張旭貴

（中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司，河南 鄭州 450041）

鋁電解槽是鋁電解生產(chǎn)過程中最重要的一個環(huán)節(jié)，在電解槽的運行過程中，槽內(nèi)的物料平衡與能量平衡狀態(tài)都是在不斷的變化，還有諸多因素也影響到槽況的實時變化[1，2]。其中，陽極的工作狀態(tài)也直接影響著電流效率、電能消耗、噸鋁陽極碳耗等各項經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，因此碳陽極運行狀況也決定著鋁電解槽生產(chǎn)是否正常，若陽極導(dǎo)桿的等距壓降出現(xiàn)不穩(wěn)定變化，往往會造成陽極局部過熱，改變了電解質(zhì)的導(dǎo)電性和表面張力等特性，大大突出了電解槽內(nèi)熔體中的電流分布，改變了陽極電流密度，嚴(yán)重危害了鋁電解生產(chǎn)的正常運行，從而影響到鋁電解槽的生產(chǎn)效率和其他重要性能指標(biāo)[3]。

在預(yù)焙電解槽生產(chǎn)過程中，陽極電流分布測量工作是非常關(guān)鍵的，也是不得不頻繁進(jìn)行的項目之一。電解槽焙燒啟動階段，每天必須進(jìn)行全部陽極的電流分布測量，以檢查陽極工作情況。正常生產(chǎn)期，每組新陽極換上必須測量其電流承擔(dān)量，以確定陽極高度設(shè)置是否適當(dāng)，換極質(zhì)量是否符合要求。生產(chǎn)槽一旦出現(xiàn)異常或陽極病變，首先進(jìn)行檢測的項目也是陽極電流分布。因此，陽極電流分布的測量工作每天、每班都得進(jìn)行，電解操作工人和現(xiàn)場技術(shù)管理人員都得熟練掌握。目前的電解生產(chǎn)中人員用工緊張，上述工作占據(jù)了大量的人力，測量結(jié)果也會由于人員的不同操作存在著誤差，測量工作效率也較為低下，需要設(shè)計開發(fā)出電解槽前快速、便捷、實時在線監(jiān)控槽陽極電流分布狀況的在線檢測設(shè)備，用于對電解槽的生產(chǎn)及時準(zhǔn)確地做出指導(dǎo)與報警提示[4]。陽極電流分布的在線檢測可以實時監(jiān)控電解槽陽極電流分布狀態(tài)，出現(xiàn)偏流可以及時調(diào)整，為鋁電解槽穩(wěn)定高效生產(chǎn)提供保障。本文針對鋁電解槽陽極電流分布在線檢測算法進(jìn)行了理論分析，給出了詳細(xì)的計算公式，為鋁電解槽陽極電流分布在線檢測提供理論支持和參考。

1 鋁電解槽在線電流分布計算原理

陽極電流分布計算原理根據(jù)電壓與電流之間的關(guān)系公式進(jìn)行計算：

其中，I—陽極電流：

?U—電壓降。

?R—電阻。

由于電解槽陽極大母線為均質(zhì)鋁導(dǎo)體，每組陽極之間的距離相同，每組平衡母線對應(yīng)的位置均在兩根陽極導(dǎo)桿之間的正中心，因此，可以通過在陽極母線上采集電信號，檢測分析鋁電解槽陽極電流分布。

2 陽極電流分布實時監(jiān)測理論計算

以某企業(yè)300kA電解槽為例，電信號采集分布圖如圖1所示。

信號采集點為每組陽極導(dǎo)桿對應(yīng)的大母線的中心位置和平衡母線對應(yīng)的大母線中心位置（中間平衡母線對應(yīng)位置為左右兩根大母線的端頭），該企業(yè)300kA電解槽共需要布點32個。

圖1 陽極電流分布實時監(jiān)測電信號采集分布圖

由于電解槽的A、B面是完全對稱的，其計算原理完全相同，因此只分析計算一面即可。

如上圖所示，以計算A面陽極電流分布為例，設(shè)V1對應(yīng)的母線電阻為?R，則V2、V3、V4、V7、V8、V9、V10對應(yīng)的母線電阻均為?R，而V’23、V’45、V’67、V’89對應(yīng)的母線電阻為2?R，V5、V6對應(yīng)的母線電阻為κ?R（κ為小于1的系數(shù)，），從而可算出A面陽極的電流分布：

根據(jù)上述公式，可算出A面陽極等距壓降：

同理，可算出VB1～VB10，由于計算出的電壓降均為相同電阻下的電壓降，因此，可根據(jù)電解槽總電流，計算出每組陽極的電流分布。需要注意的是，布點時，應(yīng)嚴(yán)格按照上圖所示進(jìn)行布點，正負(fù)方向不能接反。

3 結(jié)論

鋁電解槽陽極電流分布影響到電解槽的穩(wěn)定運行，出現(xiàn)偏流會引起電解槽波動，電壓升高，電流效率降低，增加電解槽能耗。陽極電流分布的在線檢測可以實時監(jiān)控電解槽陽極電流分布狀態(tài)，出現(xiàn)偏流可以及時調(diào)整，有效解決偏流引起的各種問題，為鋁電解槽穩(wěn)定高效生產(chǎn)提供保障。

本文給出了鋁電解陽極電流分布在線監(jiān)測計算原理，并結(jié)合某企業(yè)300kA系列現(xiàn)場陽極電流分布典型案例，對鋁電解槽陽極電流分布在線檢測算法進(jìn)行了理論分析，給出了詳細(xì)的計算公式，為鋁電解槽陽極電流分布在線檢測提供理論支持和參考。