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（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3ooka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

2、 electrobath control decision under a lowvoltage productionchen 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 requir

3、ements of aluminium electrolysis product i on, more a nd more smelters adopt low vol tagc product i on model. however, existing controlling software can not satisfy the model, the software need to be improved especially on energy compensation and abnormal alumina concentration controllin£ for i

4、mprove stability 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 resultkey words: prebake aluminium electrobath, noise, alumina conc

5、ontration, pot 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

6、电解槽的稳定性，因此应尽量避免阳极频繁动作, 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：在低电压牛产模式下，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小时左右的吋间（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

7、结束后经常出现电压摆，浓度不受控，高噪 声等不良槽况。通过现场反复试验，大约需要3到4个小时才能基木保证 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牛效应，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 吋间3小吋（该附加吋间也

8、可根据槽况用户自行设定），整过附加控制过 程进行氧化铝浓度口动控制，确保氧化铝浓度在15%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，残极取岀升阳极2秒新极装人! 'a 1.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时间:30min: nb=nbset换极后的附加控制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

9、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，由于低电压纶产下极距本來就很低，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, 影响电解槽的正常牛产。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，需要及吋将其修正到u形曲线的左 边來。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來决定，偏差越大，抬高越多，但 最大不超过150mv）以溶解积压

10、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倍以尽快使电解质中氧化铝 浓度恢复到正常控制区域（15%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凹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牛, 我们对过加t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%,此吋槽电压 也接近我们浓度控制的

11、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，很容易就走入了高浓 度区，因此我们也适当减小过、欠转换吋的电压变化量，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目标欠加工 过加工（of）（uf）判断浓度走反，自动 抬高目标电压，拉长 下料间隔，继续欠加浓度正常后将目标电压调回原位，进入常规控制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

12、低了电解槽的t作电 压也没有把相应的分了比提高，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 噪声较大的吋候，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，木逻辑将根据最近一段吋间 电解槽的噪声大小來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冃标电压控制区附近（即偏离冃标区域止负20mv） 就立刻进入浓度控制，无需继续等待，因为等待过

13、程中电压很容易乂超出 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则按照止常的控制逻辑，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吋才会自动升降阳极，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。v h标异况正常时的rc调整目标范围爼噪声偏大时的rc调整目标范围图三：rc控制范围示意图4结论：综上所述，木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吋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，且能快速将其修止到止