電解鋁生產(chǎn)的精密控制

一、理論上：生產(chǎn)一噸電解鋁電耗6330kwh（電解槽生產(chǎn)電流工作原理，如圖一）；在用銀做陽(yáng)極進(jìn)行精密控制的實(shí)驗(yàn)槽上，噸鋁電耗9240kwh，電能利用率67.8%；目前的工業(yè)電解生產(chǎn)中，使用模糊控制對(duì)電解生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)控，其實(shí)際電耗高達(dá)13200kwh，同時(shí)還要消耗550kg優(yōu)質(zhì)石油焦，電能利用率47%，能耗利用率僅33.5%。鋁電解生產(chǎn)中，銀既不是電解生產(chǎn)的催化劑，也不是電解生產(chǎn)的添加劑，也未見(jiàn)添加銀對(duì)電解生產(chǎn)有益的實(shí)踐。

從以上的數(shù)據(jù)，進(jìn)行深一步分析可以看出： 

a、精密控制的實(shí)驗(yàn)槽上，噸鋁電耗9240kwh；（電流工作原理，如圖二），模糊控制生產(chǎn)槽上，噸鋁電耗高達(dá)13200kwh；（電流工作原理，如圖三），這兩個(gè)數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：

1、用9240kwh生產(chǎn)一噸鋁是有事實(shí)依據(jù)的；電解鋁行業(yè)用教程一直使用此數(shù)據(jù)；

2、用精密控制生產(chǎn)一噸鋁比使用模糊控制節(jié)電4000kwh；

3、精密控制比模糊控制有更大的優(yōu)越性。

b、精密控制的實(shí)驗(yàn)槽上，電能利用率67.8%；能耗利用率67.8%；模糊控制生產(chǎn)槽上，電能利用率47%；能耗利用率33.5%；這幾個(gè)數(shù)據(jù)可以看出：

1、模糊控制的鋁電解生產(chǎn)，能耗是精密控制的202.38%；

2、與精密控制相比，模糊控制的鋁電解生產(chǎn)有20.8%的電能做了無(wú)用功；

3、模糊控制的電解生產(chǎn)，電能沒(méi)能充分的得以利用。

c、從生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)看，在電解鋁的生產(chǎn)流程中，銀沒(méi)有任何助益。其對(duì)電解鋁生產(chǎn)電耗的降低，完全得益于電解鋁生產(chǎn)中的過(guò)程控制——精密控制。

二、 實(shí)際事例1：上世紀(jì)90年代中期，國(guó)內(nèi)石油焦的出口，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)電解鋁生產(chǎn)用的陽(yáng)極糊發(fā)生短缺；不得已，國(guó)內(nèi)電解鋁生產(chǎn)廠(chǎng)家只得使用了不同品質(zhì)的陽(yáng)極糊，在陽(yáng)極糊生成陽(yáng)極的過(guò)程中，兩種不同品質(zhì)的陽(yáng)極互相交雜、交錯(cuò)、交疊，熔融----凝固成型在一起，形成一個(gè)陽(yáng)極整體；當(dāng)?shù)讓硬煌焚|(zhì)的陽(yáng)極消耗殆盡，新的品質(zhì)的陽(yáng)極尚未形成一個(gè)穩(wěn)定的工作底面；此時(shí)，陽(yáng)極底面極不規(guī)整，或犬牙狀突出、或大面積的突出、或大面積的凹陷，或凸凹不平，陽(yáng)極電流的導(dǎo)通受到極大的影響，分布極度不均，電解槽的溫度隨電流的分布也極不均衡。電流弱的地方溫度低，電解質(zhì)甚至凝固成一體；電流強(qiáng)的地方，電解反應(yīng)異常劇烈，電解質(zhì)溫度奇高，甚至電解槽的槽體都受到傷害。電解槽電流的不均衡引起了一系列的后遺癥，電解的生產(chǎn)工藝受到極大的影響，同時(shí)還得提高電壓，提升電流，投入冰晶石、鋁氧粉、堿、鹽等保持電解槽的溫度，保持電解質(zhì)平衡；電解環(huán)境極度惡化；電解槽的結(jié)構(gòu)受到巨大破壞，生產(chǎn)陷入停頓……為維持電解槽的生命，投入大量的人力、物力，幾個(gè)月的時(shí)間，才使電解槽恢復(fù)穩(wěn)定。至此，電解鋁生產(chǎn)企業(yè)元?dú)獯髠?，一批鋁電解生產(chǎn)廠(chǎng)家因此退出電解鋁生產(chǎn)領(lǐng)域。能夠從這場(chǎng)風(fēng)波中幸存下來(lái)的企業(yè)，無(wú)例外的采用——將電解生產(chǎn)陽(yáng)極退出，修整底面然后再投入生產(chǎn)。底面修整后的電解槽很快就恢復(fù)了生產(chǎn)。

