——精密控制电解铝生产.doc

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1、 精密控制电解铝生产主要技术、产品及服务 主要技术：电解铝生产行业特点：电解槽的大型化4：电解生产的阳极效应6电解槽的使用寿命6电解生产的电流效率与节能8电解铝生产对环境的影响9精密控制电解铝生产技术与目前电解生产的区别9专有技术10存在竞争的焦点11产品生产分析电解铝生产行业历史12我国电解铝行业面临的挑战和未来发展的分析13精密控制电解铝生产的市场市场竞争分析商业模式业务拓展计划风险与对策核心团财务预测融资需求资金使用计划科技金融服务主要技术、产品及服务主要技术：本团队拥有多阳极电解槽电解的单阳极分流控制装置及方法专利，专利号ZL 2008 1 .7；专利对铝电解生产过程中能耗的均衡分配进

2、行监测，控制；以及精密控制多阳极电解槽的生产，是目前唯一进入电解生产领域能耗过程控制的技术，本技术主要解决铝电解生产过程中能量的均衡分布控制。依据此专利技术，我们可以合法的开发400KA、500KA、600KA乃至多种类型的多阳极电解槽精密控制技术；多阳极电解槽生产电流均衡分配监测技术；多阳极电解槽精密控制生产技术；对现有的多阳极电解系统提供生产电流均衡分配监测服务；对多阳极电解生产提供能量均衡分配的精密控制服务；开展电解铝生产双平衡控制，进行精密控制电解铝生产；以及电解铝生产精密控制技术的服务业；企电解铝生产技术的升级、改造等。电解铝生产行业特点：铝电解从单阳极转化到多阳极，生产的控制更灵活

3、，单阳极生产的能量损耗有了极大的降低；在多阳极生产的管理中，单阳极控制理念仍占着主导地位。铝电解生产理论电耗6330kwh，物料和能量平衡控制的试验槽上，吨铝能耗是9240kwh，能量利用率67%；在实行能量平衡控制的电解槽上，吨铝电耗是12400kwh，能耗利用率仅37%；工业铝电解生产中，吨铝电耗13300kwh，能耗利用率仅33%。铝电解生产的能量没能得到最大的利用。 在某400KA多阳极电解槽上，单个阳极的平均电流是8.3KA，生产中检测到某阳极电流50KA，同时检测到有组阳极电流0A，电解槽控制及管理没显示出异常。 下表是电解生产中某台电解槽阳极某一时期电能分布的趋势 阳极电流的分布

4、反映了电解槽能耗的分布，由此可以看出电解槽能耗分布的不均衡。电解槽电流、能量分布不均衡，直接导致电解槽电场、磁场、热场、力场、流场分布紊乱，长期运行将引起电解生产环境恶化；电解槽局部槽帮熔化、底部漏槽、阳极化爪、早期破损等都由电解槽能量分布不均衡引起；电解质中物料分布的不均衡，也主要是由电解槽能量分布不均衡，电场、磁场、热场、力场、流场紊乱引起。与能量、物料双平衡的试验槽相比，工业生产吨铝电耗高4000kwh；由此，我国铝电解生产每年有600亿kwh电能白白损耗。实现电解生产能量均衡分布，将会使电槽小环境的电场、磁场、热场、力场、流场分布均衡，为电解生产的物料分布均衡创造条件；只有在电场、磁场

5、、热场、力场、流场分布均衡的条件下，才能使电解生产的小环境得到彻底的改变；也只有在能量和物料双均衡控制的条件下，才能将电解生产的能耗控制到11500kwh以下，甚至11000kwh以下，早日实现十二五规划的目标。以能量平衡为主导、结合物料平衡的双平衡控制将推动电解铝行业实现一次跨越发展。电解生产的控制在铝电解生产理论中，铝电解的理论电耗是6330kwh；在铝电解的试验生产，生产中用银作电解的阳极，电耗（能耗）是9240kwh/吨铝， 9240kwh的数据进入电解铝教材，已经为广大电解铝工作者所理解；之所以工业生产中，应用活性炭阳极直流电耗高达13300kwh/吨铝，电耗差距达41%，其间存在着

6、我们未发现、或未引起重视的因素存在。在电解生产的理论领域，一直强调要保持电解生产过程中能耗的平衡、物料的平衡，两个平衡对电解生产起着至关重要作用；这两种平衡是铝电解高效率生产的首要条件，安全生产的基础条件，是电解生产过程中的基本要素。在电解生产领域，控制以能量和物料双平衡的试验槽，以银作阳极，电解的能耗达到每吨铝9240kwh，能耗利用率67%；控制能量平衡的电解槽电耗12400kwh，再加上550kg的石油焦阳极，电能利用率51%，能耗利用率37%；而现在工业生产中不以能量平衡和物料平衡进行控制，电能消耗13300kwh， 550kg石油焦阳极消耗，电能利用率47%，能耗利用率33%；一方面

