文勝毅

（遵義鋁業(yè)股份有限公司，貴州遵義 563100）

電解鋁系列降低電解槽停槽壓降的解析與實(shí)踐

文勝毅

（遵義鋁業(yè)股份有限公司，貴州遵義 563100）

通過(guò)對(duì)電解鋁系列電解槽停槽壓降構(gòu)成的分析，使用短接母線(xiàn)前后電阻理論計(jì)算對(duì)比，以及對(duì)停槽壓降降低分析，找到主要原因是停槽后過(guò)電流的槽周母線(xiàn)路徑過(guò)長(zhǎng)，對(duì)過(guò)長(zhǎng)的過(guò)電流槽周母線(xiàn)進(jìn)行臨時(shí)短接，實(shí)現(xiàn)降低系列停槽短路口壓降的分?jǐn)偅⒆罱K實(shí)現(xiàn)企業(yè)電能空耗損失的降低。該方法大大的降低了企業(yè)的成本，提高了企業(yè)的利潤(rùn)空間，可以復(fù)制值得推廣。

電解槽停槽壓降 槽周母線(xiàn)臨時(shí)短接 短接母線(xiàn)

隨著鋁價(jià)的持續(xù)低迷和南方電價(jià)的依舊處于高位，南方許多電解鋁企業(yè)生存困難、舉步維艱。為了企業(yè)能在未來(lái)的機(jī)會(huì)中保留一絲希望，在降低總產(chǎn)量減少虧損面的前提下保持整個(gè)電解鋁生產(chǎn)線(xiàn)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行顯得尤為重要，而停掉槽齡過(guò)長(zhǎng)、生產(chǎn)運(yùn)行狀況不好的電解槽的措施是大多企業(yè)采取的當(dāng)然手段，而穿插停槽導(dǎo)致不易采取保留距離供電整流較近的區(qū)域電解槽進(jìn)行生產(chǎn)，造成正常生產(chǎn)指標(biāo)中停槽壓降分?jǐn)傊荡蠓黾?，?dǎo)致噸鋁綜合電耗的上升虧損增加。針對(duì)此情況采取了對(duì)停槽壓降的構(gòu)成進(jìn)行分析，并通過(guò)采取縮短停槽后槽周母線(xiàn)通過(guò)電流路徑實(shí)現(xiàn)了停槽短路口壓降的大幅降低，實(shí)現(xiàn)了降低系列產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)減虧而不至于大幅增加噸鋁電耗的生產(chǎn)運(yùn)行目標(biāo)。

1 可行性分析

某企業(yè)240KA母線(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖1所示。該電解槽為大面四端進(jìn)電，為左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，總共有陰極炭塊18塊，陰極鋼棒頭共A、B面各18組，共36組，分別按A1、A2、……、A18，B1、B2、……、B18表示標(biāo)示。立柱母線(xiàn)四根，按第1根、第2根、第3根和第4根標(biāo)示。槽底穿槽母線(xiàn)左右對(duì)稱(chēng)各2根，共4根，彎折穿槽平衡母線(xiàn)各1根，共2根。

圖1 某企業(yè)電解槽槽周母線(xiàn)配置圖

圖2 電解槽短路口槽周母線(xiàn)布置圖

1.1 電解槽正常運(yùn)行時(shí)候電流路徑

電解槽正常生產(chǎn)時(shí)候A1—A7接第1根立柱短路塊經(jīng)出鋁端槽周母線(xiàn)、A8出來(lái)經(jīng)過(guò)彎折穿槽母線(xiàn)至出鋁端槽周母線(xiàn)與B1接到下臺(tái)槽第一根立柱；A9經(jīng)平行母線(xiàn)至第二根立柱母線(xiàn)左側(cè)短路塊和第1根直穿槽母線(xiàn)同時(shí)連接與第二根立柱右側(cè)短路塊接第2根穿槽母線(xiàn)同時(shí)連接至B2—B9匯合形成的B面槽周母線(xiàn)連下一臺(tái)槽第二根立柱；另外第三、第四根與第二、第一根一致。

1.2 停槽狀態(tài)下槽周母線(xiàn)及穿槽母線(xiàn)的帶電情況

停槽狀態(tài)下第4組、第15組下的穿槽彎折槽周母線(xiàn)無(wú)電流。

電解槽4根立柱母線(xiàn)如圖3所示，正常運(yùn)行時(shí)斷路口與立柱之間插上絕緣材料進(jìn)行斷路，停槽時(shí)候短接在一起，此時(shí)立柱與斷路塊之間通過(guò)螺桿進(jìn)行壓接連接。

通過(guò)圖2、圖3可以看出槽周母線(xiàn)距離立柱母線(xiàn)路徑較長(zhǎng)，且短路口停槽軟母線(xiàn)高度相對(duì)較高，可以從降低這部分電流路徑著手，通過(guò)短接上一臺(tái)電解槽槽周母線(xiàn)與停槽槽周母線(xiàn)可以大幅縮短電解槽停槽后的電流運(yùn)行路徑可以實(shí)現(xiàn)降低停槽電阻最終降低停槽壓降的目的。