從這個(gè)實(shí)例得出：

a、陽(yáng)極底面的不平整（實(shí)質(zhì)是電解生產(chǎn)電流的不均衡），導(dǎo)致電解生產(chǎn)受極大的影響，甚至電解生產(chǎn)都無(wú)法進(jìn)行。

b、陽(yáng)極底面修整平整后（實(shí)質(zhì)是電解生產(chǎn)電流的均衡），電解生產(chǎn)能很快恢復(fù)正常。

這個(gè)事例，表面上看是電解槽陽(yáng)極與電解質(zhì)的密切接觸，其實(shí)質(zhì)是電解生產(chǎn)電流的均衡與否，這是保證電解生產(chǎn)正常進(jìn)行的主要條件。

三、實(shí)際實(shí)例2：業(yè)界有一臺(tái)單陽(yáng)極時(shí)期的電解槽，由于管理的精細(xì)、呵護(hù)的精心，其電解生產(chǎn)的效率，非同類(lèi)型的電解槽可比；就現(xiàn)在模糊控制下的多陽(yáng)極電解槽與其相比，也要稍遜一籌；經(jīng)20余年運(yùn)行(一般的電解槽使用壽命4—5年)，其槽況仍讓新啟動(dòng)的電解槽無(wú)法相比。其神奇的效能一直奉為業(yè)界神奇。以精密控制的眼光看待此事：所用原材料，與其它電解槽相比沒(méi)有差別；用電，與其它電解槽在同一條電流回路；管理，都是同時(shí)期的職工。

其實(shí)，用精密控制的眼光，很容易看出其中的端倪，電解槽各處的電流分布均衡、熱收入分布均衡、電解質(zhì)的成分分布均衡；這都是電解鋁生產(chǎn)中一直要求的基本條件。但是，能把握住這些這些條件的，在目前的電解系統(tǒng)內(nèi)去做確實(shí)難上又難。目前的電解條件下，無(wú)論是單陽(yáng)極的電解生產(chǎn)、模糊控制下多陽(yáng)極的電解生產(chǎn)，都難以從根本上控制、分配電解槽內(nèi)部的電流，這也是無(wú)法進(jìn)一步提高電解生產(chǎn)的效率的根本所在，這個(gè)業(yè)界的神奇也就難以逾越。

無(wú)庸置疑，本例確實(shí)是通過(guò)精細(xì)管理，實(shí)實(shí)在在的把握住了這些基本的條件。這個(gè)實(shí)例再次說(shuō)明：實(shí)現(xiàn)精密控制是提高電解生產(chǎn)效率根本途徑。而精密控制的實(shí)現(xiàn)，要依賴(lài)自動(dòng)化，微型工業(yè)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，依賴(lài)人工監(jiān)控效率極低，成效很難有保障。

四、精密控制電解的益處分析：電解生產(chǎn)中，無(wú)論是單陽(yáng)極電解生產(chǎn)還是模糊控制的多陽(yáng)極電解生產(chǎn)，都難以避免的產(chǎn)生陽(yáng)極效應(yīng)。效應(yīng)發(fā)生時(shí)，陽(yáng)極氣體成分發(fā)生急劇變化，CO從20%上升到60%，產(chǎn)生20%的CF4，在電解生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生大量的CO2、HF氣體，這些氣體或固體顆粒都或多或少的因電解生產(chǎn)的過(guò)程產(chǎn)生；特別是電解效應(yīng)發(fā)生時(shí)，電解槽內(nèi)產(chǎn)生很多電火花，火花溫度高達(dá)數(shù)千乃至上萬(wàn)度，高溫和電弧沖擊給這些有害氣體產(chǎn)生提供了優(yōu)越條件。

a、精密控制可消除陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生的條件，CO的產(chǎn)生率降低20%，理論上可杜絕鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生有害氣體CF4、HF；

b、通過(guò)精密控制，可提高電能利用率20%，降低噸鋁電耗約4000kwh；

c、電解鋁精密控制，為鋁電解生產(chǎn)更大型化奠定理論基礎(chǔ)；

d、精密控制電解生產(chǎn)具有的無(wú)可比擬優(yōu)越性，是單陽(yáng)極電解生產(chǎn)、模糊控制的多陽(yáng)極電解生產(chǎn)達(dá)到的；在電解技術(shù)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)飛躍性突破之前，一旦應(yīng)用于電解生產(chǎn)，其優(yōu)勢(shì)無(wú)可比擬，電耗能降低30%，僅此一條就具有壟斷電解生產(chǎn)領(lǐng)域的可能。

圖一

圖二 

圖三