低电压生产下预焙铝电解槽的控制策略

1、低电压生产下预焙铝电解槽的控制策略陈志洋（联系电话13985522479）（贵阳铝镁设计研究院，贵州 贵阳550081 ）摘要：随着节能减排要求的不断提高，高电压生产模式已经不能满足铝电解生产要求，越来越多的铝厂已经选择了低电压生产模式。然而，现有的控制软件不能完全满足该模式，尤其在能量补偿和氧化铝浓度异常时的控制等方面需要改进，以提高电解槽的稳定性。本文描述一种新的控制方法，能更好的适应低电压生产模式且已通过试验，并在湖南创元240KA和300KA电解槽上使用，取得了良好的效果。关键词：预焙铝电解槽，噪声，氧化铝浓度，槽控机Prebake Aluminum ele

2、ctrobath control decision under a low voltage production Chen Zhiyang （Guiyang Aluminium and Magnenium Design and Research Institute. GUIZHOU GUIYANG 550081 )Abstract: With the improvement of requirements for energy saving and pollutants discharge reducing, high voltage model can not satisfy require

3、ments of Aluminium electrolysis production, more and more smelters adopt low voltage production model. However, existing controlling software can not satisfy the model, the software need to be improved especially on energy compensation and abnormal alumina concentration controlling for improve stabi

4、lity of electrobath. This article describes a new controlling method, it fits low voltage production model better and has passed tests，and was applied on 24oKA and 300KA electrobath in Chuangyuan Smelter and made a good result.Key words: Prebake Aluminium electrobath，Noise，Alumina concentration, Pot

5、 controller前言：在低电压生产模式下，电解槽的敏感性增加，抗干扰能力下降，槽作业等对电解槽的稳定性影响较大。首先是更换阳极，现有的控制逻辑控制得不理想，经常导致电解槽长时间的电压波动，急需改变现在的换极控制策略；其次，低电压生产下氧化溶解性相对较差，电压随氧化铝浓度变化的关系不是很明显，容易走入反区（高浓度区），当进入反区后现有的控制逻辑是先压阳极，然后再继续调整氧化铝浓度，这样会造成极距被压缩，导致电解槽不稳定，需要一种更好的浓度控制逻辑解决这个问题；第三、低电压生产下电解槽的热平衡相对较差，槽噪声也随之增大，阳极升降变得比较频繁，会影响电解槽的稳定性，因此应尽量避免阳极频繁动作，

6、从而影响氧化铝浓度控制，降低电解槽的电流效率。为解决上述问题，本文将对以上几个方面的改进作详细阐述。1 更换阳极过程及换极后的附加控制：在低电压生产模式下，更换阳极对电解槽的热平衡影响明显增加，若控制不好将导致电解槽噪声增大甚至长时间电压摆。现有更换阳极后的控制逻辑是将目标电压抬高70MV，保持1小时左右的时间（其目的是补偿更换阳极带走的能量），整个附加控制过程中一直采用欠加工方式（其原因是更换阳极过程中有部分氧化铝掉入电解质中）。然而，低电压生产时每次换极带走的热量占比非常大，一个小时的附加电压是根本不能满足能量补偿要求的，在附加控制结束后经常出现电压摆，浓度不受控，高噪声等不良槽况。通过现

7、场反复试验，大约需要3到4个小时才能基本保证电解槽的能量补偿，那么如果使用未改进的控制逻辑，连续3到4个小时都进行欠加工，氧化铝浓度将会越来越低导致发生效应，使电耗增加，电流效率降低。为解决该问题，我们采用如下控制逻辑（如图一）：当槽控机检查到更换阳极指令后，先自动提升阳极约2秒，对应工作电压大约提高50MV，提前给电解槽补充能量，然后通过对电压的监测来判断阳极是否已经更换，待更换阳极结束后便进入换极后的附加控制，槽控机自动将目标电压抬高70MV（该附加电压可根据具体的槽况用户自行设定），附加时间3小时（该附加时间也可根据槽况用户自行设定），整过附加控制过程进行氧化铝浓度自动控制，确保氧化铝浓

8、度在1.5%到2.5%之间，这样既保证能量的补偿，也保证了氧化铝浓度在合理的变化范围，对降低电解槽噪声、提高电解槽的稳定性和一定程度上提高电流效率起到积极的作用。V实际按下换极键,升阳极2秒 时间: 30Min; NB=NBSET1. 附加时间和附加电压可设定2. 附加过程进行氧化铝浓度控制换极后的附加控制残极取出 新极装人 图一：更换阳极及附加控制示意图2 氧化铝浓度异常时的控制低电压生产下氧化铝溶解性相对较差，通过电压变化来判断氧化铝浓度变化也比较失真，容易误判，经常会走反（进入高浓度区），当氧化铝浓度趋势走反后现有的控制方法不是继续进行浓度控制，而是采取先压压极距，再进行浓度控制，由于低

