预焙阳极铝电解槽噪声值控制研究范文

摘要:预焙阳极铝电解槽噪声值的大小能够准确反映电解槽的冷热态势、操作质量的好坏、运行曲线的平稳度和电流效率的高低。本文通过对200kA电解槽生产实践，总结出噪声值控制在18～26mV之间时，电压摆动不大，效率平稳、炉膛变化小，是电解槽生产的理想控制范围。提出噪声值小于理想范围的处理方法和噪声值大于理想范围时，降低噪声值的方法和处理措施。

关键词:铝电解槽;噪声值;方法;措施

预焙阳极铝电解槽的噪声值指的是电解槽水平电流与垂直磁场相互作用，产生的电磁力引起的铝液波动状况，是电解槽复杂系统中综合工作的再现，能够准确的反映电解槽运行情况。噪声值的判定是依据槽控机在一分钟内槽电阻变化最大最小差值做出的，5分钟为一个判定周期。噪声值的基本计算为:噪声值=槽电阻差值×名义电流=〔(槽电压最大值－1.65)/实际电流－(槽电压最小值－1.65)/实际电流〕×名义电流。。噪声值是传统意义上针振和摆动的统称但又区别于针振摆动噪声值的大小与阳极质量、电解质成分变化、氧化铝质量、物料的平衡、磁场的影响、能量的平衡、炉膛和伸腿的大小、炉底的平整程度以及电解槽的管理控制、人员操作水平等因素息息相关。噪声值小于14mV时热平衡遭到破坏，电解槽显热，过热度偏大，炉帮融化，炉帮变薄或消失，槽温上升，铝的返熔增大，电流效率下降，电耗升高。噪声值长期大于40mV，电解槽槽况明显走冷，电流无法实现均匀分流，炉底结壳增加、炉膛发生变化，铝液波动加剧，历史曲线变差，电压升高，操作不当时就会出现滚铝〔1〕。所以保持适当的噪声值对于稳定槽况，提高效率，降低电耗意义重大。

1噪声值保持范围的确定

技术人员通过对某公司200kA电解系列141台电解槽各类槽型，各个槽龄段噪声值的长期统计对比发现，噪声值的大小与炉膛和炉底压降的升降变化关系密切，同时直接影响着曲线平稳度，影响着平均电压和电流效率的高低。大量的生产数据证明，噪声值小于14mV，电解槽温度升高，过热度偏大，炉帮熔化变薄甚至消失，钢窗温度升高，甚至发红，铝水平急剧下降，导致电流效率大幅降低，电耗升高。长期噪声值大于40mV，炉底压降大幅上升，炉底结壳变厚，角部伸腿肥大，壳面变厚，氧化铝熔解能力急剧下降，效应频发，换极、出铝后历史曲线变粗，目标电压自动上抬，工作电压持续上升。通过对电流效率、工作电压、槽况、工作难度等因素的综合评价和分析，得出的结论是电解槽噪声值偏大或偏小从根本上讲，是热平衡出了问题。200kA电解槽噪声值在18～26mV之间时，热收入和热支出能够达到相对平衡，历史曲线平稳，炉底压降稳定，炉膛规整，电流效率能够恒定且保持较高，综合效益较佳，有利于电解槽长期平稳高效运行。事实证明传统观念里电解槽噪声值越小越好的思想是不成立的。

2噪声值的影响因素和控制思路

电解槽是一个复杂的被控对象，槽温、分子比、电解质体系、氧化铝浓度、NB下料间隔、两水平、电压、系列电流、效应系数、极距、物料品质等因素都影响电解槽的控制难度。电解槽的日常操作如出铝、更换阳极等工序必须由人工操作，而且这些工序对过程状态产生很大影响，加之这些重要状态参数无法在线连续检测，因此无法准确建立起完整的数学模型。直到目前，国内大多数生产厂家仅由槽电压(V)和系列电流(I)可在线采集，其它数据只能通过计算、假设和设定得到体现。尽管铝电解槽是一个复杂的多变量体系，但它也具有有利于操作和控制的特性，具有较强的自平衡能力。铝电解槽自平衡能力主要表现在炉膛和壳面可随温度的变化而改变，且槽内熔体处于较强的对流状态。因此通过创造一个次要因素少变或不变的环境，将一、二个可变参数控制在一定的范围内便可达到支配过程整体的目的［2］。事实证明铝电解槽自平衡能力和抗干扰能力的强弱与槽型设计、槽龄、状态和工艺技术条件等有关。从根本上想要稳定电解槽噪声值在理想范围内，离不开科技的进步和技术创新。第一，近年来，某公司试验槽浇铸阴极技术电解槽平均电压3.835V，电流效率较高，直流电耗大幅降低并且噪声值在18～26mV之间运行的事实证明了新技术、新材料的应用能够优化指标且自平衡能力和抗干扰能力得到增强。第二，通过对200kA预焙电解槽大量的生产实践证明，噪声值是衡量电解槽是否稳定的最重要标志。合适的噪声保持范围，能稳定槽况，提高效率。长远来看，噪声值偏大或偏小都对槽况的稳定和效率的提高很不利。

