冶金冶炼
M etallurgical smelting
郑 斌
（广西华磊新材料有限公司，广西 平果 ５３１４００）
摘 要：铝电解生产过程中由于电解质成分和氧化铝性质波动、槽温变化等因素造成氧化铝溶解性能下降，以及风压、气缸等外部条件变化造成卡锤头、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。本文介绍了铝电解槽下料智能管控系统，实现对火眼通畅情况的检测，可以多次打壳，保证火眼畅通，如果出现严重卡堵系统处理不了的情况，将语音报警申请人工处理。该系统下料口状态判断准确率达９０％以上，可有效降低效应系数，降低劳动强度，降低效应分摊电压，提高电流效率，改善电解槽运行指标。 关键词：铝电解；下料；智能管控系统；应用
中图分类号：ＴＦ８２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２１）０７－０００６－２Development and application of intelligent control system for feeding of aluminum reduction cell
ZHENG Bin
浙江大学图书馆（Ｇｕａｎｇｘｉ Ｈｕａｌｅｉ Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｐｉｎｇｇｕｏ ５３１４００，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ， ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｌｕｍｉｎａ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ， ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｃｅｌｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ， ｔｈｅ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｌｕｍｉｎａ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｓｕｃｈ ａｓ ａｉｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ａｉｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｃａｕｓｅｓ ｔｈｅ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｏｆ ｈａｍｍｅｒ ｈｅａｄ， ｓｔｉｃｋｉｎｇ ｇｏｕｒｄ ｈｅａｄ ａｎｄ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ， ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｍａｎｙ ｃｅｌｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｎｄ ｉｒｒｅｇｕｌａｒ ｆｕｒｎａｃｅ， ｗｈｉｃｈ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｌｌ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｆｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ａｌｕｍｉ
ｎｕｍ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｃｅｌｌ， ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｕｎｏｂｓｔｒｕｃｔｅｄ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｅ ｈｏｌｅ． Ｉｔ ｃａｎ ｃｒａｃｋ ｔｈｅ ｓｈｅｌｌ ｆｏｒ ｍａｎｙ ｔｉｍｅｓ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｕｎｏｂｓｔｒｕｃｔｅｄ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｅ ｈｏｌｅ． Ｉｆ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｓｅｒｉｏｕｓ ｊａｍ， ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｎｏｔ ｈａｎｄｌｅ ｉｔ， ｔｈｅ ｖｏｉｃｅ ａｌａｒｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｌｌ ｂｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｍａｎｕａｌｌｙ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ， ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌａｂｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ， ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｓｈａｒｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ， ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃｅｌｌ．
Keywords: ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ；ｆｅｅｄｉｎｇ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
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。
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，
女港商刘娟
申请人工处理。
图1 下料口状态检测技术原理图
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。
通辽市工商局收稿日期：２０２１－０３
作者简介：郑斌，男，生于１９６９年，汉族，贵州贵阳人，本科，工程师，研究方向：铝电解行业机电一体化。
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冶金冶炼
M etallurgical smelting
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对苯乙烯磺酸钠
序号下料口位置系统判断真实状态是否准确
1A槽3号堵料堆料较多，锤头打不到底√
2E槽2号堵料锤头卡在下料口，只能小
幅度上下动
√
3D槽3号堵料有少量堆料，锤头打不到
电解质
√
4A槽2号堵料锤头卡在下料口，只能小
幅度上下动
√
5C槽5号堵料堆料较多，锤头打不到底√
6B槽1号堵料无堆料，但锤头打不到
底，下料口在减小
√
7E槽5号堵料有少量堆料，锤头打不到
电解质
√
8A槽4号堵料锤头卡在下料口，只能小
幅度上下动
√
9D槽1号堵料无堆料，但锤头打不到
底，下料口在减小
√
10A槽3号堵料锤头卡在下料口，只能小
幅度上下动
√
11D槽1号未堵无堆料，但锤头打不到
底，下料口在减小
╳
12B槽2号堵料有葫芦头，锤头打不到电
解质
√
13E槽3号堵料堆料较多，锤头打不到底√
14C槽3号堵料有大葫芦头，锤头沾不到
电解质
√gis
15A槽2号堵料堆料较多，锤头打不到底√
16D槽5号堵料有葫芦头，锤头打不到电
解质
√
17E槽1号未料有少量堆料，锤头打不到
电解质
╳
18B槽5号堵料有大葫芦头，锤头沾不到
电解质
√
19A槽4号堵料无堆料，但锤头打不到
底，下料口在减小
√
20D槽4号堵料有葫芦头，锤头打不到电
解质
√
21A槽4号堵料有少量堆料，锤头打不到
电解质
√
22A槽1号堵料无堆料，但锤头打不到
底，下料口在减小
√
23C槽1号堵料堆料较多，锤头打不到底√
24D槽3号堵料无堆料，但锤头打不到
底，下料口在减小
√
25B槽1号堵料无堆料，但锤头打不到
底，下料口在减小
√
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
平均电压
/V
电流效率
/%
效应系
数
效应分摊
电压/V
直流电耗/
kWh/t-Al
推广应用
新享乐主义论坛前
3.95491.840.1291712830
推广应用
后
3.94192.070.084912756
差值-0.0130.23-0.045-8-74
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。
[1] 刘业翔，李劼等．现代铝电解[M]．北京：冶金工业出版社，2008．
[2] 邱竹贤．预焙槽炼铝[M]．北京：冶金工业出版社，2008．
[3] 张久海，丁维力.“智能控制打壳系统”的研发与应用[J].中国有金
属.2019,(02)，64-66.
[4] 王天成.180kA铝电解槽打壳、下料系统方式的改造实践[J].有设
备.2010,(05)，26-30.
[5] 张强，戴小平，丁心耿.200KA铝电解槽打壳、下料气缸排风管消声装
置的研究与实施[J].噪声与振动控制.2007,(02):94-96.
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