7、，是我国电解铝生产的大规模扩张，另一方面电解铝生产的能量利用率极低，与我国电解铝生产的大国形象极不相称。要实行物料和能量平衡的电解生产，首先要转变目前单阳极生产的观念，使得在计算机控制下，能够实行物料和能量双平衡的电解生产生产，这样才能够以最低的能耗、最少的物料投入，获得最大的产出。目前，以双平衡为基础的精密控制电解铝生产刚刚起步，不为大众所认知，我国的电解铝生产以单阳极控制理念为指导，对能量平衡和物料平衡的精密控制还不能坦然接受。电解铝精密控制领域，为我们留下了巨大的利润空间。此时进军精密控制领域，哪怕是建立几台精密控制生产的试验槽进行研究，开展电解铝生产的双平衡控制，提高电解铝生产的能耗利

8、用率，为我国从电解铝生产大国提升到电解铝生产强国，意义重大。铝电解生产中物料不平衡的分析铝电解的生产中，物料平衡有很多手段进行控制，自适应控制技术、模糊控制技术、中温寻优技术、铝电解专家系统技术等都体现出对物料的平衡控制。这些控制技术在电解生产中的物料平衡上起到一定作用，但在实际应用中，没能最大程度的实现物料平衡。电解生产中，液态电解质和铝液的温度高达950，高达数百千安的直流电流，由阳极通过电解质、铝液进入阴极；电流在电解槽中产生强大电场和磁场，在电场力及磁场力的共同作用下，导电的电解质和铝液在电解槽中规律性的流动；潮汐也对电解的生产带来影响，使电解质和铝液产生波动。中间下料系统补充的氧化铝

9、在电解槽中央注入， 随着电解质的流动，熔入电解质的氧化铝被带向第一和第三象限进行电解；在第一、第三象限，没分解完全的氧化铝随电解质的流动分别进入第二和第四象限(如图一所示)。由此产生了一个问题，第一和第三象限的电解质中，熔融氧化铝浓度过高，特别是在接近下料点附近，甚至会有未及时熔融的氧化铝沉淀到槽子的底部；在第二和第四象限中的氧化铝，分别是由一、三象限流动的电解质带来，浓度相对过低，特别是二、四象限端头的几个阳极下，氧化铝的浓度更低。电解槽中氧化铝的分布是不平衡的。氧化铝含量高的电解质，其电导更好，在同一个电解槽中其电流分布高；氧化铝含量较低的电解质，其电导就差，电流分布相应要低一些；氧化铝消

10、耗殆尽的电解质电导更低。从（图二）对电解槽能量的分配检测中，能量消耗分布趋势分析可以看出，其物料分布差别的趋势。在实际生产中，物料分布不均衡也是电解生产效率降低的一个主要原因。图一：中心下料电解槽的磁场、力场、流场分布趋势图由于电解生产过程中的氧化铝分布不均衡，电解生产过程中，阳极的电流分布也随氧化铝的分布呈区域性的分布。下图就是一次对阳极电流的分布趋势的检测。可以认为，电解生产过程中，物料的不平衡是影响能量的平衡分布的一种重要因素。图二：某台电解槽电流分布检测（两图分别是A母线、B母线） 电解铝生产过程中的的能量平衡电解生产过程中，有许多控制电解生产的技术，从实际效果来看，主要针对的是电解生

11、产过程中的物料平衡；电解生产中，能量的均衡在生产中更为重要，关乎电解生产的能耗多少、效率高低、电解生产的安全、电解槽的使用寿命等。当前，电解生产的能量平衡，生产中除了控制系列电流外，所控制的只是电解槽电压；在电解槽内部，能量分布不进行控制或人工检测、人工控制。 电解槽中，铝液和电解质的流动、波动、物料的分布不均衡，使电解生产中能量的分布极不稳定，在电解槽的小环境中，电流分布不均衡使电场、磁场、力场、流场、热场都处于不确定中。大型工业电解槽生产面积已经达到或超过了60m2，系列电流达到500KA、甚至600KA；在电解槽大型化的环境中，受电场力和磁场力的共同作用，不进行能量平衡控制，单槽能量的平

12、衡分布很难实现。在电解生产中，进行电流的分布检测，观测到偏流有高达6-10倍的，偏流产生的热量将超过正常生产时的50倍甚至更高；这对电解的安全生产、电解槽的使用寿命绝对是致命的考验。统计资料显示，我们电解槽的使用寿命1500d，只有国际先进水平的一半。图三：某电解槽生产中电流分布检测（两图分别是A母线、B母线）电解生产中能量的均衡，关乎电解生产的能耗、效率、电解槽的安全、使用寿命等,在生产中尤为重要。电流分布不均，电解槽的物理场（电场、磁场、热场、流场、力场）容易波动，热平衡维持困难，槽电阻极易受外界的干扰而波动，由于大型电解槽惯性大，一旦出现波动或槽况异常，很难快速恢复正常。以能量均衡指导电

