⑥病槽病况好转或消失时。

设定电压更改的标准幅度应为:4.5 V以上时, 每次0.1 V;4.4～4.5 V时, 每次0.05 V;4.3～4.4 V时, 每次0.03 V;4.3 V以下时, 每次0.02 V。

针对病槽和大量投入冰晶石提高电解质水平的情况, 每次电压更改幅度可以在0.2～0.5 V。在电解槽恢复过程中, 应根据情况及时调整, 否则会因热量不平衡恶化槽况, 待电压摆动停止后应及时恢复设定电压。其他情况的变更应按“疗程”原则进行调整, 即3～5 d, 此时必须施行其他调整热平衡的措施 (如调铝水平和极上保温料) , 不能单靠变更电压来维持。严禁在无干扰因素的情况下每天变动电压。

1.3 电解温度

电解温度系指电解质的温度, 它是生产过程中极为重要的技术指标, 在生产中应最大限度地保持温度恒定不变, 保持稳定的热收入, 其他技术参数都要围绕温度的改变而改变。电解温度的高低又取决于电解质的初晶温度, 因为电解温度要比初晶温度高10～150 ℃, 而初晶温度又取决于电解质成分的组成。若在生产中电解质成分已定, 其初晶温度较高时, 单纯地为取得低电解温度而降低电解温度, 不但达不到高电效的目的, 还会适得其反。这是因为电解温度过低, 造成电解质黏度增大, 密度增加, 电导率下降, 氧化铝的溶解度降低, 铝液与电解质分离困难, 电解质中的碳渣分离困难, 造成铝的损失所致。因此, 要想保持较低的电解温度, 就必须从调整电解质成分入手。可采取添加氟化镁、氟化钙或氟化锂、氟化铝的方法, 达到降低电解质初晶温度和电解温度的目的。其次, 要与其他各项能引起电解温度改变的技术参数的电流强度、槽电压、铝水平、电解质水平、极上料的调整相配合, 才能达到目的。

1.4 电解质成分和分子比

电解质成分主要由熔融的冰晶石和溶解在其中的氧化铝和添加剂组成。所占比例:冰晶石82%～90%, 分子比2.0～2.6, 氧化铝2%～5%, 氟化钙4%～6%, 氟化镁3%～5%, 氟化锂2%～3%。电解质的成分决定了电解质的性质。冰晶石对电解质的物理性质影响最大, 在铝电解生产中多采用酸性 (含有游离氟化铝) 电解质。肉眼观察:碱性, 液体呈亮黄色, 表面结壳坚硬, 很致密;中性, 液体呈橘黄色, 表面结壳较硬、致密;酸性, 液体呈深红色, 表面结壳较酥松, 有空隙;弱酸性, 液体呈暗红色, 表面结壳酥松, 有空隙。为便于管理、调整电解质的成分, 要分阶段、周期性地对其进行全面分析, 判定初晶温度, 确定电解温度, 提高电效, 节约能耗, 稳定技术条件。

1.5 电解质水平和铝水平

不同的槽型及同一槽型每台槽, 都有其最合适的电解质水平和铝水平, 同时也与其他技术参数和操作制度有着密切联系。电解质水平高时, 电解槽有较大的热稳定性, 电解温度波动小, 增大了阳极和电解质的接触面积, 能使槽电压减小。但电解质水平过高时, 则使阳极浸入电解质过多, 阳极气体不易排除, 造成电流效率下降、阳极底掌消耗不均或长包。电解质水平低时, 电解槽的热稳定性差, 氧化铝的溶解性差, 易产生沉淀, 效应增多;温度过低时, 易出现电解质表面过热或出现病槽, 造成电流效率下降。

铝水平过高或过低对电解过程都有影响。铝水平过高, 散热量增大, 会使槽底发冷, 沉淀增多或结壳, 电解质水平降低。铝液水平过低, 阳极浸入电解质过深, 使电解质温度上升, 槽四周结壳熔化, 槽底沉淀或结壳熔化, 炉膛扩大, 电解质水平升高, 阳极气体排出困难。铝水平过低时, 铝液稳定性差, 最易出现槽电压摆动, 造成电流效率下降。为此, 无论电解质水平和铝液水平都应适时调整, 才能有较高的电流效率。

