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Smart Applications in Electrolytic Aluminum Industry II: New Breakthroughs in Energy Saving and Efficiency EnhancementTime：2023-11-03 有色金属行业的冶炼环节碳排放占全行业碳排放的90％以上，同时铝的碳排放占到有色金属行业的85％。
图：电解铝碳排放情况
电解铝的生产需要在900℃以上的高温高压环境下进行，生产过程能源消耗巨大。生产1万吨铝要用电约1.4亿度。承接系列上文对阳极和净化的数字化转型案例介绍，我们今天来为读者总结介绍电解、铸造，乃至电解铝生产全生命周期的数字化典范。
电解电解车间承担着电解铝生产的最核心任务，电解槽电解过程用电占吨铝电耗的90%，但传统企业在电解槽工艺管控上，工艺标准不统一、执行不到位，易出现槽况不稳而导致电耗增加。通过数字化可以有效解决这些问题。
-电解槽数字化应用>>炉膛仿真系统 炉膛是电解槽启动初期在内部四周生成的固体结壳，可起到保温作用，降低热损；同时也能保护电解槽侧部免遭腐蚀。广域铭岛打造的炉膛仿真系统基于实时数据分析电解槽内部炉膛变化趋势，实现高时效性的炉膛仿真，目前已在部分电解铝厂应用和推广。
此外，业内龙头企业东方希望也基于自主技术打造了炉腔仿真系统并得到应用。
图：东方希望电解槽炉腔仿真系统，e-works 系统实现实时的数据采集，终端设备的生产数据实时回传到服务器，服务器系统对数据时行存储、计算、对比分析和提供可视化服务。应用实时监控功能，参数化控制，将电解槽工艺数据采集并配置相应阈值，创造性的运用色带管理（绿色、黄色、橙色、红色）标准循环展示。
>>电解槽智能下料
图：电解铝厂开展电解槽智能下料系统操作技能提培训，铝云汇 在电解铝生产过程中，电解槽合理“融料”是取得生产技术指标的保障，而 “融料”的关键是“下料”：下料系统既要保证原料能在电解槽内充分溶解，又不能产生“堵料”和“积料”。传统生产工艺中，下料系统和控制系统分离，会导致堆料、粘包、火眼不畅通等问题。
将铝电解智能控制系统和电解槽生产的打壳下料系统有机结合，采用创新的“分点下料”和“数字化智能气缸”技术，改造老旧的电解槽控制系统和下料系统为新型的“精确下料控制”系统，便能够实现铝电解的 “无堵料、无积料、无粘包”生产方式。
这项创新技术由专注铝行业智能传感器生产的湖南力德尔提出。“智能精密下料控制机”配合“智能位移压壳气缸”及“智能反馈式下料器”等相关制设备，已在铝电解行业的420KA及600KA槽型上进行推广应用，并取得了吨铝节电150-300度的效果。
>>数字化铝电解槽智能化控制技术体系 贵阳铝镁设计院自1958年建院，是我国最具实力的轻金属冶炼设计科研单位之一。其对数字化铝电解槽智能化控制的研发与应用开始于14年前，目前已经发展成为以第三代铝电解槽“多参数平衡”控制技术为基础的数字化铝电解槽智能化控制技术集成体系平台，槽控机已升级到第八代。主要包括： ① 通过离线、在线直接测量数据和云计算产生的数据作为控制反馈，实现铝电解槽“动态平衡”、“炉膛类型”、“氧化铝浓度”、“过热度”和“噪声”的实时监测与控制。 ② 除重点升级换代主要核心技术外，还以产学研合作方式完成了许多配套技术和装备的联合研发与应用，包括铝电解槽智能化配套装置、大型铝电解槽焙烧启动和生产维护使用配套技术及装备的研发与推广应用等。
组图：贵阳铝镁设计院案例，中国有色金属报
近年，贵阳院研发的大数据远程诊断服务中心（RDTS）实现通过互联网+大数据的信息化技术进行大数据远程诊断专家分析并下传指令，实现大型铝电解槽系列生产运行参数数字化和标准化管理模式。
铸造传统的铸造过程涉及多人员、多部门的信息沟通与交互，导致用人成本高和信息链条不畅通。此外，电解铝在电解后出铝进行铸造的过程涉及到根据各电解槽Fe、Ca、Mg等含量抬包配铝，传统做法也主要依赖经验人工判断，无法做到精准。
数字化对铸造车间出铝、铸造过程管理、出入库管理和铸造工艺、质量等方方面面均有极大的优化提升空间。近来新疆地区大力主张传统高能耗行业的数字化转型，在此举2022年、2023年新疆地区电解铝行业铸造车间的数字化转型案例各一。 石河子众和新材料高纯铝铸造车间
图：智能AGV小车正在完成铝锭入库作业，中国有色金属工业网
在石河子市众和新材料有限公司高纯铝铸造车间，通过精铝槽槽控系统、熔保炉燃烧控制系统、铝锭入库识别系统、AGV自动转运系统等一系列的智能化应用，铝液转运、铸锭、打包、码垛等流程实现了“一键”生产完成。
车间主任在采访中表示：“随着智能化改造的不断推进，成效正在显现。公司设备故障率较2021年下降40%，精铝产品年产量超过15000吨。”