13、解生产，国际、国内很少有企业去实际的尝试。目前所知以能量平衡指导电解生产的，一个是试验槽，以银作阳极，吨铝电耗9240kwh，其应该是能量与物料的双平衡控制；另一个郑州龙翔采用能量准平衡控制，生产中电耗达到12400kwh，应该只采用能量平衡控制。国内、国际运行的的铝电解槽，生产的控制包括物料平衡和能量平衡（热平衡）两方面。不论是计算机控制还是人工控制，其目的都是使电解生产在物料平衡和热量平衡方面达到最佳状态，在最小的热投入和最小物料浪费基础上，得到最大化的产出。在计算机控制方面，自适应控制技术、模糊控制技术、中温寻优技术、铝电解专家系统技术等的成功应用，使我国的预焙槽的电解技术明显提高，但这

14、些技术主要解决了电解生产的物料平衡；对电解生产起着更为重要作用的是能量平衡，在生产中没有体现；精密控制电解铝生产，就是专注于均衡能量平衡的技术。以能量平衡的视角去看，唯一做电解铝生产能量均衡生产的，就是曾用银做阳极的电解生产，这次次实验取得的电解生产的电耗9240kwh/吨铝；以能量均衡指导电解生产，国际、国内尚没有企业去实际的尝试。电解生产中能量的均衡，关乎电解生产的能耗、效率、安全、电解槽的使用寿命等,在生产中尤为重要。缺乏先进的生产操作技术，作业成本高是目前大型预焙槽能耗过高的主要原因；焙烧过程以及投入运行后，电流分布不均，电解槽的物理场（电场、磁场、热场、流场、力场容易波动，热平衡维持

15、困难，槽电阻极易受外界的干扰而波动，阳极效应发生后熄灭困难，由于大型电解槽惯性大，一旦出现波动或槽况异常，很难快速恢复正常。图一：海德鲁400KA电解槽。图上可以看出，其电解槽阳极电流的监测、控制未采用特殊的能量平衡测控装置。国内的电解生产系统对电解槽电压进行的控制，从宏观上可以对电解系列的能量进行平衡，这种平衡只是系列中每一台电解槽所分配能量的平衡，电解槽内的能量平衡，在生产中不能很好地体现；2008年前，电解生产的直流电耗13800kwh/吨铝；近几年来，依靠人工检测电解槽工作时的能量分配、发现有槽子能量分配不均衡，偏流严重的，依靠多功能天车进行调节，是常采用的方法；数据显示，最近电解铝直

16、流电耗有接近或低于12800kwh/吨铝的.成果的取得，与生产中阳极能耗均衡分析和调节有直接关系，其检测、调节方式、技术，与多阳极电解槽电解的单阳极分流控制装置及方法所采取的方式类同；由于人工检测、发现、调控的手段原始，其效果并不是十分理想。在一台模糊控制的生产槽中，阳极有48组，平均电流是8.3KA；电解生产时随机进行的电流均衡分配检测中，发现其中一组阳极电流是0，相近一组阳极的电流50KA； 在这样的条件下，电解槽的电场、磁场、流场将发生极大的波动，从发现槽况异常、进行人工检测、多功能天车处理，整个过程需要20-30分钟的时间；能耗的极度不平衡时间不长，其对电解槽边部伸腿产生的影响，对炉底

17、的影响，对电解槽炉体的影响将是持久的，其影响将存在相当长时间，甚至可能使电解生产条件恶化，导致电解槽早期破损等。图二、三：以下是以检测电解槽阳极导杆电流均衡分布为目的，做的电解槽阳极导杆A区、B区温度监测数据；（根据Q=0.24I2Rt计算,在相同的环境下，阳极导杆的温度反映了阳极导杆电流的变化）虽然阳极导杆温度检测中受很多因素影响，阳极导杆上温度还是能客观的反映出阳极电流的分布趋势。图二：91#槽某一时刻温度分布图。上图是A区域，下图是B区域图三：09#槽某一时刻温度分布图。上图是A区域，下图是B区域 这个工作不仅反应出阳极导杆温度的分布；也间接反映出了一段时期经过阳极导杆的电流趋势，也就是

18、阳极组工作电流分布趋势；通过测量阳极导杆的温度分布状况，可以分析电解生产中的电流分布趋势；可以说，这两幅图反映了电解槽工作时的能量分配的趋势，从中可以看出电解生产中的能耗分布不平衡，至少是一段时期内能量分布的不均衡。铝电解槽的控制包括物料平衡和热平衡两方面，不论是计算机控制还是人工控制，其目的都是使电解槽在物料平衡和热量平衡方面达到一定的平衡，以最小的热投入和最小物料浪费基础上得到最大化的产出。在计算机控制方面，自适应控制技术、模糊控制技术、中温寻优技术、铝电解专家系统技术等的成功应用，使我国的预焙槽的电解技术明显提高，这些技术主要解决电解生产的物料平衡，而能量平衡的管理和控制在电解生产中起着

