电解系列噪声问题的分析报告

1、400KA电解系列噪声问题的分析报告关于槽噪声目前定义存在一定的分歧。各个研发机构对槽噪声的解释也各有不同。甚至计量单位上也存在较大偏差。大家共同认可的观点是槽噪声显出了电解槽内的波动状况，是电解槽综合工作状况的反映。下面根据沈阳设计院设计的400KA电解系列的噪声统计和分析情况，来对噪声进行一下浅析。一、 噪声判定槽噪声是依据槽电阻变化最大最小差值判定的，当变化差值在一定时间内超过限定范围，则认为波动。目前设定是：1 噪声判定值的单位：nohm（如不特别声明，噪声单位为nohm。）2 噪压显示的单位：mV（约等于噪声值乘以电流值。）3 高噪声设定值：150mV4 低噪声设定值：60mV5 高

2、噪声附加电压：60150mV6 附加电压时间 ：15分钟7 出现高低噪声时，灵敏区为上限：100mV 下限为30mV8 变化差值判定间隔为1分钟，结束条件为04分钟。采样最小间隔目前的资料尚无法确定。估计为ms级数据判断。在电解槽发生效应（即电压超过8V）期间，该台电解槽不判断噪声。二、 最佳噪声值经过4326台次统计，日无干扰平均噪声为62.58 nohm。无干扰噪声的数据去除了日噪声中受电流变化大于±5kA、效应期间前后4分钟、换极后90分钟和电压摆期间的数据。根据400KA电解槽设计的技术指标，在良好的工艺技术条件和规范的日常操作下，噪声值低于60 nohm（即：在400KA电

3、流下，噪压低于24mV），即认为实现设计目标。但设计院认为该电解槽可以实现的理想状况的噪声值为40 nohm（即在400KA系列电流下，实现噪压16mV）以下。三、 噪声的影响因素影响电解槽噪声的因素有许多方面内容，设计院当初的工艺设计要求包含以下几个方面的内容：1. 工艺条件的保持根据设计，400KA电解槽主要的工艺技术要求需要达到下面8条，为理想工艺技术条件。1.1电解槽工作电压：4.148 V1.2电解温度：9409601.3电解质分子比：2.32.51.4电解质水平：2022 cm1.5铝液水平：1820 cm1.6极距：44.5 cm1.7效应系数：0.08次/台·日1.8

4、氧化铝浓度：23%2. 原料质量400KA电解槽主要的原料需要达到以下质量要求，才能将噪声控制到较低水平。2.1氧化铝氧化铝的化学成分应满足YS/T274-1998二级品以上要求。氧化铝的化学成分(YS/T274-1998)牌 号化 学 成 分 %Al2O3>杂质含量,<Fe2O3SiO2Na2O灼 减AO-198.60.020.020.501.0AO-298.40.030.040.601.0AO-398.30.040.060.651.0AO-498.20.050.080.701.0注: 1. Al2O3含量为100%减去表中所列杂质总和的余量。2. 表中化学成分按在300

5、7;5温度下烘干2h的干基计算。3. 表中杂质成分按GB8170处理。2.2氟化铝氟化铝的化学成分应满足GB/T4292-2007二级品以上要求。氟化铝的化学成分(GB/T4292-2007)等 级化 学 成 分 %大于杂质,小于FAlNaSiO2Fe2O3SO42-P2O5H2O,50,1h特一级6130.00.50.280.100.50.040.5特二级6030.00.50.300.130.80.041.0一 级5828.23.00.300.131.10.046.0二 级5728.03.50.350.151.20.047.02.3冰晶石冰晶石的化学成份应满足GB/T4291-2007二级品

6、以上要求。冰晶石的化学成分(GB/T4291-2007)等 级化 学 成 分 %FAlNaSiO2Fe2O3SO42-CaOP2O5H2O灼减,55030min大于杂质,小于特 级5313320.250.050.70.100.020.42.5一 级5313320.360.081.20.150.030.53.0二 级5313320.400.101.30.200.030.83.02.4阳极炭块阳极炭块理化性能见下表:阳极炭块理化性能(YS/T285-2007)牌 号灰 分%电 阻 率·m热膨胀率CO2反应性mg/(cm2.h)耐压强度N/mm2体积密度g/cm3真密度g/cm3不大于不小

