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智能单点下料与精准效应预报研究

自 60 年代***开始大范围使用点式下料来对铝电解槽进行加料控制后， 配合基于槽电压与氧化铝浓度关系的现代铝电解下料控制基本方法实现了较好的电解过程控制效果。现今的铝电解槽下料系统，点式下料器及其下料系统已经在世界范围内得到普及，其基本的控制过程是由电解槽的控制系统按照一定的加工间隔打开或关闭电磁阀使压缩空气进入或排出打壳、下料气缸，促使气缸 完成相应的动作向电解槽下料，而浓度的控制则基于对槽电压的分析而判断槽内 氧化铝浓度，进而通过不同的加工间隔实现。对于过程的物料浓度控制，完全取 决于下料间隔的大小和不完全可控的下料器精确程度。铝电解槽从小型发展到大 型以及超大型槽的过程中，无论是材料、控制、设计和运行都获得了极大的发展、 取得了明显的进步。然而，针对铝电解槽的下料系统及其下料的控制这一细分的 方向来说则显得较为滞后。在大型或超大型铝电解槽上，应用多个下料器进行加 料是必须的，但在现行多下料器的应用中，均采取多个下料点同时动作或者分成 两组相继进行动作，每个下料器的大小和下料量是完全一样的，即把氧化铝在电 解质中的浓度当作均匀分布进行对待。

在大型化发展到现今程度，槽内氧化铝浓度的分布问题和区域性差异已是不

可回避的问题，具体如第三章所示，而现行下料系统的控制思路已经不能完全满足大型铝电解槽对于物料浓度的控制要求，特别是对于区域浓度偏差来说完全没有适应性。有鉴于此，本章针对现行下料控制上的上述问题，提出一种“分区按需下料”的控制思路并论述两种实现电解槽区域浓度控制的方法，进而开展了针对铝电解槽区域浓度特征的“分区按需”下料控制实践研究。

1.1铝电解槽分区下料方法的提出

1.1.1铝电解槽分区下料概述

鉴于铝电解槽中的物料浓度分布不均匀的天然特性，而现阶段所采用的下料器配置完全无法应对这种越来越重要的问题，行业内可以很容易想到采用不完全均匀的下料配置，即使得不同的下料点在总体上的下料量存在一定的差别，实质是为了控制处于不同分散能力的下料点根据实际的物料分散或者物料消耗的特性，适当的改变各下料点之间的比例关系，从而期望获得更均匀的浓度分布。

对于铝电解槽来说，一定时间内的下料总量和各个点的下料量可以用如下两式进行描述和计算。

其中 mt 为所有总的下料量，ms 为各点的下料量，t 为总时间，T 为下料间隔，

mv 为下料器的定容器大小。传统的下料配置各个下料点的 mv 和T一致，因此ms 也一致。

为实现不均匀的下料配置，就必须使得各点的 ms 不完全一致，根据上式可以看出，为改变各个单点的下料量，可进行改变的参数只有 T 和 mv，或者两者都改变。由此，则可以描述出实现各点不均匀下料的两种实现方法：

(1)不统一定容器的下料方法

不统一定容器的下料方法是指在同一台铝电解槽中，在各个不同的下料点所使用的定容器可以是不完全统一大小的。在分散能力强、输运速度快的下料点适当的增大其定容器的大小，相反则使用小一些的定容器。由此，虽然各个下料点的下料间隔时间仍保持一样，但通过改变定容器的大小就可以改变每个下料点在总下料量中的占比，实现分区域的下料。例如，原本使用 6 个 1.6kg 定容器下料的电解槽，可根据氧化铝浓度分布的特征，在部分下料点使用 1.8kg 或者更大的定容器，而在其他下料点使用 1.2kg 或者更小的定容器。

(2)不统一下料周期的单点下料方法

不下料周期的下料方法是指在同一台铝电解槽中，虽然各点所使用的定容器有可能是一样的，但可以通过针对不同的下料点设置不同的下料间隔，实现 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 的来说，应用单点下料和基于阳极电流分布的效应预报与抑制，能够大幅度降低效应发生几率，这使槽内的物料平衡和热平衡控制更加稳定，从而一定程度提高电解过程的电流效率，降低直流电耗，同时对槽况不产生明显的负面影响。

自2015年内蒙古锦联铝业开展智能单点下料研究以来，我们先后在魏桥XX、宁夏锦宁、河南神火等企业开展了推广试验研究，结果表明采用智能单点下料系统的电解槽效应系数平均低50%以上、电流效率提升1%以上、吨铝直耗降低200度以上。

中南大学

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2018-4-3

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