1.6 极距

铝电解气体析出是引起电解质摆动的重要原因极距大时, 则摆动的幅度小, 槽电压升高, 电流效率下降;极距小时, 摆动的幅度大;极距极小时, 会使电流效率明显降低, 且槽电压摆动, 表明铝液波峰与阳极短路。所以, 为了节省槽电压而降低极距, 宜谨慎从事, 有时候会适得其反。在生产过程中必须保证换极质量, 及时对阳极消耗不一的极距进行调整, 配合其他技术条件, 才能提高电流效率。

1.7 阳极效应系数

阳极效应发生时, 耗费大量的电能, 目前提倡无效应生产或者低效应系数, 是降低电耗的有效途径。但在实际生产过程中很难实现, 即使如此还是应该最大限度地减少效应次数和效应时间, 控制好氧化铝投入量的偏差。用最短的时间熄灭效应。效应系数的确定应考虑工艺技术参数从不同方面对电解过程产生的影响, 它们之间既密切相连又互相制约, 应权衡利弊, 在保证电解温度的前提下能够发挥其综合作用, 使电解槽生产稳定, 才能获得较好的技术指标和经济指标。

1.8 氧化铝浓度

氧化铝浓度是指氧化铝在电解液中的含量, 生产中需加入的量原则上应等于消耗量, 其投入量应根据电流强度、电流效率、氧化铝单耗而确定, 使之能够完全溶解于液体电解质中, 满足电解过程的连续消耗。既不能过量又不能欠量, 过量则沉淀结壳, 槽底变冷电效降低, 甚至病槽, 则使槽欠量升温, 电能空耗, 效应多发、耗费电能, 同样电流效率下降。目前正常投料是由槽控机根据氧化铝浓度控制加料时间和加料量的, 实际生产中由于人为、设备、管理等因素, 在以下情况时, 还需要人为变更投料间隔时间:

(1) 缺料效应频发时, 需缩小下料间隔时间, 或因物料过剩不发或迟发效应时, 需要延长加料间隔时间。

(2) 病槽电流效率低时, 需延长加料间隔时间, 好转后恢复正常。

(3) 由于某种原因 (换极、加工等) 已向槽中加料时, 需延长加料间隔时间, 一旦投入的料消耗, 恢复正常。

(4) 氧化铝容重减小时, 需缩短间隔时间;容重增加时, 需延长间隔时间。

总之, 以上技术条件是密切相连、相互作用的, 某一指标的变化与调整都将会带动其他技术条件的改变, 所以调整时均应考虑这些因素的存在。应跟踪监视, 一旦达到所需求的标准指标时, 应随即恢复正常, 否则不但达不到调整的目的, 还有可能破坏了其他的技术条件, 在解决问题上很被动。如果事先有了设定改变, 用指标控制问题的出现或发生, 主动制止问题的出现, 方能取得较好的效果。

2 加强电解铝生产的管理措施

2.1 落实工艺制度

在生产过程中除了以技术条件的指标调整控制外, 还要有与其相匹配的工艺制度、管理制度相结合, 各项技术指标才能得以实现。例如换极时间、换极质量、边部加工和加工质量、卡具压降、吸出偏差、阳极组装等指标都可以用工艺制度落实。工艺制度落实的关键在于考核, 通过考核, 与利益分配挂钩:量足质量高, 应多得利益;欠量质量差, 应少得、不得或受处罚, 通过制约激励机制, 调动每一位作业人员的工作积极性。

2.2 建立技术过硬的管理人员队伍

能否把职工队伍带好, 关键在于有没有一支技术过硬的管理人员队伍, 有了一支技术过硬的管理人员队伍, 又大胆负责, 不怕吃苦, 与职工做朋友, 职工才能拥护, 发出的命令才有人执行、落实, 才能做好各项工作。

