电解槽氧化铝堆料智能调控系统的研究.pdf

总第2 1 1 期2023年第8 期技术应用摘要：为了解决氧化铝电解槽供料系统容易堵塞、安全性差的不足，提出了一种新的电解槽氧化铝堆料智能控制系统，能够对电解槽氧化铝的堆料情况进行实时监测及预警。当出现堆料后能够自动打壳处理，提高了电解槽运行的稳定性和安全性。根据实际应用表明，该智能调控系统对堆料的检测精度达到了1 0 0%，堆料清除率达到了98.9%，年节约用电成本约1.9 5万元。关键词：电解槽；氧化铝；堆料监测；智能调控中图分类号：TF8210引言电解槽上部的打壳下料装置主要用于控制阳极氧化过程中氧化铝的供料。电解槽在进行阳极氧化反应的过程中,若电解槽的电解质浓度较低，电解槽的槽温不足，极易导致打壳下料装置处的火眼封堵，导致槽内的氧化铝不能及时进人到电解质液体中，进而形成堆料问题。堆料越严重就会导致电解槽内氧化铝的含量降低，引起反应过程中的阳极效应，使电解槽内的电压升高,增加反应时的能耗。目前对电解槽堆料情况的监测主要是依靠人工定期巡查并人工打壳，不仅效率低而且劳动强度大,难以实现对电解槽堆料情况的及时处理。本文提出了一种新的电解槽氧化铝堆料智能控制系统，主要包括了PLC控制系统、检测电路、隔离电路及执行系统。实现了对电解槽堆料情况的自动检测和报警，并能够控制打壳系统进行自动打壳，实现了电解槽在反应过程中的零堆料,基本消除了反应过程中的阳极效应，实现年节约用电成本1.9 5万元，极大地提升了氧化铝反应过程的安全性和经济性。1堆料检测系统根据电解槽堆料处理过程，将电解槽打壳锤杆、电解质、电解槽外壳作为一个信号传递回路，当锤杆、锤头和槽内电解质接触的时候，锤杆和电解槽的外壳连通,形成一个信号传输“通道”。反之如果大堆料的锤头不能进入到电解槽的电解质中时，锤杆便不能和电解槽的外壳形成一个“通路”。利用该特性,即可根据打壳锤杆和电解槽的槽壳之间有没有产生“通路”来判断在电解槽内形成堆料,如果判断出现了堆料情况，系统即可发出“清料”信号，实现自动打壳处理，防止堆料淤积。结合电解槽打壳装置结构,提出了一种新的电解槽氧化铝堆料智能控制系统，其包括了监测系统、中收稿日期：2 0 2 3-0 3-1 3作者简介：赵桔（1 9 9 5一）,男，山西阳泉人，本科，毕业于太原工业学院材料成型及控制工程专业，冶金助理工程师，研究方向为电解铝冶炼。山西冶金ShanxiMetallurgy电解槽氧化铝堆料智能调控系统的研究赵桔（山西兆丰铝电有限责任公司电解铝分公司，山西阳泉0 452 0 0）文献标识码：A央处理单元（PLC）、自动打料执行系统。能够实现对电解槽内氧化铝堆料情况的智能监测、自动报警及自动打料。该氧化铝堆料检测及自动打料系统结构如图1 所示1 。2集气罩预耀阻板电解槽更解质液+铝液槽壳1一锤头；2 一锤杆绝缘装置；3 一锤杆；4一运动气缸；5一信号线；6 一控制电路；7 一中央处理单元(PLC)；8一操控界面；9 一电磁换向阀图1 氧化铝堆料检测及自动打料系统结构2堆料检测系统电路结构2.1堵料检测电路为了满足检堵的需求,对检测电路的工作灵敏性提出了更高的要求，该检测电路主要包括了电阻、光电耦合装置、可控硅等。该堆料检测电路整体结构如图2 所示。打壳引线LEDR26.8k0LR11k2L槽壳引线由图2 可知,该检测点采用了2.5m的屏蔽电缆从电解槽的壳体及打壳锤杆处引出。在打壳下料工作正常的情况下，锤头进人到电解槽的电解质以后，会在里面形成一个导电回路,将Q2/R2/R3串联起来，使Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.076文章编号：1 6 7 2-1 1 52(2 0 2 3)0 8-0 1 9 2-0 3MOC3063J1中间继电器，LY2NJBT136T.01uF/lkvQ1R5901375009013Q2R3图2 堆料检测电路结构示意图5预焙阳极R42500汇AC220R640Q/VT12023年第8 期赵桔：电解槽氧化铝堆料智能调控系统的研究193整个电路处于连通状态,将MOC3063接通,系统内的LED灯亮起，光耦合传感器输出端的可控硅被触发并导通，使继电器J1接通，系统即可发出堆料信号。2.2放大控制电路放大控制电路又称放大隔离电路，主要用于数据信号的放大，提高对信号反应的灵敏性。放大隔离电路包括了各类中间继电器电子元件，其电路原理如图3所示。+24V-24V当系统监测到交流继电器J1接通以后，预警系统中各个交流继电器中都出现交流信号。然后一路开的触电把直流电源接人到LED1指示灯，使该位置的指示灯亮起，而另一路的信号则进人到PLC的输入端内。该控制系统的PLC选用了西门子的S7-200型，用于放大隔离电路所传输的信息进行分析和控制。为了提高预警的可靠性,将电解气控柜的电磁阀由操控机来直接控制，当放大隔离电路输出堆料放大信号后再转由系统PLC控制,PLC在对堆料信号分析后确定堆料状态，然后控制气控柜的电磁阀，控制打壳装置自动进行打壳，实现对电解槽堆料的自动清理。3堆料检测方案实施及效果3.1堆料检测方案实施根据堆料检测系统实施方案，将检测电路、隔离电路、PLC控制电路等按要求进行连接并组成堆料检测控制柜，将该控制柜安装在电解槽的烟道处,其实施流程如下3 ;1)在控制柜安装之前，首先根据电解槽自动打壳工作流程设计了自动打壳控制逻辑，该控制逻辑如图4所示。将控制模式选择在智能模式，系统接收到PLC控制中心传递过来的打壳指令后，将触发对应的传感器,系统开始启动堆料清除模式4。