摘 要：阐述了实际生产中铝电解温度及分子比之间的高度相关性关系，并根据这种相关性建立了稳定的氟化铝添加控制表，利用我公司铝电解自动控制系统中的相关模型实现铝电解温度及分子比的有效控制，取得了良好的技术经济指标。
关键词：铝电解，自动控制，铝电解温度，分子比，控制模式
现代铝电解工业的工艺制度正由"四低一高"(低氧化铝浓度，低温，低分子比，低效应系数，高槽电压)朝着更高的方向发展，即在"四低"的基础上实现低槽电压和低铝水平生产，已经取得了相当的成效，这一过程中铝电解槽的温度和分子比的日常控制显得十分重要。
一、控制思想：
众所周知，工业电解质随着分子比的降低，电解质的熔点和电解温度相应降低，生产实践证明 电解温度与分子比之间有高度的相关性。在其它条件基本不变的情况下，我们通过分析大量数据得到槽温和分子比之间的相关系数为0.89，由于这种高度相关性，使我们可能通过用添加氟化铝的方法控制电解温度和分子比。由此进行了一元回归计算，得出我公司114.5KA系列槽温与分子比之间的关系式为：
T=65CR+812
经验证，全系列90%以上槽子的温度和分子比与此式吻合得很好。当然，槽温还主要和槽电压VS(设定电压)有关，且槽电压VS和分子比CR之间有对应的关系式，我公司的铝电解自动控制系统的槽温及分子比控制模式是建立在槽压VS基本不变，效应系数和波动系数控制良好的基础上的，即通过控制氟化铝的添加量来控制分子比，从而达到控制电解温度的目的。
二、温度及分子比控制模式
2.1控制表的建立：根据工艺控制目标和槽温与分子比之间的关系式、氟化铝料箱及定容下料器的容量，制定如下氟化铝添加量控制表：
温度(℃)
分子比
基础加料量(次)
额外添加量(次)<2.1
分子比过低，加碱调节
冷槽<950分子比或槽压过低
热槽>980分子比或槽压过高，或者铝水平过低
950-960
>=2.3
20
0
2.30
20
5
950-960
2.1-2.3
0
0
2.31
20
10
960-980
<2.30
0
0
2.32
20
15
2.33
20
20
2.34
20
25
2.35
20
30
2.36
20
35
2.37
20
40
2.38
20
45
2.39
20
50
2.40
20
55
2.41
20
;60
2.42
20
65
2.43
20
70
2.44
20
75
2.45
20
80
2.45
20
80
根据此表我们可以确定氟化铝的基础加料量和额外添加量，从而达到通过控制氟化铝的加料量来控制分子比及槽温的目的。这要求每天测量一次槽温，每周分析1-2次分子比。由上表可见，我们的工艺控制目标是：温度950℃-960℃，分子比2.1-2.3。如果分子比分析频度达不到的此要求，我们也可以直接根据温度反算分子比，因为二者具有高度的相关性，通过分子比决定ALF3添加与通过温度测量法结果来决定ALF3的添加量等效的[3]。
2.2实施步骤：
1)由电解车间和中心化验室分别向计算机中心提供当日每台槽的槽温和分子比，计算机中心值班人员将其在上位机上输入(当然也可以由车间一线人员在车间X终端上输入)。
2)车间技术人员(在X终端上)或工艺工程师(在上位机上)根据氟化铝添加量控制表确定当日的氟化铝的基础加料量和额外添加量。如下表所示：
槽号N-add N-bas R-0 R-1 R-2 R-3 T-0 T-1 T-2 T-3 ALF3-1 ALF3-2 ALF3-3
101 0 0 2.18 2.42 956 962 970 971 20 50 85
10 10 20 2.31 2.15 957 962 956 953 20
表中：N-add，N-bas分别代表今天氟化铝的额外添加次数和基础添加次数。
R-0，R-1,R-2,R-3分别代表今天，昨天，前天和大前天的分子比。
T-0，T-1,T-2,T-3分别代表今天，昨天，前天和大前天的槽温。
ALF3-1，ALF3-2，ALF3-3分别代表昨天，前天和大前天的氟化铝的加料次数。
上表为控制系统中氟化铝添加的显示表，它将最近四天的槽温，分子比，和氟化铝的加料次数同时列出，是为了让修改者能清楚地看到这几天的槽温，分子比和氟化铝的变化规律以及控制效果。从上表可见，101号槽经过3天共计155次加料之后，分子比由2.42降低为2.18，温度由917℃降低为956℃，达到了我们的控制目标，暂不需要再添加氟化铝，那么当日其氟化铝的基础加料次数和额外加料次数均为0。而102号槽温度和分子比分别由从大前天的953℃和2.15上升为今天的967℃和2.31，已经偏离了控制目标区域，应该依照控制表予以纠正，所以其当日氟化铝的基础加料次数和额外加料次分别为20和10次。
从上表还可见101和102号槽所在的区昨天和前天没有取样进行分子比分析，这种情况下可根据公式T=65CR+812反算分子比。如果槽温与前一天相差很大，要具体情况具体对待，如果是测温前不久发生过效应，当日氟化铝的基础加料量和额外添加量庆与前一天相同，待第二天测温后再调整；如果原因是两水平失调，那么应及时调整两水平至正常。
3)定时和不定时地向槽上部氟化盐料箱加料。定时加料：专用小车每4天对所有槽上部氟化盐料箱加料；不定时加料：对氟化盐消耗比较快的特殊槽，依据其容量和消耗速度，在剩余量为10%之前补满。即保证氟化盐料箱中时刻有料。
三、控制效果
通过一段时间的运行，该控制模型的控制效果明显，全车间100台电解槽中90%槽温和分子比在良好的控制目标范围以内之中，实现了对电解槽稳定生产的粗放控制向精细控制的转变，取得了良好的技术指标，具体情况见下表：
温度变化范围 分子比变化范围 电流效率 效应系数 吨铝氟化铝消耗 吨铝交流电耗
运行前935-985℃ 1.9-2.6 90% 0.6-0.7个/槽.日 75公斤 14730kw.h
运行后950-960℃ 2.1-2.3 92.50% 0.2-0.3个/槽.日 30公斤 14100W.h
四、结论
1)铝电解槽温和分子比的稳定是电解平稳高效运行的重要前提。通过专门制定氟化铝添加来控制槽温和分子比是可行的，也是非常有效的。
2)在自动控制系统没有该模式和氟化盐料箱及下料机构的情况下可以依照控制表指示量进行手工添加，效果也不错。
3)该模式应用可以大幅提高铝电解的稳定性和技术指标。
4)该分子比控制槽式较简单但很实用，它是建立在槽况稳定的基础上的，要真正实现分子比和槽温自动化最优控制，需要将此模式(块)与槽况诊断专家系统结合起来[5]，这正是我们所努力的方向。
参考文献：
1、殷 符，李鸿鹏等，大型预焙槽技术管理浅谈，轻金属。1998，NO.9，P24
2、邱竹贤，铝电解原理与应用。中国矿业大学出版社
3、(加铝)Paul Desclx根据温度测量结果添加ALF3 .《Light Inetals 1987》
4、周铁托，洪建中等，轻金属。1999，NO.10，P30
5、边友良等，铝电解分子比控制技术的研究进展。《轻金属》2000,NO.5
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