“互联网+”对电解铝生产的应用探讨

曹国强

（中国铝业股份有限公司连城分公司，甘肃 永登 730335）

在2015年，全国的两会上，李克强总理就在报告中指出，要制定“互联网＋”行动计划，让现代的制造业和大数据、移动互联网、云计算等有机地进行融合。在电解铝生产过程中，“互联网＋”起着什么重要的作用呢？我国的中大冶金设计研究院院长梁学民对“互联网＋”和电解铝生产装备和工艺上带来的影响做了深入的分析。

“互联网＋”的主要目的就是让电解铝生产实现智能化，自动化，让生产车间达到无人化作业，也是我国铝企业在生产工艺上的改革。

1 “互联网＋”与电解铝生产

在铝工业生产上，我国属于生产大国，预计在2020年全国的电解铝预期产量达到四千万吨。我国的电解铝技术已经在全世界铝工业生产中名列前茅，但是在发展的过程中生产指标上依然存在很多的问题。

在供给侧结构改革的整体思路中是参照我国的生产需求为基础的，针对电解铝要进行严格的控制，让铝企业在市场竞争中将性能和价格更具优势。为此，就需要针对现在的铝企业在生产模式和工艺上采取不断地创新，同时将能源和成本有所降低，实现智能化、自动化生产，劳动效率要提高，然而“互联网＋”的实际应用，就可以让电解铝生活实现智能、自动化，不但可以使用大数据和资源，同时给铝工业在生产上带来了发展的空间。

2 打造电解铝生产智能化

电解铝智能化可以让生产工艺控制和替代人工操作的机械手更智能，起到优化的作用，同时还能将技术指标的需求有所提升，与此同时，电解铝智能化还能让成本有所降低，生产管理更加精准，不但确保企业在生产过程中安全，给生产运行起到了保障的作用，还将电解铝的整体管理水平大大提高。

现阶段，我国的铝企业在生产实力上有很大的差别，在电解槽的生产模式上、槽型上也有很多的不同。本文将结合生产实际，在铝电解生产过程中如何实现电解铝生产智能化进行分析和探讨。

①针对电解铝智能化控制技术，主要是电解槽智能控制技术。利用移动智能的终端将电解槽实施远程的监控和管理工作。②针对智能化装备技术的实际应用。例如，打壳下料的装置要智能化；多功能机组实现更复杂的操作；铝产品生产过程实现智能制造、入库、发运等。

目前，我国的绝大多数电解铝厂都实现多场进行交互，其中有下面四个优势：①铝电解槽大型化；②工艺过程高温电化学，并且反应很复杂，同时可以实现多场、多像的交互；③高温溶体的腐蚀性能很强，多参数在检测系数上难度很大；④数据量很大，工艺参数较多等。

2.1 铝电解槽智能化控制

连城分公司500KA大型预焙电解槽作为第一条500KA生产线，分两个厂房，6个工区，每个工区48台，系列总计288台电解槽。系列与2011年4月启动，2012年5月份系列全部投产完成。电解两个系列分别设有1个计算机控制站，12个工区每个工区设有监控终端。

对系列电解槽在远程监控系统上将数据进行传输的模式是利用操控机然后让光纤向接口机采取信息或者数据的传递，接口机把数据存储到后台数据库，同时就能将数据实现写的操作。

与此同时，管理机采用网络和数据接口，然后将数据库里的数据采取直接调取的过程，接着完成统一的收集、汇总过程，实现数据的读操作。此外，作为远程系统的基础就是终端，同时要有管理机的功能，就是把数据从数据库中提出的过程。下图是铝电解远程监控系统数据示意图。

图1 铝电解远程监控系统数据传递示意图

在读出的数据上一般是通过图形的形式展现出来，图形分为两种形式：实时的动态曲线和所有电解槽的历史曲线。针对曲线要采取实时的查询，可以检测到电解槽内过去每一时间段的实际情况，经过对即时曲线的分析就能准确地将槽况具体信息进行判断。

另外，接口机上就能查询到过去人意时间段的实际情况，在管理机上就能准确地查询到电解槽的实际工作情况，与此同时，查询的时间还能进行延长，查询的范围也能不断地扩大。

利用电解槽给图形数据进行分析，不仅可以让每台槽在实际运行过程中掌握具体的情况，了解出现的异常反应，同时在参数上还能多出正确的决策。

利用电解槽电流、温度、氧化铝浓度等动态参数的在线检测装置，实现基于物联的铝电解过程全息精确感知，综合运用最新信息技术和运筹学、统计学理论。实现铝电解生产过程信息物联化、生产操作标准化、管理决策智能化、设备和资源调度最优化，实现基于专家知识和模型驱动的铝电解槽智能管控，为提高铝电解生产和管理提供可靠依据。开发应用500KA电解工艺参数多维分析系统从数据库提取数据，进行趋势统计分析，指导电解生产，有利于提升管理水平。电解铝在生产中很多的参数数据都是影响着生产状况的直接因素。