按照设定的堆料清除逻辑，每组进行5次打壳，每次打壳之间的时间间隔为2 0 s，共进行6 组打壳动作。在打壳完成后触发一个完成信号，系统再次对电解槽的堆料情况进行检测，若此时堆料信号消失，则系统进入到下一组的待命状态;若堆料信号依旧存在则系统触发一个报警开始检测报警是否N人工清理下人机界面复位Y人工处理PLC打壳电磁阀打壳1J210.110.2XLED1LED2点到1点到位位图3 放大隔离电路示意图堆料J3J410.310.4XLED3LED41二点到四点到位位槽控机图4电解槽打壳控制逻辑信号，请求监测人员介人对堆料状态进行检查并由人工辅助进行堆料清理，在清理完成后进行人工复位。通过自动和手动相结合的模式，保证了清料的效率和可靠性。2)柜体安装后，把控制柜的输部分从打壳锤杆和电解槽的槽壳位置接人。系统的输出信号和电解槽控制柜的控制阀连接并通人2 2 0 V的电源。然后把打壳控制柜的面板按钮切换到智能模式5,打壳控制系统自动进人到检测状态。3.2堆料检测方案实施效果目前该堆料监测系统已经投人运行，通过对一个电解槽近6 个月的工作状态进行监测。自该系统投入运行以来,能够对电解槽内的堆料情况进行自动监测和预警，同时能够控制打壳装置进行自动打壳处理，在系统运行过程中无需人工巡检，极大地减少了人工劳动强度，提高了系统的运行稳定性。和优化前采用人工巡检、人工打壳的模式相比，新的堆料监测系统具有以下优势。1)能够实现对电解槽内堆料状态的实时检测,无需安排专门的巡检人员进行巡查，提高了堆料检测的及时性和可靠性。2)能够实现堆料时的自动打壳处理,降低了工人打壳时的劳动强度。3)打壳后能够对堆料状态进行二次检测，当出现打壳不彻底时能够进行预警并由人工辅助清理，提高了堆料清理的效果和可靠性。4)堆料清理效果方面。6 个月内共检测到1 7 6 次堆料，检测准确率达到了1 0 0%。共完成1 7 6 次堆料清理，其中有1 7 4次彻底清理完成，只有2 次需要人工辅助清理，堆料清理率达到了9 8.9%。5)经济性方面。共完成1 7 6 次堆料清理，意味着减少了1 7 6 次阳极效应，按每次阳极效应电压为3 0 V，系统的设定电压为4V，电流2 0 0 kA计算，每次持续时间2 min,则可计算出这6 个月中减少的阳极效应电能消耗约为9 7 6 2.1 元，预计年节约成本为1.9 5万元，能够有效地提升电解过程中的经济性。Zhao Jie山西冶金194E-mail:4结语反应过程中的堆料问题是制约电解槽运行可靠性的关键因素，目前主要依靠人工定期巡检并清除的模式来保证电解槽反应过程中不出现阳极效应，提高反应效率和经济性。但该控制模式极其依赖巡检人员的责任心，难以保证电解槽工作的可靠性。通过设计电解槽氧化铝堆料智能控制系统,实现了对电解槽内堆料情况的自动监测、自动预警、自动清除堆料。该系统能够保证对堆料情况的1 0 0%精确识别，对堆料的清理率也达到了9 8.9%，有效地提升了电解槽工作的稳定性和可靠性。Research on Intelligent Control System for Aluminum Oxide Stacking in Electrolytic Cells(Electrolytic Aluminum Branch of Shanxi Zhaofeng Aluminum Power Co.,Ltd.,Yangquan Shanxi 045200,Abstract:In order to address the shortcomings of easy blockage and poor safety of the aluminum oxide electrolysis cell feeding system,anew intelligent control system for aluminum oxide stacking in the electrolysis cell is proposed,which can monitor and warn the stackingsituation of aluminum oxide in real-time.When stacking occurs,it can automatically shell and improve the stability and safety of theelectrolytic cell operation.According to practical applications,the intelligent control system has achieved a detection accuracy of 1oo%forstacking materials,a stacking removal rate of 98.9%,and an annual electricity cost savings of approximately 19 500 yuan.Key words:electrolytic cell;aluminum oxide;stacking monitoring;intelligent regulation（上接第1 8 9 页）9马军红，丁辉,朴占龙，等.氧氮含量与显微夹杂含量变化对炼钢生产的影响J.铸造技术,2 0 1 7,3 8（3)：6 7 4-6 7 6.