9、电压生产下极距本来就很低，再压极距将会大大降低电解槽的能量输入，使氧化铝的溶解性变差，产生炉底沉淀，影响电解槽的正常生产。为此我们采用如下控制方法来适应新的工艺控制思想：在氧化铝浓度控制过程中，当槽控机检测到过加工时电压上升，欠加工时电压下降或变化不明显，那么判断氧化铝浓度控制走入电阻与氧化铝浓度U形曲线的右区，即高浓度区，需要及时将其修正到U形曲线的左边来。此时槽控机自动将目标电压抬高一定的幅度（约50MV，具体抬高的幅度更具当前电压与目标电压的偏差来决定，偏差越大，抬高越多，但最大不超过150MV）以溶解积压在电解质内的氧化铝，然后继续进行欠加工，且欠的幅度较正常设定的NB间隔加长1倍以尽

10、快使电解质中氧化铝浓度恢复到正常控制区域（1.5%到2.5%），当氧化铝浓度恢复到正常的控制区域后槽控机自动将目标电压逐步调回到浓度异常前的目标值，然后回到正常的控制过程，见图二。此外，为尽量减少浓度趋势走反的情况发生，我们对过加工的时间和过、欠转换时的电压变化量做了调整，适当缩短过加工时间和适当减小过、欠转换时电压的变化量对电解质的氧化铝浓度控制都是有利的。通过对大量电解槽的观察和测量，我们发现当过加工进行大约60到90分钟后电解质的氧化铝浓度已经上升到2.5%，此时槽电压也接近我们浓度控制的下死区，若继续进行过加工，此时槽电压随电解质中的氧化铝浓度变化趋势不明显，进入中间浓度区，很容易就走

11、入了高浓度区，因此我们也适当减小过、欠转换时的电压变化量，过加工过程中当氧化铝浓度上升到2.5%左右时刚好达到过、欠转换的电压值，然后转入欠加工，这样就大大减少了因长时间过、欠加工影响氧化铝浓度的情况，当然也就减少了浓度走反的情况，对电解槽的生产十分有利。V实际V目标判断浓度走反，自动 浓度正常后将目标电压 欠加工 过加工（OF） 抬高目标电压，拉长 调回原位，进入常规控制 （UF） 下料间隔，继续欠加工直到浓度恢复图二：浓度异常时的控制示意图3 RC控制：由于大多厂家都希望有较高的电流效率，即使降低了电解槽的工作电压也没有把相应的分子比提高，导致电解槽的噪声增大，若按现有的控制逻辑将会出现阳

12、极频繁动作，氧化铝浓度控制失真，大大影响电解槽的稳定性。因此，我们采用如下一种新的控制逻辑来解决这个问题：当电解槽噪声较大的时候，电解质电阻变化比较敏感，每次动阳极时电解质电阻变化范围较大，容易出现超调，然后又往相反的方向调整，来来回回动作，经常调整不到目标区域。当发生这种情况时，本逻辑将根据最近一段时间电解槽的噪声大小来决定阳极的调整范围。若噪声偏大（大于25MV），那么只要当前电压调整到目标电压控制区附近（即偏离目标区域正负20MV）就立刻进入浓度控制，无需继续等待，因为等待过程中电压很容易又超出调整区域然后槽控机又继续升降阳极，导致电解质反复震荡；若噪声低于25MV则按照正常的控制逻辑，

13、将电压调整到目标范围后再进入浓度控制，如图三。另外，本逻辑只有在正常加工时才会自动升降阳极，过加工和欠加工过程中都禁止动阳极，减少了阳极动作次数。创元铝厂使用该逻辑后电解槽阳极动作次数明显减少，电解槽的稳定性也随之增加。槽况正常时的RC调整目标范围V目标 噪声偏大时的RC调整目标范围 图三：RC控制范围示意图4 结论：综上所述，本文阐述的控制逻辑有如下特点：（1）、更换阳极后的附加控制电压大小和附加时间长短可根据电解槽况设定，且整个附加过程进行氧化铝浓度控制，既保证了电解槽的能量平衡也保证了电解槽的物料平衡；对提高电解槽的稳定性和电流效率有积极的作用；（2）、检测出氧化铝浓度异常时不会压极距，且能快速将其修