7、于TY-10.50550.4545321.502.00TY-20.80600.5050301.502.00TY-31.00650.5555291.482.00注:CO2反应性作为参考指标。抗折强度由供需双方协商。对于有残极返回的产品灰份要求,由供需双方协商。表中数据按GB/T8170处理。3. 日常操作管理电解槽的各项日常管理工作对噪声均有一定程度的影响，尤其是下面几项工作3.1电解槽的日常维护和保养3.2换极管理3.3出铝管理3.4抬母线过程管理3.5自控系统管理3.6工艺技术条件日常管理3.7工作人员的技术素质培养4. 系列电流的平稳程度系列电流保持在±5KA范围内，且不剧烈不动

8、，对噪声的影响较小。四、 目前一公司电解槽噪声控制情况根据设计目标，按照各影响因素进行良好的控制，在系列电流在±5KA范围内，电解槽噪声可以控制在60 nohm（即：在400KA电流下，噪压为24mV）以下。设计院并未针对各种技术指标进行量化的分析，目前尚不能确定各种工艺参数对噪声的影响程度。电解一公司在生产过程中，利用2008年11月26日2009年3月12日的数据进行统计和分析。得到下面结果：目前，我们电解槽噪声的平均值在80110nohm，应该有较大下降空间。影响噪声控制的原因很多，下面针对启动后噪声的发展过程、各种影响因素对噪声的影响程度进行分析：1、启动时间阶段的噪声变化情

9、况1.1启动8天内的平均噪声变化和具有特征变化情况当电解槽启动8天之内噪声值急剧下降，约下降3050 nohm。随着工艺条件转入正常的进程，到第八天基本可以达到平均值水平。1.2启动30天内的平均噪声变化和具有特征变化情况第八天后，一直到第2125天噪声开始后有小幅提升，幅度约为2030 nohm。原因同该段时期的工艺调整有关系。1.3启动60天内的平均噪声变化和具有特征变化情况启动一个月后，噪声值又逐渐降到平均水平。这时工艺条件和相应的管理也逐步完善。1.3启动120天内的平均噪声变化和具有特征变化情况根据以上数据显示，超过60天后，平均噪声总体趋于平稳，基本保持在平均工艺条件的水平。2、工

10、艺条件对噪声的影响由于院方无法提出具体的工艺条件对噪声的影响情况，我们应用统计学观点，分析其影响程度。由于数据的时间长度和采样广度的限制，下列分析结果，仅供参考。在以后我们还将数据不断分析已取得完整的分析结果。2.1效应情况由于沈阳博宇设计的槽控机没有设计效应时的噪声判断，并且拒绝提供判定噪声的详细规则，因此无法确定效应对噪声的准确影响。2.1.1效应对噪声的影响情况平均每个效应，系列电流不发生波动的情况下，除超过8V以外部分就会将该时间段内的噪声提高2375nohm（即：在400KA电流下，噪压为950mV）。按照平均效应系数0.19、平均影响时间8min计算，平均每天效应造成的噪声提升为2

11、.08 nohm（即：在400KA电流下，噪压为0.832mV），下面是一个效应发生的图例。如果仅从发生效应的电解槽看，一个效应对全系列的噪声值影响不是很大。但是根据目前运行情况发现，一旦发生效应，即使是闪烁效应，系列电流就会剧烈波动。从而影响电解槽系列的控制效果，进而产生大量噪声，甚至是高低噪声大面积出现。具体影响情况可以从系列电流波动对噪声的影响中反映出来。为什么会产生大量噪声呢？主要有以下两个原因：a) 电流变化可以直接导致电解槽的实际波动加大。b) 槽噪声是依据槽电阻变化最大最小差值判定的。而电阻的基本计算为：电阻=（槽电压-1.65）/系列电流。而槽电压的基本构成为：槽电压=阳极电压