(Shougang Jingtang United Iron and Steel Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063200,China)Abstract:The researches show that the carbon content,oxygen content,vacuum pressure and refractory of RH snorkel effect the nitrogenpick-up of molten steel during RH processing.Thus,the control measures of nitrogen pick-up and equipment optimization schemes wereproposed,so that the nitrogen pick-up of molten steel during RH processing was controlled effectively.The minimum nitrogen pick-upduring RH processing can be controlled within 3 10*and the proportion of heats that the nitrogen pick-up are less than 8 10-6 canreach more than 90%.Key words:RH;nitrogen pick-up;RH snorkel;vacuum pressure;optimization measures(上接第1 9 1 页）Research on the Application of Comprehensive Water Prevention and Control Technology in(Changcun Coal Mine of Luan Chemical Group Co.,Ltd.,Changzhi Shanxi 046100,China)Abstract:In order to improve the comprehensive water prevention and control ability of fully mechanized mining faces,the current situationof water prevention and control work in fully mechanized mining faces was analyzed,and existing problems in water prevention and controlwork were found.In response to these issues,the main water prevention and control technologies needed in comprehensive water preventionand control work were studied,and the practical application of these water prevention and control technologies was explored.Bycomprehensively applying these water prevention and control technologies,the occurrence of water damage in fully mechanized mining faceshas been effectively prevented and controlled,better ensuring the safe and stable production of fully mechanized mining faces.Key words:fully mechanized mining face;prevention and control of water;current situation;application第46 卷参考文献1刘永鹤，张岩岩.导热氧化铝改性工艺对界面材料导热性能的影响研究J.无机盐工业，2 0 2 0,52（9)：7 0-7 4.2 施萍，徐燕婷，黄同胜，等.氧化铝粒子填充环氧基复合材料导热性能的研究J.绝缘材料，2 0 1 7,50（3)：6-9.3杨刚,程金虎，朱海涛,球形氧化铝导热膏的制备及其导热性能J.青岛科技大学学报，2 0 1 6,3 7(5)：52 8-53 2.4李攀敏，钟朝位，童启铭，等.环氧树脂氧化铝复合材料的制备及导热模型J.电子元件与材料,2 0 1 1,3 0（1 1):2 6-2 9.5 魏世湖.2 0 0 kA预焙铝电解槽氧化铝浓度控制技术升级与工业实践J轻金属，2 0 1 1(s1):215-218.(编辑：苗运平）Zhao JuChina)10傅杰.钢液真空脱氮动力学研究J.钢铁,2 0 0 0,3 5（1 0):2 4-2 6.(编辑：武倩倩）Study on Nitrogen Pick-up During RH TreatmentZhang Weilong,Zhou Minda,Huang Caide,Guo XiaolongFully Mechanized Mining Faces of Mines