为此，需要在操作前首先要采取预测，操作环节中进行监测，最后实施监督，让电解槽在生产中一直处于安全、正常的运行。与此同时，要针对电解槽的生产提前采取分析，对相关的信息和资料进行提前搜集工作，善于利用各种各样的数据，采取统计的方法，建立铝电解槽工况预判模型、槽况诊断模型、生产操作评价模型、工艺参数分析模型、生产运行分析模型、绩效考核模型、槽状态预测模型以及基于大数据的专家系统推理引擎。应用“互联网＋”技术将大数据库构建，要针对数据进行加工处理，同时将每台的铝电解槽数据仓库搭建起来。

另外，针对智能集成化优化模型要进行控制管理。例如，要把某一个电解槽在一个时期内出现的生产活动进行展示出来，就需要度运行的时间采取分析，同时考察槽的使用寿命，在哪个阶段出铝的效果高等问题。对分析的报表要采取认真的分析，将这些数据和信息作为下一个时间段的参考和依据，将分析问题的能力大大提高。

2.2 应用智能打壳下料装置

在铝电解槽打壳、下料中打壳下料气缸是其中十分重要的一项装置设备，这对电解槽在运行上和成本上起着很大的影响作用。在下料间隔是50s左右时，在打壳和下料方式上就有很大的问题。尤其是对新阳极进行更换后，出现了对应点的电流分布相对较弱，给下料点的温度和电解质的流动性造成严重影响，导致了电解质流动性和氧化铝溶解性能变差。

为此，要根据实际的控制模式进行改进，要让电解槽下料点处不能出现堆积，让电解槽打壳系统不能打开壳面。与此同时，在进行加料上加增加下料量，溶解的速度就会变慢，导致一些氧化铝就会出现沉淀物，电解槽炉膛内有不平整的现象出现，电解槽的正常生产严重受到影响，电解槽电流效率也会大大降低，导致电解槽工作电压逐渐升高，成本也会随之上涨。

此外，针对传统的打壳气缸，在工作压力上，冲程上是固定不变的，对此在打击的过程中，不考虑气缸打开壳面厚度等问题，气缸是由控制系统进行设定完成的。

针对上述的情况对打壳下料系统进行智能化的改造。第一，要使用专家系统的大数据，在换极后要将电解槽氧化铝的浓度进行分析，要把氧化铝下料的控制形式提前设立好，利用智能的打壳下料装置进行添加料，让氧化铝的浓度一直处于不变。

另外，要将气缸的顶端外壳进行传感器的测试，也就是在什么时间段进行打破等，这个时候换向阀就会转向，也没有出现延迟，同时压力也不会积累太多。

2.3 开发应用精准出铝系统

在电解铝生产的过程中，出铝的步骤是电解铝生产环节非常重要的一项工作。电解铝在出铝的过程中需要电解车间下达出铝作业任务单，确定当天的出铝量和出铝槽号等，然后天车配合出铝工按照出铝任务单进行操作。出铝过程中使用天车称重系统对出铝量进行计量。在这个操作的过程是需要人工进行完成的在实际的运行过程中一般是两台槽合包出铝，单槽出铝量无法准确计量，而且由于出铝的精准度在控制上很难达到精确会破坏电解槽工艺技术条件，引起电解槽铝水平波动，导致电解槽在运行过程中出现不稳定的问题。

伴随着科学技术的不断加速发展和信息化平台的不断完善，在电解铝生产过程中“互联网＋”技术的融入，与智能化自动控制设备进行紧密地结合，在不改变原有操作方式的情况下实现自动精确控制出铝，控制出铝精度并报告单槽出铝量，为生产管理提供准确的原始数据。能自动识别出铝天车所在位置的电解槽槽号，可显示槽号、计划出铝量、实际出铝量、流速、总重等。

采用先进的多级计算机控制系统，通过无线测控技术实现出铝现场与监控微机的数据共享，数据库实现出铝数据的存储和管理，实现了实时显示、记录单槽的出铝数据。根据出铝任务单，对单个电解槽进行实际出铝量计量、出铝精准控制、数据统计，并通过计算机网络实现数据共享和信息化管理。

