石英超
(云南文山鋁業(yè)有限公司,云南 文山 663000)
隨著我國工業(yè)的發(fā)展和工業(yè)制品種類的增加,鋁電解工藝在我國也隨之快速發(fā)展,目前國內(nèi)正式投產(chǎn)的鋁電解車間的最大電流達到了620kA,而常規(guī)的500、400和300kA的電解車間則是生產(chǎn)鋁的主力。大電流在提升了生產(chǎn)效率的同時也帶來了強大的磁場干擾,因此研究500kA大電流鋁電解車間中的防磁方案,對于提升我國鋁生產(chǎn)水平和工廠的生產(chǎn)效益具有重要作用。
為實際測量電解槽中磁場的空間分布,我們前往了當?shù)啬臣疑a(chǎn)鋁的工廠,其電解槽的電流為500kA,電解槽在車間中的分布如圖1所示。
圖1 電解槽在車間中的分布
在檢測電解槽的磁場分布時,以電解槽的供電測為出發(fā)點,非供電測為終止點,在此區(qū)間內(nèi)沿中的三個空間方向,利用磁場檢測設備進行檢測,得到了電解槽周圍磁場的分布狀態(tài),如圖2所示。
根據(jù)測量的結果,可以得出的結論該廠房的供電測通道的寬度在5.2m,煙道側則為2.1m,由于供電測的寬度更大,因此相對距離磁場更遠,受磁場影響比煙道側小。
磁場呈橢圓形分布,在電解槽中部呈現(xiàn)出拱形形狀,因此電解槽中部的磁場比兩端更小。
當磁場中存在導磁性較強的設備時,這些設備也會成為磁場源。
圖2 電解槽周圍磁場分布狀態(tài)
基于上文中的磁場大小和空間分布狀態(tài),在此部分本文將結合磁場對鋁電解車間的影響,針對性的給出防磁的方案。
(1)電解機組。電解機組中,車輪屬于導磁性較強的材料,當電解槽通電時,車輪便會因為受磁場影響在車輪和軌道之間形成具有吸引力的磁場,這使得電極機組的每兩個車輪之間便會受到反向的磁場力,使得機組難以正常啟動;而當機組正常行進時,車輪的轉動使得車輪每隔半個周期便會形成與軌道相互吸引的力,影響車輪的繼續(xù)轉動。
對此的解決方案有兩種,一是增加機組的啟動功率,以更大的力對抗車輪所產(chǎn)生的磁力,二是使用導磁性較弱的材料,如銅等金屬或工業(yè)用塑料等制作車輪和軌道,但第一種方式會大幅增加耗電,因此該工廠在權衡后選擇了第二種方案。
(2)PLC工作模塊。PLC是一種工業(yè)生產(chǎn)中用于程序控制的模塊,現(xiàn)代冶金工廠為提升效率,普遍采用PLC控制生產(chǎn)設備本文所涉及的工廠中便使用了PLC控制機組車輪和電解槽通電。但磁場對PLC的工作有很大影響,PLC內(nèi)部可能會因為磁場干擾產(chǎn)生錯誤,聚該工廠的統(tǒng)計,該廠自應用PLC技術以來,雖顯著提升了生產(chǎn)效率,但每年因PLC故障導致的失控損失約在120萬元左右。對PLC進行防磁干擾的方案主要是對其進行接地,在PLC芯片的周圍設置磁屏蔽罩,并將磁屏蔽罩接地,可有效防止磁場對PLC芯片的干擾;而對部分由于安裝位置關系無法接地的PLC設備,則更換為成本更高的抗磁干擾能力更強的PLC芯片,并在其周圍設置磁屏蔽罩,在一定程度上防止磁場對PLC芯片的影響。
(3)防磁電控柜。對于車間中對磁場敏感且價格較為昂貴的電子元件,將其安裝在專用的防磁電控柜中,電控柜采用雙層材料,可以起到磁屏蔽作用,有效阻止磁場穿過電控柜影響內(nèi)部的電子元件,從而提升電子設備的使用壽命。
本文對電解機組、PLC芯片和貴重電子設備進行了防磁處理。對于機組來說,在使用無磁鋼和特種塑料之后,啟動機組的功率下降到了原來的65%。按照工業(yè)用電0.5元/kWh計算,原先每個工作日啟動機組的用電大約在32000kWh,改造后則將至了20000kWh,每日可節(jié)省電費6000元,而改造機組所用的總成本大約在130000元左右,大約22天可收回成本。而在PLC方面,經(jīng)過一段時間的觀測,改造后的PLC設備幾乎不會出現(xiàn)故障,因此每年可為該廠節(jié)約處理故障的成本120萬元,而改造PLC的總成本大約在8萬元左右,與節(jié)省的處理故障的成本相比可以忽略不計,此外PLC穩(wěn)定性提升帶來的不僅是生產(chǎn)故障率的降低,更重要的是極大的降低了因PLC失控帶來的安全隱患,而這方面是無法用金錢估量的。而在防磁電控柜的改造方面,文獻記載中對工業(yè)生產(chǎn)中貴重電子設備受磁場影響的壽命降幅一般為25%~30%左右,取最高值30%計算,該工廠更換一次貴重電子設備花費的成本大約在610萬元左右,更換的周期為7年,而改造后則需要9年才需更換一次電子設備,相當于每年節(jié)省20萬元。從以上三點中可以看出防磁設計方案為工廠帶來的經(jīng)濟效益是非常顯著的。
本文對500kA鋁電解車間中防磁方案的設計進行了研究,鋁電解車間中受磁場影響較大的有電解機組、PLC模塊和貴重電子設備,本文根據(jù)電解槽磁場分布的特點,結合生產(chǎn)設備的特性制定了改造方案并在某工廠中進行了實際應用,結果表明防磁方案可以為工廠帶來顯著的經(jīng)濟效益,期待能夠為我國鋁電解工業(yè)生產(chǎn)提供參考。