新疆嘉润铝业铸造车间作为铝基新材料产业的技术引领者和全球供应商，目前玛纳斯地区的嘉润铝业公司铸造车间已有4条全新升级改造的铝锭生产线。智能化改造不仅提升了生产效率，降低了故障率，还大幅提升了操作安全性。
图：码垛机器人作业，玛纳斯零距离
铸造车间主任郑军在接受地方记者采访时表示：“公司更换了自动化机器人、码垛机器人，更换前每小时出不到20吨电解铝，现在提高到每小时32吨。通过机器人的应用，使故障率降低80%以上，操作安全性也大幅提升。设备自动化改造以后，我们对生产工艺也进行了改造，增加了铝液沉降池，能减少铝液中杂质含量50%以上，降低铝液的烧损率。”
全生命周期数字化由于电解铝的出铝流程，涉及部门较多、流程较繁琐且与电解槽槽况关联，打通出铝全流程数据，可以提高出铝效率和保证出铝质量，实现电解铝和高纯铝生产的降本增效。目前业内几家龙头企业也正在进行全流程数字化的试点和逐步推广。
东方希望电解铝生产数字化2016年时，东方希望的各位高管就达成了“不搞数字化就会被淘汰”的共识。
他们从“钉钉+MES系统”的联动起步：在设备层对每个电解槽安装了48个侧壁测点、96个钢棒测点、24个炉底测点，通过图像识别、温度检测等，实时监测运营状况；将潜在危险、故障进行分等级自动反馈；业务、维修形成闭环处理。
图：钉钉推送生产管理、预警相关信息，e-works
这套系统为东方希望准东园区的电解铝产线实现了漏炉、滚铝事故发生几率减少了90%，异常处理时间减少了50%，异常全员知晓快速反应效率提升了80%的巨大提升。
在对系统进行不断地迭代优化升级以来，2022年东方希望的电解铝数字化系统在公司内多个电解铝厂复用并推广至其他子公司，并获评“2022年度中国智能制造最佳应用实践奖”。目前东方希望的电解铝生产在线监测及预警系统已达到了较先进水平。
根据介绍，电解铝数字化方案的应用使得设备使用寿命延长20-25%、设备故障率降低20-30%、备件消耗率降低25-35%。维修效率提高30-45%、维保费用降低20-35%。 方案已推广至东方希望集团内29家重化工公司运行，其中针对电解铝的预警服务，已覆盖三家电解铝公司，为超过1700台电解槽提供报警预警监控服务。 以已部署实施三家公司为例，2022年三家电解铝MES红色报警累计1491次，避免直接经济损失超1.5亿元。
百矿集团电解铝全生命周期数字化百矿集团德保基地目前应用了电解铝全生命周期数字化节能降碳解决方案。在电解槽工艺优化方面，该解决方案通过历史操控数据分析挖掘最佳参数，求解经验模型，并通过辅助决策平台实现复用，实现槽况稳定和电流效率提升，每年产生节降效益约2500万元。
在能源管理方面，也配套了通用动力优化工业软件，通过实时采集设备、用能端、管道压力等数据，构建用能算法模型，再结合来料、出铝排产计划，预测用能需求，保证能源供给需求平衡，实现年化节能效益300万元。
此外，该解决方案不仅聚焦电解铝车间和阳极车间的节能降耗场景，也覆盖火电厂的煤场管理、配煤算法优化、设备能效优化等节能环节，是行业内首个电铝一体化全栈式解决方案。
结语作为高能耗的传统行业，电解铝通过应用数字化技术节能减排、增效降本有着巨大的探索空间，也有越来越多企业已经开始逐步进行应用。
除了上述我国案例的先进性值得参考外，全球范围内的标杆更是有于2019年就实现了碳中和，碳排放水平比欧洲平均水平低86%的挪威海德鲁铝业公司、碳足迹比全球平均水平低76%的加拿大Alouette铝冶炼厂等等。这些案例企业在数字化程度、设备先进性、生产工艺的严谨周密性、资源的利用率上都具有显著的优越水平，也已证明了电解铝绿色生产的可能性。
方向已然被指明，伴随着政策要求、时代的需要，我国铝业也将逐步走向智能化，与时偕行。而奋兮科技作为专注工业及能源智慧化的团队，也将作为铝行业数字化进程中的忠实伙伴，助力铝业企业倍道而行。 参考工业过程绿色低碳技术丨科技支撑“双碳”目标实现，中国科学院院刊 新疆众和科技创新引领数字化工厂“开门红”,中国有色金属工业网 抓好两统筹 实现开门红 | 新疆嘉润：智能化升级改造助推高质量发展，玛纳斯零距离 中铝“智能铸造”：管理变革比技术变革更重要，IT技术管理那些事儿 数字化工艺管控是节能降碳必要手段 广域铭岛助力高耗能行业绿色转型，中国财富网 弄“槽”儿向涛头立—— 记贵阳铝镁设计研究院超大型铝电解槽创新研发与推广之路，中国有色网 数字化转型 智能化升级 ——湖南力得尔为铝行业插上腾飞的双翼，时刻新闻 广西华磊新材料电解铝厂开展电解槽智能下料系统操作技能提升培训，铝云汇 东方希望：实现电解铝生产在线监测及预警，e-works 戈壁上的赛博工厂：东方希望的数智化密码，财经故事荟 世界上能效最高、排放最低的电解铝试验厂，长江有色金属网
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