19、更为重要的作用，在能量平衡问题上，国内的电解生产系统对电解槽电压进行的控制，从宏观上对电解系列的能量进行平衡，针对电解槽内局部的能量平衡（热平衡）还未见有所应用；因此开发电解生产双平衡控制，尤其是热平衡（能量平衡）控制技术是铝电解生产亟待解决的问题。人工进行电解生产的能量平衡，工作量大，精确度不高，适时调整更难于实现；计算机进入铝电解生产系统，给电解生产的控制提供了一种全新的道路全新的思路，尤其是多阳极电解槽电解的单阳极分流控制装置及方法的出现，突破了电解生产能耗均衡监测与控制的瓶颈。数据显示2010年电解生产的直流电耗有降到12800kwh/吨铝的；如果能采用计算机实时监测、控制电解生产中的

20、能量均衡分布，电解生产的直流电耗达到或突破12000kwh/吨铝将不是奢望。依据多阳极电解槽电解的单阳极分流控制装置及方法，配合计算机适时调控，由此产生的精密控制电解铝生产技术，为电解生产控制的双平衡铺平了道路；精密控制电解铝生产技术，将是使电解生产直流电耗突破12000kwh/吨铝的唯一选择。精密控制电解铝生产技术指导电解铝生产，均衡电解生产的能耗分配，可以减少电解生产的能量的不必要消耗，提升电解生产电流效率；用银作阳极的电解生产实验槽，能耗是9240kwh/吨铝，消耗活性碳阳极进行的电解生产，其电解生产过程中产生的能量比用银阳极高10%，电解生产中的电耗接近或达到9240kwh/吨铝的实验

21、槽指标，不是没有可能。电解槽的大型化：国内铝电解生产槽型160ka及以上的占94%，300ka以上的占50%，400ka槽型已有14条线运行， 第一条500ka的槽型已经部分投入运行，600ka的槽型即将进行工业化试验。从图四中可以看出，电解槽的大型化既是电解生产的趋势，也是电解发展的必然选择。电解生产槽型的大型化是电解生产发展水平的一个标志。也是一个国家电解生产水平的体现；随着电解生产槽容量的扩大，现在单个电解槽的面积超过了6 0m2，电解生产中只对单个的电解槽电压进行控制，电解槽内的生产电流不进行在线监测，不进行控制；无法适时分配调整，电解槽的生产存在巨大的安全隐患。图四:以下两表是200

22、0年时，针对电解行业的一个统计数据： 从图四的表一可以看出，电解槽的大型化代表铝电解行业的发展趋势，也是一个国家电解铝生产水平的反映；电解槽大型化的进程，能量平衡是电解生产的瓶颈，越是大型的电解槽，能耗分配不均衡对电解生产的影响越大。计算机进入铝电解生产系统，尤其是多阳极电解槽电解的单阳极分流控制装置及方法的出现，突破了电解生产能耗均衡分配的瓶颈。2008年以来，电解生产中，逐渐采用人工检测与控制电解槽能量均衡分布，电解生产的直流电耗从13300kwh/吨铝降到12800kwh/吨铝；虽然人工操作的精准度较差，也足以说明电解精密控制的思路对电解铝生产的意义。实际生产中，对模糊控制的一台电解槽进

23、行人工检测，系列直流电流400KA，48组阳极，阳极理论分配电流是8.3KA；随机检测某台模糊控制电解槽的分布电流，检测到有一组阳极的电流是0A，另一组阳极的电流达到50KA，其它各组阳极的分布电流从5KA到8KA不等，系列总体电流400KA，电解槽电压控制在4.1V，模糊控制系统没有检测到生产的异常；根据电流产生热量的规律Q=0.24I2RT来计算， 50KA的单组阳极电流，局部的热收入是平均值的50倍，这将导致边部伸腿熔化、电解槽热应力分布不均衡，给炉体的早期破损提供了条件；这台电解槽局部电解反应剧烈，生产效率将极低；由电场分布的不均衡引起磁场、流场、力场、热场变化，将对电解的生产带来持续

24、的影响。国内电解槽的平均寿命是1500d，效应系数0.03，国外同类型槽平均寿命是2500-3000d，效应系数0.01；我们电解生产基础差，电解生产的控制与国际存在差距，管理跟不上是我们的薄弱点。在此次电解槽阳极均流抽检中发现电解槽中阳极的偏流，超过经济电流密度的6倍还多，一个阳极的工作电流几乎达到50年代一个电解槽的容量，虽然只是一次偶然的检查，也足以说明越是大型的电解槽，其偏流时幅度将越大，危害也将越严重。采用精密控制电解生产技术，配合计算机实时监测、控制电解槽中的能量均衡分布，进行双平衡电解生产控制，电解生产的效率将极大的提高。多阳极电解槽电解的单阳极分流控制装置及方法，是精密控制电解