3 结语

(1) 在技术方法上促进铝电解生产。

通过对铝电解生产影响因素的分析, 在保证电解槽操作质量的前提下, 努力改善技术条件, 使电解槽能在长期稳定的状态下工作, 获得较高的电流效率和较低的能量消耗。

(2) 在管理制度上保障铝电解生产。

铝电解生产效益 篇5

随着我国电解铝工艺技术不断改进, 电流强度近年连续提升, 目前400k A电解槽基本普及, 500k A电解槽也已试运行, 使得电解厂房内的磁场环境更趋复杂化。然而企业还是按原有设计思路和采样方式使用槽控机, 加之新建铝厂急于投产, 导致槽控机故障增加。目前国内槽控机基本由动力箱和控制箱 (逻辑箱) 组成, 其中动力箱主要完成槽控机的输入/输出、供电、检测和硬件保护功能, 动力箱虽然结构简单, 使用常见电气元件, 但处于电解厂房高粉尘、强电流和高磁场环境下, 槽控机80%以上故障都出现在动力箱, 而且故障原因往往比较隐蔽, 如某些电气元件在现场不能使用, 但实验室测试一切正常。下面就某铝厂400k A电解系列槽控机控制技术在铝电解生产中的应用做一介绍。

1 控制系统整体结构

本厂铝电解槽控制系统采用的是多级分布结构, 上位机监控系统以数据为中心, 车间一级的控制系统采用总线互联, 在原350k A电解系列控制系统基础上增加了基于无线通信的移动式信息监控系统, 方便现场人员调用生产管理信息。

采用CAN总线协议, 槽控机内部结构多CPU智能分布式网络结构形式使得槽控机的电路板的数量较之前“大板结构”槽控机的电路板数量下降, 缩减了各电路板之间用于数据交换的连接线。

2 槽控机技术介绍

槽控机有主模块、采样模块、操作模块、液晶板、触摸开关板、采集板 (动力部分内) 6块电路板构成。其中主模块、采样模块、操作模块、液晶板都包含有由看门狗、微处理器、可编程外围芯片以及CAN总线通信器件构成的电路;采样模块和操作模块采用内部CAN总线与主模块相连, 液晶板采用高速串行总线与主模块相连, 构成内部控制网络, 这四个智能模块的作用是:采样模块:槽控机的“感官”, 完成槽电压和系列电流的采样, 并进行槽电阻计算, 信号滤波等预处理。主模块:是槽控机的“大脑”, 智能多环协同控制的核心软件安装在主模块中;除此之外, 主模块还具有接收开关板的输入信号、实现与外部设备 (上位机) 的数据交换等功能。操作模块:是槽控机的“手足”, 完成所有对动力单元的输入/输出操作, 如阳极升降、打壳、下料等动作信号的输出以及执行情况的检测输入。液晶显示模块:是槽控机信息输出的人机交互接口, 能以图形及虚拟面板的方式显示槽控机的各种控制信息。多个微控制器并行运行、协同工作的方式一方面可使基于嵌入式技术的控制器性能大大提高;另一方面可有效地解决控制器结构简洁与功能分布之间的矛盾, 既克服基于并行总线的插板式控制器接插点过多的缺点, 还克服大板式控制器故障风险过于集中的缺点, 使控制器特别适合于在高温、高粉尘和强腐蚀性的环境中工作;此外, 智能化模块之间的互检能力使控制器的自诊断功能大大提高;模块化、网络式的结构为未来软件升级与硬件扩展创造了条件。

3 在400k A电解系列应用中的改进

在某铝厂350k A操控系统基础上, 该槽控机增加了如下功能, 更加安全且便于现场巡槽人员对槽历史状态的监测。

(1) 在显示面板上有二组大字符数码显示管, 分别用于显示系列电流、槽电压。

(2) 除显示面板上有12个常用功能显示的发光二极管外, 7寸彩色高分辨图形液晶提供了更加人性化的槽控机信息输出接口, 能以图形及虚拟面板的方式显示槽控机的各种控制信息。