圖3 電解槽立柱母線(xiàn)示意圖

圖4 電解槽短接母線(xiàn)短接位置示意圖

2 使用短接母線(xiàn)后電阻理論計(jì)算對(duì)比

短接位置如圖4所示，第1、4根和第2、3根在立柱旁電流運(yùn)行路徑最短處用寬×高為220mm×300mm的鋁母線(xiàn)通過(guò)鋁液澆注連接。

2.1 未使用短接母線(xiàn)時(shí)電解槽停槽電阻

第1根立柱：

電流從從立柱母線(xiàn)根部上經(jīng)過(guò)短路口軟連接母線(xiàn)繞槽周母線(xiàn)到下一臺(tái)電解槽第1根立柱母線(xiàn)。

第2根立柱：

電流從從立柱母線(xiàn)根部上經(jīng)過(guò)短路口軟連接母線(xiàn)經(jīng)過(guò)穿槽母線(xiàn)1和穿槽母線(xiàn)2到下一臺(tái)電解槽第2根立柱母線(xiàn)。

第1、2根立柱電阻基本一致，因?yàn)榈?根立柱與第2根一致，第4根立柱與第1跟基本一致，所以未使用短接母線(xiàn)時(shí)的停槽母線(xiàn)電阻R總-1為2.9×10-3Ω的四分之一，即R總-1=7.25×10-7Ω。

2.2 使用短接母線(xiàn)時(shí)電解槽停槽電阻

第1根立柱：

電流從短接母線(xiàn)直接連接母線(xiàn)繞槽周母線(xiàn)到下一臺(tái)電解槽第1根立柱母線(xiàn)。

第2根立柱：

電流從短接母線(xiàn)經(jīng)過(guò)穿槽母線(xiàn)1和穿槽母線(xiàn)2到下一臺(tái)電解槽第2根立柱母線(xiàn)。

第1、4根立柱電阻基本一致， 第2、3根立柱電阻基本一致由并列電阻公式可得：

2.3 停槽壓降降低分析

鋁電解生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行電流是個(gè)定值，當(dāng)電阻減小后，短路口壓降會(huì)相應(yīng)降低。短路口壓降降低數(shù)值ΔV可以由以下公式計(jì)算。

當(dāng)電流按240KA運(yùn)行時(shí)，可以算出能降低57.1mV的短路口壓降。在實(shí)踐中的完成值大于此數(shù)值，能夠?qū)崿F(xiàn)70mV左右的降低，主要原因是總共減少了8處鋁鋁接觸壓降和40處有色焊接連接點(diǎn)焊接壓降。

3 節(jié)能及經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)

該電解鋁企業(yè)當(dāng)前240KA系列生產(chǎn)槽數(shù)178臺(tái)，停槽38臺(tái)，降低短路口降低的電耗可以用以下公式算出：

總降電耗=停槽數(shù)量×單槽降低電壓×運(yùn)行電流×停槽累計(jì)小時(shí)

通過(guò)使用該短接方式可以實(shí)現(xiàn)年度節(jié)約用電559.2萬(wàn)度，按照當(dāng)前運(yùn)行電價(jià)0.58元/度計(jì)，年度可降低電費(fèi)支出324.4萬(wàn)元。

而需要的投入很小，就是在鑄造車(chē)間用自產(chǎn)鋁液鑄造相應(yīng)尺寸短接母線(xiàn)塊安裝并澆鑄到電解槽槽周母線(xiàn)之間就行，且該短接母線(xiàn)可以循環(huán)往復(fù)使用。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電解槽母線(xiàn)配置的研究找到了一條簡(jiǎn)單可行的降低電解槽短路口壓降的辦法，該辦法是可以復(fù)制和值得推廣的，這為行業(yè)的發(fā)展和能耗的降低提出了切實(shí)可行的積極措施。

［1］邱竹賢.鋁電解.北京［M］：冶金工業(yè)出版社，1985.5.

［2］《電接觸理論及應(yīng)用》.華中工學(xué)院，機(jī)械工業(yè)出版社，1985，10.

圖4.1 PLC程序流程圖

（4）緊急停止。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，一按下急停按鈕，所有正在運(yùn)行的設(shè)備全部停止。

（5）安全保護(hù)。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置多重防護(hù)，避免人身及設(shè)備事故的發(fā)生。

3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要由PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器/伺服電機(jī)、變頻器、觸摸屏、光電開(kāi)關(guān)和電磁閥等硬件組成，結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。

3.3 變頻器

變頻器線(xiàn)路如圖3.2所示。

4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

PLC接收系統(tǒng)中各種按鈕、開(kāi)關(guān)及檢測(cè)裝置的輸入信號(hào)，根據(jù)程序和預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，控制電磁閥及繼電器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，同時(shí)通過(guò)高速脈沖輸出向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出定量的脈沖數(shù)控制伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC程序是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分，其流程如圖4. 1所示。

參考文獻(xiàn)：

［1］王紅異.全自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì).東南大學(xué)，2004.

［2］徐世許.可編程控制器原理.安徽：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2000.

［3］韓星海.PROFIBUS-DP在橫剪生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用.2004.

［4］毛躍輝.基于PLC控制的全自動(dòng)剪板機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì).可編程控制器與工廠(chǎng)自動(dòng)化.