3噪声值偏小的处理方法

噪声值偏小，尤其是噪声值小于14mV时槽温持续上升，过热度越来越大，炉帮融化，炉帮变薄或消失，铝的返熔增大，电流效率下降。噪声值出现偏小，第一，要查看分子比是不是发生波动。如果分子比波动大，应及时增减氟盐投量，把分子比控制到技术标准范围内再观察。第二，如果分子比在技术标准范围内噪声值还在减小，很可能属于热平衡遭到破坏引起的。就必须从热量的收入和支出两方面综合考虑。方法是降低设定电压和减少出铝量或往电解槽内灌入一定量的铝水，达到提高铝水平高度缩小过热度，降低槽电压达到降低槽温的目的。第三，要重视原料，防止原料发生变化引起噪声值降低。第四，因其它技术条件搭配欠佳或操作质量不高引起的碳渣过多和阳极长包也会出现噪声值偏小。当高温阳极长包直插铝水中，电解槽出现“火炉”源现象，电流会集中从长包处导入铝水中，电流效率急剧下降，槽温急剧上升也会出现噪声值偏小，当病变阳极从电解槽拔出的瞬间噪声值会从偏小直接转变为偏大，电压出现大幅上下摆动。需要重点说明的是，不管因何原因出现碳渣增多都要利用换极、出铝、打开壳面等一切机会加强碳渣的打捞降低槽温。实践证明:通过增加铝量加强散热、降低电压减少热收入实现电解槽热平衡，及时消除阳极长包病变、打捞碳渣降低槽温等办法能快速有效的把偏小的噪声值及时纠正到噪声值理想范围内。

4噪声值偏大时，降低噪声值的方法和处理措施

噪声值偏大的原因从理论上讲是在磁场作用下，由于槽内熔体内、外作用力影响使电解质和铝液界面形状发生改变，造成极距发生变化，电流分布不均而引起电解槽检测电阻或电压时发生周期波动的一种槽况不稳定性。对于电解槽熔体来说，电磁力是影响金属铝液运动状态及其界面形状的主要因素，当电解槽内部的水平电流过多时，就会使得铝液受到电磁力而上下波动［3］，在电解槽上的具体表现是噪声值偏大。在生产实践中，大部分噪声值偏大属于电解槽热平衡失调，热收入不足、热损失过大导致槽温过低造成的。首先，影响槽温的因素有很多，能够人为控制的条件主要是保持合理的两水平特别是铝水平，铝水平过高会造成电解槽散热过大，电解槽趋冷，槽温降低。通过加大出铝量，减少散热实现热量平衡，降低噪声值;铝水平过低阳极底掌与电解槽内伸腿、沉淀接触也会导致噪声值偏大，需要适当提高铝水平，减小铝液波动降低噪声值。所以铝水平过高或过低都能引起噪声的增大。其次是电解质中的氧化铝浓度。氧化铝浓度的控制除了和下料间隔(NB)有关外，还和操作质量有很大的关系，更换阳极过程中操作不当使大量物料进入槽内影响槽控机判断，使电解槽长时间的过量也会导致噪声值偏大。另外保温料添加不当会使电解槽散热加大，热量不足造成噪声值偏大。处理方法是加强各部保温，尤其要重视四个小头的冷区保温，提高保温效果，减少热损失实现热量平衡，降低噪声值。所以人员操作因素也是影响噪声值的重要因素。在实际生产中，噪声值偏大在所难免，当噪声值偏大时，会导致历史曲线紊乱，具体表现是曲线变粗，通过精准调整阳极能达到降低噪声值的目的，具体表现是历史曲线变细变平滑。因此，在操作过程中调整阳极的方法和技巧显得十分重要。调整时主要以关注四、五天换的新阳极和瞬间摆动大于5.0mV的阳极，并侧重阳极瞬间摆动大的，再考虑电流分布大的。单槽调整阳极一次不能超过两块。图1噪声值偏大，调整阳极前后效果对比

5结论

(1)噪声值保持在18～26mV之间时，曲线平稳，炉底压降稳定，炉膛规整，电流效率能够恒定较高保持且工人操作难度适宜，综合效益可观。同时有利于电解槽长期平稳高效运行。(2)想要从根本上稳定电解槽噪声值在理想范围内，必须走科技进步和技术创新之路。(3)在生产实践中，技术参数的合理匹配是控制噪声值到理想范围的前提条件。(4)操作质量和技术条件同等重要，曲线的稳定，离不开高质量的操作质量和高素质的职工队伍。(5)电解槽冷热态势与噪声值的大小密不可分，实现热量平衡是噪声值控制到目标范围的核心要素。电解槽趋冷，噪声值偏大;电解槽趋热，噪声值偏小。在实际生产过程中通过调整电解槽内的铝量、升降电压、增减保温等方式能把趋冷、趋热的电解槽快速的调整到热平衡状态。(6)及时、恰当的处理曲线，把偏大的噪声值控制到18～26mV之间是实际生产中稳定槽况、降低电压，提高效率最重要的方法。

参考文献:

［1］邱竹贤．预焙槽炼铝［M］．北京:冶金工业出版社，2005．

［2］蒋英刚．160kA预焙铝电解槽新型控制策略与方法研究［A］．王广稳．科海撷英，［C］．兰州大学出版社，2005:16－20．

［3］戴小平，吴智明．200kA预焙铝电解槽生产技术与实践［M］．中南大学出版社，2006．

作者：张佐邦 单位：中国铝业青海分公司