(3) 一套无触点触摸开关, 接收现场操作人员的人工输入命令。槽控机具有联机、自动、手动和纯手动四种操作方式。

(4) 大字符LED槽电压表, 提供独立于槽控机采样通道的槽电压显示, 便于现场操作工通过比较两路电压显示值之间的差异, 发现电压采样偏差过大的情形。

(5) 机箱设计方便维修和安装, 箱体与柜门制作规则、平整、不得有机械变形, 柜门、密封门锁、门把手安装牢固, 柜门开、关灵活, 箱体防护等级IP54。槽控机底板与箱体绝缘电阻在环境温度20±5℃和相对湿度为90%的情况下, 绝缘电阻>30MΩ以满足VDE绝缘标准。

4 槽控机维护介绍

目前, 某铝厂400k A电解系列有288台电解槽, 控制系统的车间控制级采用“一对一”分散控制, 每台电解槽配置1台智能槽控机。管理电算站点配备正副主任两名, 分别对口负责软、硬件维护管理工作。技术人员3人, 负责固定对槽控机通讯线路、通讯箱、语音广播、指令电话、地沟电缆、防雷等巡检, 定期存储数据、维护上位机病毒查杀等工作。日常维护人员分四个小组, 按照一人作业一人监护要求, 现场作业最少需要俩人配合, 上位机实时监控另需一人, 故每个检修维护小组配备三人, 小组成员要求大专以上学历。根据电解生产现场实际环境和槽控机运行情况, 槽控机维护人员在处理当班期间突发性故障的同时, 需日点检效应灯、槽控机按钮、绝缘套管、槽控机箱体、联机通讯灯、槽压表、液晶屏、数码显示、操作板、工艺状态显示灯、VF显示灯、照明检查、箱体内逻辑部分插头等, 周检槽控机箱体对地绝缘、槽电压、回转计 (机械计数器) 读数并完成校对工作, 紧固松动和箱体吹灰。上位机监控人员完成工控机和服务器的日常点检, 保证服务器操作系统和数据库文件无缺失数据传输正常, 信号分配器数据正常显示。

因400k A电解系列控制系统集成度较350k A电解系列大大提高, 在人员维护方面, 克服了之前使用较多电路板, 连线复杂易产生故障且故障排查困难的特点, 大大降低了日常检修维护工作量。

5 小结

通过某厂的生产实践, 该控制系统基本上达到了预期的设计目标, 控制技术及响应反馈及时, 但现场作业复杂, 很多问题还需要经验丰富的区长进行人为调控, 确保电解槽稳定。随着工业化生产进程, 智能模糊控制技术在不断的发展, 新的工艺技术条件下, 不同目标如:低电耗、高电效、低排放、高稳定等矛盾与冲突更加突出, 结合我国现行低电压电解思路, 对电解操作提出更高要求。建议槽控机控制技术应根据现场实际情况, 结合各种外界因素, 增加专家库中各大铝厂生产过程中的真实数据和相应处理措施, 使其决策方向更为广泛和实用。总之, 今后的槽控技术发展, 个人想法会逐渐趋于“傻瓜式”相机模式, 为更多企业接受, 同时拥有超强的抗干扰能力。

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铝电解生产效益 篇6

一、预焙铝电解槽槽帮的作用

铝电解槽正常生产的一个重要内部标志是它的槽膛内型规整稳定。由电解槽侧部炭块内壁和底部炭块表面形成的空间, 称为槽膛。在铝电解过程中, 侧部炭块内壁上沉积着一层由刚玉 (α-Al2O3) 和冰晶石组成的结壳, 它分布在阳极的周围, 形成一个椭圆的环, 称为“槽帮”。它是电解槽的重要组成部分, 是电和热的不良导体, 它的规整与否直接决定着该电解槽能否取得好的生产指标和较长的使用寿命, 具体表现为:

第一, 保护电解槽的碳素内衬。由于槽帮的特殊构成, 使得它在电解槽侧部炭块、人造伸腿以及底部砸缝表面上, 形成一层良好的保护层;它耐高温、抗腐蚀, 可有效地防止由于电解质或铝液的冲刷而造成的机械磨损, 降低由于内衬破损引起的漏槽发生机会, 从而延长了电解槽的使用寿命。