12、降+母线电压降+电解质压降+炉底压降。从计算公式可以看出，电阻的变化是一个随着电流变化的非线性过程。一旦电流剧烈变化，电阻值计算存在的问题就会暴露出来。，因此大大加剧了计算电阻的偏差。剧烈的电阻变化会导致氧化铝浓度判断偏差，直接影响到加料周期的调整，从而使槽况趋恶。槽况不好又会影响到电解各种工艺指标的保持，效应的发生机率大大增加。由于发生效应与导致槽况趋恶的比例为1:N（N>>1）。这就形成了一个恶性循环过程。因此在供电系列电流稳流系统能够及时响应电流变化前，减轻这种影响的主要手段就是降低效应系数（包括闪烁效应）和降低效应电压。2.1.2启动后90天电解槽效应统计根据下图的效应发生

13、情况的统计，随着启动后时间的推移效应系数不断下降。逐步接近设计要求。按照设计效应系数小于0.1，最佳可实现0.08以下。那么如果阻止上述恶性循环过程的发生，效应对系列电流的影响也会逐步降低。2.2系列电流2.2.1在系列电流波动时，单台电解槽的噪声变化情况当系列电流波动时，由于磁场平衡受到影响和电阻的换算斜率发生变化，噪声值会发生剧烈变化。下面根据不同电流波动范围的统计情况，进行计算：电流波动范围大于±20KA时，单台平均噪声值提高170580 nohm。系列平均噪声提高310 nohm。具体单槽影响图如下：电流波动范围大于±10KA，小于±20KA时，单台平均噪

14、声提高90340 nohm。系列平均噪声提高195 nohm。电流波动范围大于±5KA，小于±10KA时，单台平均噪声提高20180 nohm。系列平均噪声提高70 nohm。电流在395405KA之间波动时，噪声值影响较小。2.2.2系列电流在各波动幅度的平均噪声统计情况根据近一个月内电流对噪声影响程度，得到如下结果：电流波动范围大于±20KA的日平均影响时间为：9min15s，对日平均噪声的影响值为：1.99 nohm（即：在400KA电流下，噪压为0.8mV）。电流波动范围大于±10KA，小于±20KA的日平均影响时间为：89min，对日

15、平均噪声的影响值为：12.05nohm（即：在400KA电流下，噪压为4.82mV）。电流波动范围大于±5KA，小于±10KA的日平均影响时间为：125min，对日平均噪声的影响值为：6.08nohm（即：在400KA电流下，噪压为2.43mV）。按平均每天效应系数为0.19，平均电压为20.4V，平均峰值电压为32.3V进行分析计算，系列电流对噪声的影响幅度高于20 nohm（该情况下，平均噪声值为102 nohm左右）。下图为2009年3月9日的全天电流变化情况：2.3换极2.3.1换极过程中噪声变化情况目前，400KA电解系列执行29天换极，平均每天换0.827次。每

16、次换极平均影响噪声时间255秒。平均每次噪声提升210 nohm。对日平均噪声影响为0.5 nohm（即：在400KA电流下， 0.2mV），由于换极进程不可避免，且影响较小，所以可以忽略不计。下图为一个换极过程的曲线图。2.3.2换极后出现的几类异常情况以及该情况对噪声的影响a) 换极后24小时后（当换极后，第一个）出现巨幅电压摆，个别点噪声值甚至可以超过19000 nohm。根据2009年2月12日2009年3月13日（共30天），先后发生23次。下图为波动最剧烈的一次，该槽当天平均噪声达到373 nohm。由于该种现象没有办法进行详细统计，只能根据该槽高于本日系列平均噪声值的部分进行计算

17、。平均提升单日噪声值为0.93 nohm（即：在400KA电流下，噪压为0.37mV）b) 换极后出现超长减量期，绝大部分时间超过3小时。在减量期的电压不进行调整造成电压过低。影响电解工艺条件。后期对噪声的影响较大。具体是例图如下：c) 换极后出现大量增减量快速转换的小周期，根据分析认为计算机系统判定的氧化铝浓度变化太快造成。具体事例如下图：2.4出铝2.4.1出铝过程中噪声变化情况 目前，400KA电解系列执行单台每日出铝。每次出铝平均影响噪声时间300秒。平均每次噪声提升130 nohm。对日平均噪声影响为0.45 nohm（即：在400KA电流下，噪压为0.18mV），由于出铝进程不可避