25、铝生产的独立知识产权，应用精密控制电解技术，必须控制阳极电流的均衡分布，精密控制电解铝生产是电解槽容量向大型化发展的最佳出路。精密控制电解铝生产技术，配合计算机进行电解生产的双平衡控制，可以预见的将来，双平衡分布均衡的电解槽上，自动化程度更高、电解生产的效率更高、电解槽的使用寿命更长、对环境的危害更低、工人的劳动强度降低；在这种控制模式下，电解槽的效率极大的提高。一旦精密控制走进生产领域，电解铝生产必将展现出勃勃生机。将电解生产进行精密控制，可以均衡生产电流，提高电解生产的效率，本项目中涉及的电流均衡分布的检测、控制技术已经有企业在应用，虽然还没有形成市场，已经涉嫌对本项目的专利侵权。本项目的

26、开发，不但是对电解铝行业节能环保的一个促进，同时也是对多阳极电解的单阳极分流控制装置及方法专利的保护，更能开拓一个巨大的产业，开发出一个新兴的市场。电解生产的阳极效应 多资料显示，我国电解铝生产的过程中，电解槽阳极效应系数0.3次/日.槽,国际先进水平0.1 /日.槽，海德鲁铝业阳极效应系数甚至控制到0.017次/日.槽。电解生产中阳极效应的发生，不仅增加铝电解的吨铝电耗，同时还产生大量的CF4，C2F6、CO气体，进入大气引起温室效应；因此，当前很多铝电解生产企业都在发起一场“零效应”控制的技术革新。从四川启明星铝业有限公司阳极效应发生时的条件来看，电解系列的电流保持不变，效应槽的电压升到2

27、0V左右；实际生产中，电解生产中阳极效应的电压有高达60V还多的。考虑电解槽正常电压4V，生产中，电解系列的电流不会发生较大变化，以欧姆定律U=IR来计算，电解槽的电阻值将升高5-15倍多；从国内部分铝厂对阳极效应的处理过程分析，阳极效应多是由电解产生的气体，积聚在阳极下排出不畅引起的；在电解槽上，阳极组是并联工作的，电解生产中电流基本恒定，从U=IR的公式中，电解槽电压的变化由R的变化引起。以400KA系列为例，电解槽电压4V，正常时电解槽的阻值0.01，如果有20V的效应发生，经计算至少有3个阳极下存有气体，完全不工作；如果有60V的效应发生，将至少相当于有10个以上的阳极下存在气体，影响

28、阳极不工作；考虑磁场、流场、热场，在实际的生产中，要远比理论计算复杂得多。检测中发现的一台电解槽，某一组阳极电流是0A，相近的一组阳极电流高达50KA，电解槽在模糊控制下并没有发现异常，阳极下热收入过高，当发生铝液波动、电解槽电压波动时，进行检测发现阳极电流偏流严重，从产生偏流到发现、监测，这个过程是比较长的，整个持续时间要有十分钟的时间，如果配合天车进行调整，这个处理过程时间将会更长。应用精密控制的技术指导电解生产，对每一组阳极进行检测、调控，只要生产中物料控制正常，阳极效应将没有发生的条件，零效应电解生产将成为可能。电解生产中，电解槽的电压主要分布在电介质上，精密控制电解铝生产技术，作为电

29、解铝能耗控制新技术，通过计算机辅助控制，实时监控、均衡每一组阳极的通过电流，在平衡电解槽能耗控制的基础上，具备零效应电解生产的监控能力。能实现零效应电解，对电解的生产的意义非同寻常。精密控制完全有能力使电解铝生产达到“零效应”生产。电解生产过程中，应用精密控制技术，结合计算机控制，配合阳极消耗度检测，进行电解生产的“双平衡控制”，将电解生产的控制真正实现自动化，是精密控制电解铝生产的使命。电解槽的使用寿命运行中电解槽的物理场（电场、磁场、流场、力场）波动是必然的，有时表现的很明显。槽电阻受到外部因素干扰而波动，热平衡维持较难，效应发生后熄灭困难；大型电解槽的生产惯性大，一旦出现槽况波动或异常，

30、很难快速恢复正常。众多资料显示，我国电解铝整体综合能源利用率比国际先进水平低15%，阳极效应系数国际先进为0.1次/天.槽以下，有的达到了0.05次/天.槽，我国目前的水平保持在0.3次/天.槽，效应系数高，电解生产的能耗也高；从中可以看出，我国电解槽在电解铝生产中的不稳定，这些不稳定因素与生产管理有很大的关系，从单阳极生产过渡到多阳极生产，人的管理理念一直停留在单阳极生产的模式。我国电解铝生产的电解槽寿命1500-1800天，平均1300天，欧美国家达2500-3000天。我们的电解槽寿命比国际先进水平相差1500天，管理理念的落后是主要原因。电解槽内的生产电流不能进行在线监测、无法适时分配