侧部槽帮形成不好, 直观表现为侧部钢板发红, 主要是由于电解质的过热度偏高, 槽帮熔化, 侧部材料完全暴露在腐蚀性极强的电解质中, 久而久之, 造成侧部发生破损。有的电解质还会深入到阴极钢棒, 熔化部分阴极钢棒和耐火砖, 使原铝中铁含量有不同程度的上升。

第二, 调节电解槽的热平衡和物料平衡。铝电解槽的稳定生产主要由两大平衡来维系, 即热平衡和物料平衡, 槽帮在保持两个平衡方面发挥着重要的作用。当槽温升高时, 槽帮减薄散热, 阻止槽温升高;当槽温降低时, 槽帮增厚, 阻止热量散失, 并多发AE提温。当Al2O3浓度下降时, 槽帮减薄阻止浓度下降;当浓度升高时, 沉淀增多、槽帮增厚阻止Al2O3浓度的过饱和。

二、采用“五高一低”新工艺, 促进铝电解槽早期槽帮的建立

启动槽的非正常期管理, 虽然时间不长但却对以后的正常生产起着决定性作用, 尤其是对电流效率和槽寿命, 影响非常大。

预焙铝电解槽的槽帮主要是靠早期建立。启动后的非正常期管理, 目的就是要建立正常生产槽所必需的一切, 创造出良好的先天条件, 管理起来也才能够得心应手, 实现高效、低耗。一旦错过这个机会, 以后的生产中反而很难再次形成槽帮。虽然也进行边加工, 但作用不同、工作被动, 会给今后的生产管理带来很大的不利。槽帮的形成需要一个较长的过程 (约3个月) , 图1是启动一个月后电解槽的槽帮形成状况:

启动三个月后槽帮才能基本建立形成, 如图2所示:

槽帮建立的好坏, 是电解管理的重中之重, 将直接影响槽寿命期间的生产情况。所以, 电解槽焙烧、启动后的非正常期管理至少需要3个月的时间, 才能较好地形成规整的槽帮。

采用高分子比、高温、高效应系数、高电解质水平、高电压、低铝水平的“五高一低”工艺制度, 可以很好地实现这个目标。

第一, 高分子比 (正常生产时为2.25~2.35) 。槽帮的性质主要取决于电解质的成份。在低分子比情况下, 不管什么槽温建立起来的槽帮, 其熔点都是偏低的, 只有当分子比较高时, 建立起来的槽帮熔点才高, 才能抵御一般意义上的热冲击。

要建立这样坚固的槽帮, 最好是用高分子比冰晶石进行焙烧, 它能防止因加碱, 造成阴极内衬吸钠不均匀而导致的偏析。另外, CaF2、MgF2是良好的矿化剂, 适当的添加可加速γ—Al2O3向α—Al2O3转变, 形成含有80%α—Al2O3的槽帮, 且可以促进炭渣与电解质更好地分离。在高分子比的前提下, 这样建立的槽帮会更加的坚固、槽膛会更加的规整, 经得起以后正常生产期间的温度波动。

第二, 高温 (正常生产时为945-955℃) 。温度控制在启动及非正常期管理中也很重要, 240KA预焙槽焦粒焙烧72h后, 槽温可达到850℃以上。

启动后的前7天, 槽温应控制在980℃-1000℃, 槽温一旦超过1050℃, 则很危险。某厂曾经有两台240KA预焙槽, 启动后由于控制不当、槽温偏高, 导致阳极钢爪的磷生铁熔化, 造成大面积的脱极, 不得不停槽。另外, 在焙烧启动及非正常期管理中, 槽温不能低, 要保证槽内各个部位均匀受热, 避免冷区的存在, 否则将给今后的生产带来麻烦。

要防止早期破损, 电解槽的槽温就必须缓慢地、循序渐进地下降, 而不能一步到位。非正常期管理中, 必须维持适当的高温:980℃-1000℃;三个月后, 钠的渗透已减小, 表层炭块对钠的吸附以及电解质的渗透, 也基本达到了饱和。“吃饱喝足”之后, 炭块基本石墨化, 此时钠的膨胀应力达到最大值, 大大地削弱了钠及电解质向阴极炭块、侧部炭块侵蚀的速度, 于是就可以慢慢地把槽温降下来了。