18、免，且影响较小，所以也可以忽略不计。2.4.2目前，尚未出现由于出铝造成的异常情况。2.5电解质分子比根据各分子比阶段的平均噪声统计结果，分子比在2.382.56之间，平均噪声较低，影响值约为7 nohm（即：在400KA电流下，噪压为2.8mV）2.6电解温度对噪声的影响根据各电解温度阶段的平均噪声统计结果，电解温度在944965摄氏度之间，平均噪声较低，影响值约为4 nohm（即：在400KA电流下，噪压为1.6mV）2.7电解质水平对噪声的影响根据各电解质水平阶段的平均噪声统计结果，电解质水平在1822cm之间，平均噪声较低，影响值约为4.7 nohm（即：在400KA电流下，噪压为1.

19、88mV）。启动90天以上的槽台数太少其统计数据仅供参考。在2009年3月初，发生压铝问题，许多电解槽出现电解质收缩的现象。造成至少40台电解槽槽况恶化，平均噪声上升达到18 nohm。2.8铝液水平对噪声的影响根据各铝液水平阶段的平均噪声统计结果，铝液水平在1823cm之间，平均噪声较低，影响值约为4 nohm（即：在400KA电流下，噪压为1.6mV）。启动90天以上的槽台数太少其统计数据仅供参考。2.9工作电压根据各工作电压阶段的平均噪声统计结果，工作电压在4.12V4.16V之间，平均噪声较低，影响值为8.4 nohm（即：在400KA电流下，噪压为3.36mV）。2.10氧化铝浓度根

20、据各氧化铝浓度的平均噪声统计结果，未发现他对噪声有什么直接影响。可能和氧化铝浓度的化验周期有关，较少的数据量无法反映出直接的数据规律。根据日后更多的数据分析结果才能分析出来。1.11氟盐加工次数根据各氟盐加工次数的平均噪声统计结果，氟盐加工次数在2840次之间，对噪声影响较小较低，影响值为8.2 nohm（即：在400KA电流下，噪压为3.28mV）。1.12实际控制加工间隔根据实际控制加工间隔的平均噪声统计结果，实际控制加工间隔在6675s之间，噪声值较低，影响值为10.8nohm（即：在400KA电流下，噪压为4.32mV）。1.13阴极压降根据阴极压降的平均噪声统计结果，阴极压降越低，噪

21、声值较低，影响值超过10nohm（即：在400KA电流下,4mV）。我们的阴极压降均值约为0.35mV。根据以往的经验表明，随着槽龄的增长阴极压降也在逐渐增加,当槽寿命达到2000天以上时,既使阴极没有破损,也会由于阴极压降过高。根据设计，目前的阴极压降可以降低到0.32mV以下。目前出现过日平均噪声小于50的78台次的槽状况均不属于正常状况，需要更多的数据积累才能满足分析需求。上述十三种情况分析中，分子比、电解质水平、铝液水平、氟盐加工次数和氧化铝浓度均未到达宏观分析数据量。根据目前情况反应，需要到2009年7月8日才能达到数据要求。因此这几种影响值均为近似分析，准确结果需要到数据量足够的情

22、况。上面的数据趋势均采用采用二阶滤波或加权平均法获得。由于各种数据条件尚未完全具备，其他可分析数据如卡具压降、加料周期控制、阳极调整和极距等关键工艺参数尚未取得有效的分析结果。根据以后的运行情况，将逐步进行统计分析。五、 降低噪声需要做的工作根据上面的分析，我们得出一个结论。降低噪声是一个系统工程。噪声控制本身就是优化电解槽系列运作的一个必要手段。它涉及管理、设备和人员多方面的问题，工作难度较大。降低噪声需要做的工作有以下几个方面：1、促进工艺人员提高技术素质，转变观念。沈阳博宇的控制核心采用氧化铝浓度跟踪控制。氧化铝浓度跟踪是通过电阻换算来的，它的影响因素很多，因此需要我们工艺人员有效的了解