31、调整，对电解槽的安全生产造成巨大的隐患，也是我国电解槽使用寿命低的主要原因。上文多次提出的事例里，模糊控制电解系列电流400KA，48组阳极，阳极理论分配电流是8.3KA，检测到某一组阳极的电流是0A，另一组阳极的电流达到50KA，其它各组阳极的分布电流从5KA到8KA不等，系列总体电流400KA，电解槽电压控制在4.1V；根据电流产生热量的规律Q=0.24I2RT来计算， 50KA电流的单组阳极，局部热收入相差50-100倍，产生的热应力分布不均衡，电解槽的磁场、力场、流场的巨大变化，对电解槽使用寿命影响巨大。在电解生产中，一直在强调能量的均衡、物料的均衡是电解的必要条件；实际应用中对能量均

32、衡控制，生产中除了控制系列电流外，目前所控制的只有电解槽电压，系列电流达到500KA、甚至600KA的环境中，受电场力和磁场力的共同作用，温度高达950的电解质和铝液，流动性极强；潮汐也对电解的生产带来影响，使生产中的电解质和铝液流动、波动。电解生产时的极距保持在4-6cm，电解槽生产面积达到或超过60m2，铝液和电解质的波动对电解的稳定生产影响极大。电解槽中铝液和电解质的流动、波动使生产中的能量分布极不确定，在不加控制的情况下，电流的偏流检测到高达6-10倍，根据Q=0.24I2RT,电流偏流产生的热量将达到正常生产时的50倍甚至更高，电解槽的热量分布极度不均衡，电流分布偏流产生热量分布的极

33、度不均衡，应该是电解槽槽帮熔化、电解槽炉底早期破损乃至漏炉的主要原因。图五：我国300KA级铝电解槽技术指标与与国际先进技术比较 从图四、图五可以看出，我国的电解铝生产的大型预焙槽，槽寿命1500天，与欧美发达国家比，槽寿命少1200-1500天，这与我们300KA以上级的大型预焙槽投入工业应用时间短，照搬以前在大型自焙槽上的经验(这些经验也有很大的局限性）有极大的关系。电解槽的使用寿命受很多因素影响，精密控制电解铝生产技术，不仅可以精准控制电解生产中的能量分布，均衡炉底的温度分布，保持电解槽炉帮的完好，保证电解槽炉体的完好；在发现炉底有沉淀发生时，进行准确定位，局部适当提高电流（给予一定的热

34、量补充），将炉底沉淀消融；这项技术对优化电解环境，稳定电解生产，延长电解槽使用寿命具有十分积极的意义。作为电解铝能耗控制新技术，通过计算机辅助控制，实时监控、均衡每一组阳极的通过电流，精密控制电解铝生产，不仅能均衡电解槽能耗控制，同时对电解槽使用寿命的延长，意义重大。有电解槽使用寿命长达20年的，与其在生产中的精密控制是密不可分的。精密控制走进电解铝生产领域，在理论上将电解槽微分，以单个阳极区域为基础实行精密监控，对局部生产电流进行监测，控制，使电解生产的电流能（电解生产的能量）均衡分配；电解生产过程中，将不会存在局部偏流的现象，电解槽的电场、磁场、力场、热场、流场都将趋于均衡的稳定状态、或可

35、控状态，电解槽的生产稳定毋庸置疑；同时，影响电解槽使用寿命的各种不利因素也将随之消弭，电解槽的使用寿命不说都能达到20年，达到及超过不经精密控制的欧美国家的水平，将电解槽平均使用寿命提高到超过3000天，这个目标应该是可以实现的，也是一定能实现的。电解生产的电流效率与节能电解生产的电流效率是实际产量与理论产量的比值，在电解生产中，用法拉第定律计算铝的产量，电解生产的电流效率达到92%-95%以上，理论上，电解槽的电流效率是很高的。电解实验槽上，9240kwh/吨铝的电能消耗数据进入课本显然不是虚妄的，若以此作为电解生产的理论依据，计算出的电流效率将极低，与现时的电解生产应用的计算出入很大，这样

36、的计算脱离实际，指导我们电解生产，产生出了许多无法用理论解释的实际问题。目前我国的电解生产能源综合利用率比国际先进水平低15%。图五是我国300KA级铝电解槽技术与国际先进水平的对比数据。从中可以看出，我国电解技术与国际先进水平的综合差距。生产中电解槽内的电流不能进行在线监测、无法适时分配、调整，不单对电解槽生产造成安全隐患，同时也影响了电解生产的电流效率和电能利用率。电解生产中，针对每一种槽型，所设计的电解槽都有一个经济电流密度，这个指标是电解生产经济运行的体现，在经济电流密度范围内运行的电解槽，其电解的效率无疑是较高的。上述事例中，模糊控制电解系列电流400KA，48组阳极，阳极理论分配电