早期偏低的槽温对槽寿命危害很大, 非正常期的高温主要是针对槽寿命, 但对槽帮的形成也有潜在的、正面的影响。从第4个月开始, 才允许慢慢地降到正常生产槽的温度。

第三, 高效应系数 (正常生产时为≤0.3) 。调整效应系数的具体做法见表1。

高效应系数不仅补充电解槽在启动后期管理中的热收入, 消除槽底沉淀、避免结壳, 还能有效地清洁阳极底掌, 促进炭渣更好地分离。

第四, 高电解质水平 (正常生产为20cm-22cm) 。高电解质水平有利于槽邦的建立, 更重要的是可以提高Al2O3的溶解能力而防止造成沉淀;如果在非正常期就出现沉淀、结壳, 以后正常生产中就很难熔化掉, 使槽底压降大幅升高。

在非正常期, 由于槽帮的逐渐形成, 电解质收缩得很严重, 因此要及时补充冰晶石, 保证灌铝时电解质水平保持在30cm-35cm之间;经过三周后电解质水平就可降到正常的设定值, 具体做法见表2。

第五, 高电压 (正常生产时为4.15v-4.20v) 。高电压主要是根据高电解质水平、高槽温而定的。但槽膛的建立, 归根结底还是要通过降低槽电压、减少热收入的方法来实现。

启动初期的电解槽, 还没有形成稳定的槽帮, 高温电解液冲刷侧部炭块和人造伸腿, 容易使其早期破损, 特别是对于人造伸腿、底部砸缝的危害更大。为了减少渗铝的可能, 只有尽快形成电解质结壳槽帮, 才能阻断渗铝通道, 减小电解槽早期破损的概率, 因此高电压的设置时间不能太长。启动后, 经过两周槽电压就可降到正常的设定值, 具体做法见表3。

第六, 低铝水平 (正常生产为19cm-21cm) 。在焙烧、启动中, 必须使投入的固体物料充分熔化, 槽温更应高于正常生产时的温度, 否则固体物料将沉淀于槽底。灌铝后会造成槽底温度的降低, 使其更加难以熔化, 在槽底结成坚硬的结壳。由于启动槽的散热损失较大, 槽内衬在启动后3个月内还会吸收大量的热能, 低铝水平可以减少散热。

三、结束语

第一, 预焙铝电解槽早期槽帮的建立直接关系到电流效率的高低和槽寿命的长短。

第二, 采用高分子比冰晶石焙烧和非正常期“五高一低”的新工艺, 槽膛可在高分子比、高温条件下建立起来, 形成的槽帮坚固、持久, 经得起正常生产期间的温度波动。

第三, 保持工艺技术条件的稳定、提高电解槽的操作水平, 可减少槽帮再次被熔化的机会。

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铝电解生产效益 篇7

1 节能型电解槽内衬特点

内蒙古霍煤鸿骏铝电公司扎哈淖尔分公司400k A系列分南北两栋厂房, 目前每个厂房在产的电解槽分别是110台普通槽和20台节能型电解槽 (以下简称节能槽) 。本文主要对北厂房20台节能槽和110台普通槽进行比较。该槽由沈阳铝镁设计院设计, 其中内衬方面与普通槽的主要差异, 是使用了异形阴极钢棒和陶瓷纤维板保温材料。

1.1 异形阴极钢棒

普通电解槽钢棒尺寸为2050×180×100 (单位:mm, 下同) , 而节能槽使用异形阴极钢棒, 尺寸为2050×240×100, 且与普通槽阴极钢棒明显区别在于该钢棒有870×100×5的通透缝, 见图1, 缝内用重质浇注料捣固填充。该钢棒对抑制水平电流、减少阴极压降方面作用明显。