23、电解槽的各种状况，充分了解电解槽的控制理念。采用完全氧化铝浓度跟踪与我们以前接触过的槽控机控制理念均存在较大差别，需要我们的工艺人员适应这种变化。根据目前的使用情况，有很多工艺人员根据槽况有效的利用系统控制，在他们的工作范围内，完成的效果非常好。槽控机控制系统只是一种复杂的控制工具，究竟怎么才能把电解槽控制好，需要广大工艺人员的合理掌握。因为任何控制系统都存在这样那样的缺陷，这就需要工艺人员根据实际情况进行把握。2、保持良好的工艺条件2.1分子比、槽温度、两水平等工艺条件尽量靠近设计要求，建议工艺参数值调整到以下范围：a) 电解槽工作电压：4.12V4.16V b) 电解温度：945960c)

24、 电解质分子比：2.382.5d) 电解质水平：1820 cme) 铝液水平：2022cmf) 氧化铝浓度：23%g) 阴极压降：小于0.32mVh) 实际控制加工间隔：6675si) 日氟盐加工次数：2840次j) 效应系数：小于0.082.2改善电解槽工况，降低AE系数目前，我们效应系数在0.140.4之间，平均效应系数为0.26。按启动时间和工艺状况管理计算，未来即使没有重大改进，效应系数也可降低到0.19，存在较大的下降空间。在改善电解槽工况和降低效应系数上，我们需要做以下工作。2.2.1设置合适的加工间隔a) 依据电解槽曲线分析槽况，从周期切换的情况，来计算加工间隔的设定值。b) 设

25、定好加工间隔不宜频繁改动。尤其是一天内更改数次。因为加料控制周期解析完成需要时间，而且对槽况平稳不利。c) 如果下料口存在问题，应先处理问题，不建议因此更改加工间隔。d) 建议修改氧化铝浓度变化较快的电解槽加工间隔前，对电解槽打壳下料系统进行一下完整的检查。e) 当某台电解槽频繁出现超长减量期，检查打壳加料没有任何问题时，延长加工间隔。2.2.2规范换极过程操作根据前面的分析，规范换极过程对电解槽的控制具有相当大的意义。2.2.3尽可能减少人为干预。a) 坚决禁止手工用电磁阀下料。b) 降低手动干预次数。c) 进行各类动作时，尽量使用半自动开关。2.2.4利用工区曲线及时发现异常状况出现下列现

26、象时，请及时检查电解槽的各方面。a) 24小时曲线有较长时间（>3小时）连续减量加料，应检查打壳加料和及时调整加料间隔（延长），并检查槽况有无异常。b) 出现仅有1.2倍减量时，注意检查打壳加料。c) 频繁进行阳极动作。d) 24小时曲线中，周期变化严重不均匀。e) 24小时曲线中，周期变化大于15次。2.2.5及时检查打壳下料系统和下料口的状况2.2.6了解基本控制理念，采用合适的手段处理异常情况。下面举几个异常情况和处理的方案，供大家参考：a) 当电解槽走了较长时间减量周期时，发生了低电压现象，需要人工调整时，建议手工调整值应调到比目标值低15mV左右。b) 按了“出铝”键，但并未出铝，必须在将槽控机出铝过程取消。c) 发生料口堵的现象，如果没有特别大的必要，不要把清开的料直接加到电解槽内，以免造成周期转换判断不准确，发生新的问题。d) 用槽控机操作阳极升降，发现电压变化不大，及时检查问题，不要盲目动作。2.2.7及时调整电解槽的工艺状况。 2.2.8想办法解决压铝问题。3、 保证电解槽控制设备尤其是打壳、加料设备运行正常。3.1根据生产曲线系统，及时发现打壳、下料系统的各类问题。3.2采用良好的协作流程，迅速处理各类电解