37、流是8.33KA；随机检测某台模糊控制电解槽的分布电流，检测到有一组阳极的电流是0A，另一组阳极的电流达到50KA，其它各组阳极的分布电流从5KA到8KA不等，系列总体电流400KA，电解槽电压控制在4.1V； 50KA电流的单组阳极，局部热收入是平均值的50-100倍，其阳极下无法正常生产，0A的阳极下也不能生产，电解槽的有效生产面积减少了4.2% ，4.2%的面积消耗了12.5%的电流，其他的阳极工作电流都有所降低，是经济电流密度的87.5%，电解槽的电流效率降低是无疑问的，对生产电流的均衡监测中发现，电解生产中阳极电流的分布不是时时按经济电流密度分布的，有时甚至与经济电流密度偏离很多，不

38、仅使生产电流产生很大的浪费，还对电解槽的工作、安全和使用寿命产生巨大影响。精密控制走进电解铝生产，可以时时控制电解槽生产电流，电解生产中的电流按经济电流的规律分布，电解槽中的电场、磁场、热场、流场、力场都可以得到有序控制，电解生产的效率会得到极大的提高，电解槽的寿命会尽可能的延长，在计算机的辅助下，精密控制会发挥极大的作用，将使电解的生产技术跨上一个新的台阶。电解铝生产对环境的影响 电解铝生产进行能量均衡分布、物料均衡分布的精密控制，优化电解生产过程控制的同时，优化了电解生产环境，无形中将产生阳极效应的因素排除，使电解生产中阳极效应的发生发生几率降至极低，甚至达到无效应生产。电解生产中CO2气

39、体的含量高位运行，电解生产中阳极碳的损失率降至最低， CF4失去产生的产生的条件，这将对环境保护带来积极的意义。电解生产中，每生产一吨电解铝，就要消耗550kg石油焦，生成CO2及CO，其中CO2占到70%，CO占到30%，成为造成温室效应的主要气体；当阳极效应发生时， CF4气体剧增，由0.4%增至15-35%,CO2含量下降到20%,而CO上升到60%，产生的气体排放进大气中，则会破坏大气层的臭氧，对地球环境造成破坏，使我们人类生存环境恶化；因此，生产中我们要尽量避免 CF4的产生及排放。降低阳极效应系数及零效应生产，可以极大地降低温室气体与全氟碳合物的产生，在电解的生产中意义甚大，国际先

40、进电解铝生产中，阳极效应系数控制在0.1次/天，甚至达到0.05次/天，2010年统计的结果，我们最好的阳极效应系数控制到0.3次/天。电解铝生产环节中的节能环保，我们要做的还有很多。从精密控制的角度来理解，进行双平衡控制电解铝生产，每吨铝将减少阳极消耗100-183kg；按100kg的节约量来说，2200万吨的产能每年将节约220万吨石油焦消耗，折合产生CO2气体502万吨。也就是说，我国的电解铝生产若实行以精密控制为核心的双平衡控制电解铝生产，每年可减少温室气体排放量500万吨，这在全球减少碳排放呼声日高的今天，意义非凡。我们甚至可以列一个节能减排的项目，专门开展碳消耗减排交易，这将又是一

41、项可观的回报。精密控制电解铝生产技术与目前电解生产的区别和国内、国际相比较，精密控制电解铝生产技术与目前电解生产有很大的区别，电解生产的控制、电解槽型的大型化、对电解生产过程中阳极效应的处理、电解槽寿命的控制、电解生产电流效率控制及节能所采用的方式不同，（下图是目前铝电解生产中电解槽内部的电流控制的原理）目前铝电解生产中电解槽内部的电流控制的原理精密控制电解铝生产中电解槽内部的电流均衡控制原理精密控制铝电解生产技术是目前唯一以能耗控制为出发点的控制技术。本技术利用计算机系统，对阳极经过电流的监测，分析每一组阳极的经过电流，适时调控偏离平均电流的阳极；配合模糊控制系统，真正使每一台电解槽分配的能

42、量相同，主要的是通过控制电解槽阳极的生产电流，使电解槽内部的电流分布均衡、热场分布均衡、力场分布均衡、磁场分布可控、流场均匀，使电解生产的电流效率更高、电解生产更稳定、电解槽的使用寿命更长、电解的效率更高、为电解槽型的更大型化奠定基础。从上两图分析，目前的电解铝生产理念，还停留在单阳极层面，这对电解生产很不利，特别是大型的电解槽，工作面积达60 m2或更高，在电场、磁场、力场、热场、流场等多重外力的作用下，不进行局部电流控制，电流均衡的分布很难做到。精密控制电解铝生产不苛求阳极底面的平整，要求生产中电解质中的电流分布均衡，只要达到电流的均衡分布，电解生产中的电场、磁场、力场、流场、热场都会达到

43、平衡，电解生产的环境将会极大的改变；其实这些控制只需稍稍调整一点，甚至只需产生一下振动就能达到预期的目的。专有技术电解铝生产的理论电耗是6339kwh/吨铝，在用银作阳极的试验槽上，产生的直流电耗是9240kwh/吨铝，也就是说，我们用9240kwh就可以实际生产出一吨铝；郑州龙祥采用能量准平衡控制，生产中直流电耗达到12400kwh/吨铝，工业生产中，活性碳阳极还要在电解生产过程产生约占电能10%的能量，电解铝生产的直流电耗高达13300kwh，工业铝电解生产的电能利用率仅33%.为我们精密控制在铝电解生产领域留下了广阔的空间，我们基于能量均衡分布的精密控制将大有作为。铝电解的生产，一直强调