1.2 内保温材料

节能槽与普通槽在内衬方面最大区别, 是在筑炉时分三处使用陶瓷纤维板保温材料。第一处在侧部复合块上, 普通槽为氮化硅结合碳化硅块复合异形炭块;但节能槽使用的复合块, 在氮化硅结合碳化硅块与槽壳接触面, 开两个25×265×340凹槽, 将15×265×340陶瓷纤维板镶嵌到凹槽中, 然后在陶瓷纤维板外侧用粘接剂将10×265×340氮化硅结合碳化硅板固定密封, 见图2。从电解槽热平衡角度分析, 该复合块在减少电解槽侧部散热、加强电解槽保温方面作用明显, 从而对电解槽减少热收入即降低工作电压意义较大。第二处在槽壳底部, 即紧贴槽底钢板铺设一层δ10的陶瓷纤维板;而普通槽使用的是石棉板。使用陶瓷纤维板目的在于减少槽壳底部散热。第三处在钢棒窗口部位, 即在干式防渗料平面上, 紧贴槽壳立贴一层δ30的陶瓷纤维板, 高度为315mm;此处使用陶瓷纤维板意在减少阴极和钢棒处散热。

2 节能槽焙烧启动及后期生产情况

SY400k A节能槽于2012年9月开始启动。焙烧启动期间所有工艺条件与普通槽保持完全一致。

2.1 启动前装炉

铺焦标准:角部极焦粒、石墨碎混合配比7:3, 其他部位8:2;焦粒粒度2~5mm, 石墨碎粒度1~4mm, 混合均匀, 铺设厚度20mm。

装填物料:铺焦挂极结束后装炉, 按如下步骤进行:在槽四周人造伸腿上铺撒一薄层氟化钙, 然后砌筑电解质块, 在砌筑期间加一层纯碱, 上方覆盖一层冰晶石;阳极四周和极上装满冰晶石和电解质块, 物料填充至钢爪下沿。物料用量见表1。

2.2 通电焙烧

通电后电压降至3.8V以下时, 逐步拆除铜分流片, 且优先拆除角部分流片, 焙烧电压维持在2.3-3.0V之间。通电焙烧到达6整天后, 向槽内加5-6t液体电解质, 阳极中缝电解质高度超过20cm, 温度超过900℃, 电解槽具备启动条件。焙烧期间温度测量结果变化 (以6117#槽平均温度变化为例, 采用9点测量) 见表2, 升温曲线见图3。

2.3 启动及启动初期管理

启动前, 阳极中缝电解质高度超过20cm, 阳极挂钩后, 将电压上抬至7-8V, 逐步将装炉料推入极下熔化, 充分打捞碳渣。24小时后, 电解质高度超过45cm, 槽温在1000~1100℃之间, 灌铝10t, 启动工作完成。启动初期, 分子比和电压控制及降幅按表3保持。

启动初期电压和分子比控制方面, 节能槽与普通槽完全保持一致。特别是设定电压的降幅, 按照先快后慢的原则, 在启动36天后即降至正常水平3.85V, 以尽快实现低电压生产运行。启动后前三个月, 电流效率分别按82%、85%和89%保持, 铝水逐渐提至20cm左右, 电解质由35cm以上逐渐降至17~20cm之间。

2.4 正常生产后技术条件保持

节能槽2013年1月份转入正常生产期, 主要技术条件保持见表4。

上述工艺参数与同时期 (均为启动后第五个月起数据) 普通槽参数基本一致, 在实际生产中运行平稳。

3 节能槽与普通槽主要经济技术指标对比

节能槽转入正常期生产后, 各项工艺条件与普通槽保持完全一致, 将2013年全年主要经济指标与普通槽对比如表5所示。

另节能槽炉底压降与同时期普通槽相比, 平均低10-15m V, 在相同工作电压下, 可进一步释放极距。

从表5和表6可见, 节能槽电流效率比普通槽高出0.5%, 直流电耗平均降低37kwh/t.Al, 在节能方面有明显的优势。

4 结论

本文所述SY400k A节能槽仅为众多节能槽中的一种类型, 通过介绍其设计特点、生产实践过程和节能优势, 向同行业分享。目前在国家节能减排政策的指引下, 使用节能槽生产是必然趋势, 该节能槽就是一种尝试和探索, 在进一步优化设计后, 节能优势将更加明显。

参考文献

[1]刘业翔, 李劼等.现代铝电解.第1版[M].北京:冶金工业出版社, 2008