【摘 要】作為鋁電解生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)，良好的焙燒質(zhì)量對于提高鋁電解的整體生產(chǎn)質(zhì)量與效益具有重要作用。本文首先對鋁電解槽焙燒控制系統(tǒng)進行概述，然后具體探討了鋁電解槽焙燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化措施，以期為相關技術與研究人員提供參考。

【關鍵詞】優(yōu)化 鋁電解槽 焙燒控制系統(tǒng)

鋁電解槽的焙燒階段通常要保證3～4天的周期，以確保電解槽在啟動過程中槽內(nèi)的熔融電解質(zhì)不凝固。焦粒焙燒是當前電解槽生產(chǎn)的主要預焙方法，其具備溫升速率高、可修復施工缺陷、焙燒周期短、對陰極內(nèi)襯熱沖擊弱等優(yōu)點。而當前選用的焙燒控制系統(tǒng)也是以焦粒焙燒為基礎進行設計的。因此，加強有關優(yōu)化鋁電解槽焙燒控制系統(tǒng)的研究，對于改善焙燒控制系統(tǒng)的設計水平具有重要的理論與現(xiàn)實意義。

一、鋁電解槽焙燒控制系統(tǒng)概述

工控機、PLC控制器與焙燒分流裝置是鋁電解槽焙燒控制系統(tǒng)硬件的構成部分，其控制則過程主要包含后向檢測反饋部分、前向控制部分及中間執(zhí)行部分：后向檢測反饋部分基本功能是利用無線專網(wǎng)將溫度測量部件監(jiān)測的焙燒溫度數(shù)據(jù)傳輸至Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫存儲；焙燒分流裝置則為主要的中間執(zhí)行控件；前向控制系統(tǒng)則主要由西門子S7-300PLC與西門子WinCC構成。鋁電解槽焙燒控制系統(tǒng)的工作原理：下位機與上位機的PLC主要利用工業(yè)以太網(wǎng)完成通訊，上位機用于管控與監(jiān)測下位機分流器的開關模式，并對鋁電解槽的電流分布、溫度分布、分流器的電流與電壓進行監(jiān)控；下位機中的PLC用于接收來自上位機的溫度控制算法，并通過其管理焙燒分流器開關的通斷狀態(tài)。鋁電解槽上的溫度測量系統(tǒng)將檢測到的溫度按照Zigbee協(xié)議利用協(xié)調(diào)器傳遞到上位機中，隨后采用溫度控制算法對鋁電解槽的焙燒溫升進行調(diào)整，由此實現(xiàn)整體焙燒過程的管控。

二、鋁電解槽焙燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化措施

1.優(yōu)化焙燒設備接觸

（1）降低焙燒分流片兩側(cè)的接觸電阻：通常電解槽的陽極大母線選用鋁材料制作，分流器上箱體采用倒T形銅排制作連接部件，而分流片為鐵制機構，三者間的連接接觸電阻過大。改進時可使用復合材料過渡板對分離器前端與陽極大母線進行連接，即將分流片前端鐵制材料與陽極大母線處的鋁制材料進行黏合擠壓，在加工焊接的基礎上制成整塊鋁鐵過度材料板材，由此將其安置在大母線與分流片間以減小接觸電阻及發(fā)熱量。

（2）降低分流器內(nèi)部接觸電阻：對于軟銅帶與倒T形銅排、焙燒分流開關的接觸位置可選用表面鍍銀技術調(diào)整接觸電阻阻值；在焙燒分流開關的動靜接頭接觸中，重復斷開與閉合很可能會導致接觸部分發(fā)生嚴重的燒蝕損壞，部分情況下則容易抑制電路導通，引起分流開關失效，改進時可采用觸頭表面增設銀鎢合金過渡層的方式，即選用性能良好的銀鎢合金材料，依據(jù)動、靜觸頭的尺寸狀況，制作成2mm厚度的觸頭接觸過渡層，隨后依據(jù)材料組合方式相應焊接至靜、動觸頭上。根據(jù)相關實踐研究證明，此種改進方式可有效避免分流開關多次動作的燒蝕，確保動作前后的接觸電阻變化最低，進而防止在焙燒分流過程中形成較高的溫度。