精准出铝系统最大限度降低了人人为干扰因素，利用天车计量系统实现自动化，系统针对出铝量进行严格的计量，按照出铝量的多少进行精准地调控风量，让出铝量实现精准控制。另外，大大降低了人工的实际操作，也减少了劳动的支出，提高了精准度，给电解槽带来的影响也降到了最低。

2.4 优化电解槽控制系统

针对氧化铝溶解速度与扩散速度的不确定性、氧化铝浓度的不均匀性、槽内磁场强、温度高、腐蚀性强、内部空间紧凑等特点，采用电解槽内电流分布、温度分布、氧化铝浓度分布检测装置，实现槽况数据信息的在线采集，开发一种基于预测模型的软测量与分布式测量相结合的铝电解实时状态分析方法，突破铝电解过程状态监测技术的瓶颈。

在每台电解槽三段横梁母线上各安装一套专用横梁母线位置精准测量传感器，在每台电解槽烟道端安装一台母线位置采样仪，每一台传感器通过高温电缆与采样仪连接，组成一套三段母线精确位置测量系统，该系统与电解槽智能控制器通过CANBUS通信。在电解槽梁母线与立柱母线连接处（共计有6个）安装立柱电压采样电缆，与电解槽智能控制器连接，完成智能控制器的多点采样功能，以便电解槽智能控制器能进行电解槽区域浓度控制。

在每一台电解槽原来安装槽控机的位置，安装一台智能铝电解槽控制器，该控制器能对电解槽上部三台提升电机进行单独控制和保护，通过与安装的一套三段母线精确位置测量系统通信，实现三段母线的实时监测，实时对电解槽三段母线进行自动调平，有效解决三段母线不同步的问题.该控制器还对六个立柱电压和烟道端母线电压及系列电流进行同步采样，根据计算六个下料点各自的氧化铝浓度，可实现单点打壳单点下料，达到对电解槽区域浓度控制的目的。

安装在线阳极电流分布实时监控系统，能让阳极电流分布实时监控，解决人工监控误差大，及时性差，工作量大以及指导性不强的状况。通过在线实时监控数据可更精确的掌握电解槽运行情况，提高判断的准确性和及时性。应用阳极更换自动定位技术替代人工换极划线，提高新极安装精度，清除人工装极误差。

2.5 开发应用铝锭连铸在线计量及激光标识

电解铝铸锭是电解铝铝锭生产的最后一道工序，传统铸造的生产流程参与部门杂、操作人员多，导致各部门管理流程协调难，人力成本高、叉车转运等物资消耗大。针对于此，本项目拟对原有铸锭生产线进行改造，将原有需多部门参与的计量、打印标签、粘贴标签环节利用自动化设备替代，采用基于激光的直接标识技术，实现铝锭跺的在线计量与铝锭表面直接标签打印，实现下线即入库的生产工序，以减少人工参与环节，降低企业生产成本。

2.6 自媒体

微信群、QQ群、微博是信息传播、沟通、交流和服务更便捷、更迅速。企业微信更如雨后春笋似的飞速发展。公司、分厂、车间、班组建立的各种微信群，也成为电解生产管理的服务平台。工作安排、生产信息、工作汇报、问题整改、跟踪都在微信群快速交流沟通，问题快速得到解决。

3 结语

在未来的电解铝生产智能化工厂车间将实现生产的各个环节自动化、现代化、智能化的操作。目前，我国的电解铝行业在实际的操作过程中电解槽的配套设备却很少，自动化很难实现。现阶段，我国的电解铝企业中，电解槽在铝厂投资上占据60%，在资金上投入很大，说明重要程度很高，为此生产智能化就是关键所在。在以往的铝企业生产过程中，主要是利用人工去进行管理，工作的效率很难得到提高，如果在实际生产过程中将自动化系统和智能化控制相结合，就能发挥出实际的效果和作用。另外，在电解铝行业中，在工作条件上有非常恶劣的情况出现，甚至还会有危险，针对以上问题要想得到解决，就需要智能化，利用远程进行操作完成，电解铝企业就能实现改革。为此，要把“互联网＋”技术融入到电解铝生产的技术和控制系统中，让生产过程实现智能化，同时建立电解铝智能化的工厂，不仅让电解铝企业在运营效率上有所提高，同时将电解铝企业在市场的竞争力大大提高。