44、能耗的平衡、物料的平衡；在生产中，物料平衡有很多手段进行控制，而能耗平衡控制，生产中除了控制系列电流外，目前所能控制的只有控制电解槽电压，单槽的能量分布不进行控制或半控制。单个电解槽中的能量分布不进行控制，在电解槽生产面积达到或超过60m2，系列电流达到500KA、甚至600KA的环境中，能量能平衡分布是很难想象的；受电场力和磁场力的共同作用，温度高达950的电解质和铝液不停地流动，潮汐也对电解的生产带来影响，使生产中的电解质和铝液流动、波动。电解槽中铝液和电解质的流动、波动使生产中的能量分布极不确定，在不加控制的情况下，电流的偏流检测到高达6-10倍的，电流偏流产生的热量将达到正常生产时的1

45、0-100倍甚至更高；电解槽的小环境中，电流分布不均衡使电场、磁场、力场、流场、热场都处于紊乱中，偏流导致热量分布的极度不均衡，应该是电解槽槽帮熔化、电解槽炉底早期破损的主要原因。电解铝精密控制技术的应用，可以从根本上解决电解生产中能耗分布不不均衡的现状，从而将引起电解槽异常及破损的因素从根源上解决。电解生产的过程控制领域进行能量均衡分布控制，电解铝生产精密控制技术目前是唯一的的技术，本技术定位于电解生产能量的均衡分布控制，依据电解铝精密控制技术可开展的领域众多；包括精密控制电解铝生产，电解铝生产双平衡控制技术开发，电解铝生产企业的改造，电解铝生产精密控制技术的服务等。存在竞争的焦点目前，国内

46、部分电解铝厂通过吸收，变相使用精密控制技术指导电解铝生产术，用人工监测、控制的方法进行电解生产的监控，虽不能达到试验槽9240kwh/吨铝的精密控制水平，国内一些铝厂电解生产的直流电耗已经低于12500kwh/吨铝，但是电解生产中的阳极效应、热量分布、磁场分布、力场分布、流场分布，却非精密控制不能达到。虽然他们实际上已经构成对多阳极电解槽电解的单阳极分流控制装置及方法的侵权，但是其间接反映了精密控制电解铝生产的生命力是旺盛的。从技术进步的角度看电解铝精密控制是电解生产的控制的需求；电解铝精密控制是电解槽型的大型化的需求；电解铝精密控制是电解生产过程中零效应生产的需求；电解铝精密控制是电解槽寿命

47、的控制的需求；电解铝精密控制是电解生产中电流效率控制及节能的需求；解决实际生产中能耗过高和电流分布不均衡的需求；电解铝精密控制是生产中电场、磁场、力场、流场、热场平衡的需求；电解铝精密控制是电解生产中，减少碳及氟化物等影响环境的气体排放的需求。虽然电解铝生产精密控制技术目前处于理论阶段；可以预见，在不久的将来，电解铝生产精密控制技术融入电解生产，必将为铝电解生产带来一场翻天覆地的革命。促进电解生产技术跃上一个更高的台阶。产品市场分析电解铝生产行业历史：1856年，德国科学家和法国科学家在化学法制造金属铝的同时，以冰晶石氧化铝为基础的电解法制造出电解铝；1886年，美国科学家霍尔和法国科学家埃鲁

48、分别向本国政府申请冰晶石氧化铝熔盐铝电解专利技术并获得批准。铝电解进入工业生产领域。1888年，在美国建造了小型预焙阳极槽；电解铝能耗高达42000kwh/吨铝。1932年，侧插阳极棒自焙阳极电解槽出现，电解铝能耗28000kwh/吨铝。1950年以后，上插连续自焙槽进入电解生产。1964年和1968年，我国先后建立了两个上插槽电解铝厂。当前，大型化、大电流、计算机控制的电解生产将电解铝的生产推上了高速发展之路。图为我国电解铝生产行业50年来的产量发展趋势。改革开放以后在优先发展铝工业方针的指导下，我国的电解铝工业得到了突飞猛进的发展，到1992年，我国的原铝产量突破100万吨，2002年，原铝产量达到340万吨，跃居世界第一位，之后，我国的铝电解呈井喷式的发展，2010年，我国的电解铝产量已经达到了1696万吨，产能2300万吨，占当年全球铝产量的40.4%。我国电解铝工业随着铝消费量的增长，也呈逐年增长之势，上世纪80年代中期以后，我国铝的消费结构有了很大的变化，建筑、交通、包装成为铝的消费主体，三大领域的消费总量由1985年的15%上升到2010年的53%。而国外发达国家在这三大领域