2.優(yōu)化焙燒分流器散熱性能

（1）在分流裝置與分流片的連接位置通常采用2mm厚的薄鐵片作為接觸中介，為降低接觸溫度、減小電流密度，可替換為6mm厚的鋼板，且相應增加此部分分流片的尺寸。改進后進行一定周期的模擬鋁電解槽焙燒分流實驗，同時在實驗中使用紅外測溫儀對此部分溫度實施定時監(jiān)測，結果發(fā)現(xiàn)，此種方式不僅能有效減小電流密度值，降低接觸部位瞬時發(fā)熱量，同時可增加散熱面積，避免其在長期運行中發(fā)生局部過熱。

（2）在焙燒分流系統(tǒng)實際運行中發(fā)現(xiàn)，分流片組拐角尖端處在大電流分流時會發(fā)生溫升過快的問題，檢查發(fā)現(xiàn)此處電流密度相對較大，散熱性能不足，多余熱量難以充分散失。在改進時對拐角的尖端實行圓角過度，以防止分流片形成局部尖角；根據(jù)模擬分流通電驗證檢驗表明此種方式可有效避免局部溫度過高問題。

（3）對分流片總體改進過程中，采用上下雙層水平結構代替?zhèn)鹘y(tǒng)的環(huán)形結構，上下層間預設固定的空隙，以提高分流片組安裝的效率，增大分流片間的間隔距離；在設計上層分流片時需采用不等長方式對片組優(yōu)化，由此在云母卡片條件下下層分離片可構造成多段S型曲線結構，上層分流片組可星辰上層鼓肚型結構，進而增大片組與空氣的接觸面積。

3.優(yōu)化焙燒溫度控制算法

（1）采樣PID算法：在部分特殊狀況條件下，如在調(diào)控電解槽的溫度時，因電解槽的純滯后時間同慣性時間常熟間的差別較大，同時控制過程重復動作較多，采用傳統(tǒng)的PID控制方式很難獲得良好的控制效果。

在實際設計時，可依據(jù)固定周期調(diào)整輸出變量的規(guī)模，采樣周期可選擇對象的慣性時間常數(shù)與純滯后時間常數(shù)的和，由此可保證在各次控制量輸出后控制器能有冗余的時間用于對象調(diào)控，進而實現(xiàn)周期性的再次調(diào)節(jié)輸出。該種調(diào)節(jié)方法是穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)方式的一種，其選用的“調(diào)一調(diào)，等一等”的控制模式可明顯抑制系統(tǒng)的不穩(wěn)定及超調(diào)問題，且其對擾動的響應速率要求較低，控制效果良好。

增量式PID控制算法：增量式控制是指在輸出增量信號時，使執(zhí)行機構在當前位置完成后退或前進，進而移動至新的位置?？刂破鹘o出增量：

△u（k）=u（k）-u（k-1）

依據(jù)控制算法可知：△u（k）=Kp△e（k）+kie（k）+kd[△e（k）-△e（k-1）]

其中，k為采樣序號，u（k）表示k次采樣時刻計算機輸出量；e（k）表示第k次采樣時的偏差值。在選用此種算法時可按照系統(tǒng)要求通過軟件設計改進完成。

三、結束語

鋁電解槽焙燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化水平將直接影響著鋁電解槽的生產(chǎn)質(zhì)量及效益，因此，相關技術與研究人員應加強有關鋁電解槽焙燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究，總結焙燒控制系統(tǒng)的改進方式及關鍵優(yōu)化技術要點，以逐步改善焙燒控制系統(tǒng)的工作性能。

參考文獻：

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[2] 王軒.350kA鋁電解槽焙燒自動控制系統(tǒng)的應用研究[D].北方工業(yè)大學.2014，13（14）：74-75.

作者簡介：盧海峰（1979-），男，山東臨沂人，學歷：本科，研究方向：自動化儀表。