一種鋁電解過程電解質分子比的測量方法
2024-02-24 21:17:15
一種鋁電解過程電解質分子比的測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋁電解過程電解質分子比的測量方法，包括：（1）確定電解質中氟化鋁增量計算公式的係數，計算公式如下：WapAlF=α(T-temp0)+βAlFg+γWaAlF+a(T-temp0)2+bAlFg2+c(T-temp0)AlFg+d；（2）根據測量的電解質水平和氟化鋁添加次數以及各次的重量。（3）利用步驟（1）的公式計算氟化鋁的增量；（4）計算滾動誤差；（5）計算等效分子比。本發明解決了分子比的測量問題，為電解槽的控制提供依據。
【專利說明】一種鋁電解過程電解質分子比的測量方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於鋁電解領域，尤其涉及一種鋁電解過程電解質分子比的測量方法。
【背景技術】
[0002]大幅度節能降耗是政府和鋁冶金工作者一直努力的目標。近些年鋁電解的自動化、智能化研究十分活躍，儘管取得了很大的成就，但限制其發展的瓶頸問題沒有得到很好解決，眾多反映過程特性的參數難以在線測定。分子比是最重要的技術條件之一，分子比的高會導致電解溫度較高，能耗增加，電解槽壽命降低，分子比太低，氧化鋁溶解困難，氧化鋁濃度過低，電解槽管理困難，效應係數增加，電解槽穩定性差。目前普遍認為:鋁電解過程參數的檢測問題是影響鋁電解控制技術發展的主要原因，解決這一問題是目前工業生產提高電流效率、降低電能消耗的主要途徑。
[0003]目前鋁電解過程的分子比要取樣離線分析，採用化學方法或儀器方法離線分析電解質分子比，一般一周分析一次，不能滿足生產過程的需要。由於取樣、重熔和結晶過程會使電解質的成分發生變化，造成測量結果的偶然誤差，以及離線分析的滯後，使得電解質分子比的測量不僅勞動強度高，而且分析結果對生產過程沒有很大的指導意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是針對現有技術存在的問題，提供一種鋁電解過程電解質分子比的測量方法。
[0005]上述目的是通過下述方案實現的:
一種鋁電解過程電解質分子比的測量方法，其特徵在於，所述測量方法包括:
(1)確定電解質中氟化鋁增量計算公式的係數，計算公式如下:
WapAiF= α (T-tempO) + β AlFg+ Y WaA1F+a (T-tempO) 2+bAlFg2+c (T-tempO) AlFg+d ；式中，WapA1F為電解質中氟化鋁增量、AlFg為過剩氟化鋁濃度百分數、W3aif為氟化鋁添加速率、tempO為基線溫度，α、β、gamma、a、b、C、d為方程中的7個係數；利用生產過程中的分析數據，利用最小二乘法辨識得到方程中的係數，電解質中氟化鋁增量以天為單位，每日計算一次；
(2)根據測量的電解質水平和氟化鋁添加次數以及各次的重量，計算添加的氟化鋁重量和電解質總量，氟化鋁重量WaA1F=NA1FTA1F，式中，Naif為當天氟化鋁加料次數，Taif為當天每次平均氟化鋁加料量；電解質總量Wele=C1HjC2LjC3，式中，H1為電解質水平，L1為爐膛形狀參數，係數c由槽型決定；
(3)利用步驟(1)的公式計算氟化鋁的增量，氟化鈉的增量根據上二次分析結果直接計算，公式中過剩氟化鋁濃度需要滾動計算，即首先用前一天的過剩氟化鋁濃度分析結果和溫度以及氟化鋁添加量，計算當天的電解質中氟化鋁增量，用當天的電解質中氟化鋁增量計算當天的過剩氟化招濃度，計算公式為AlFg=WapA1F3/Wele;+AlF3, AlF3為上次計算得到的過剩氟化鋁濃度；再用當天計算得到的過剩氟化鋁濃度和當天溫度以及氟化鋁添加量計算下一日的電解質中氟化鋁增量，依次反覆計算得到指定日期的氟化鋁增量；根據電解質總量和計算得到氟化鋁的增量，利用分析數據和增量，計算當前電解質中過剩氟化鋁濃度；
(4)計算滾動誤差:當有取樣分析結果時，利用過剩氟化鋁濃度測量值和取樣日計算值，二者相減得到誤差值，誤差值用來校正計算結果，利用最近三次誤差的加權平均值，作為計算的滾動誤差，加權係數從遠至近分別為0.1,0.3,0.7 ；
(5)計算等效分子比:利用計算當前電解質中氟化鋁增量加上滾動誤差，作為計算時刻的實際氟化鋁增量，以此來計算過剩氟化鋁濃度；再根據當前電解質中氟化鈉和過剩氟化鋁濃度計算分子比，作為生產過程中電解槽控制的等效分子比；計算等效分子比的公式CRj=2*NaF/(AlFg+ Δ +2/3NaF)，其中CRj為等效分子比，Λ為滾動誤差，NaF為最近分析的氟化鈉濃度百分數。
[0006]本發明的有益效果:本發明解決了分子比的測量問題，為電解槽的控制提供依據。【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明的流程圖。
【具體實施方式】
[0008]由於電解質的分子比是由電解質中氟化鋁和氟化鈉濃度計算得到，氟化鈉化學性質較穩定，在電解質中的濃度隨時間變化不大，在一個取樣周期可取為常數。氟化鋁易揮發，而且在電解過程中不斷地添加，以保持電解過程高效的運行。能估計氟化鋁的濃度，就能計算分子比，這種通過計算得到的分子比，本文稱為等效分子比。
[0009]參見圖1，本發明的軟測量方法分一下幾步:
(I)離線參數辨識，確定電解質中氟化鋁增量計算方程的係數。
[0010]本方法的核心是電解質中氟化鋁增量計算，也就是氟化鋁的揮發量和溶解進入電解質的氟化鋁量的差值，後者包括爐幫的溶解和添加的有效氟化鋁量。由於影響氟化鋁揮發速率和溶解的主要因素為溫度、過剩氟化鋁濃度以及添加的氟化鋁重量。從理論上得知，溫度升高會同時加快氟化鋁的揮發和爐幫和沉澱的溶解，電解質中過剩氟化鋁濃度也會同時影響氟化鋁的揮發以及爐幫和沉澱的溶解，所以不能用簡單的一次回歸方程表示它們之間的關係。通過多次試驗發現，用一個包含7個係數的二次方程可以較好地描述他們之間的關係。用前一天的溫度、氟化鋁添加量量和過剩氟化鋁濃度，計算當天的電解質中氟化鋁增量。計算公式如下:
WapAiF = α (T-tempO) + β AlFg+ y WaA1F+a (T-tempO) 2+bAlFg2+c (T-tempO) AlFg+d
式中:
WapA1F:電解質中氟化鋁增量(kg/d)
AlFg:過剩氟化鋁濃度百分數 WaA1F:氟化鋁添加速率(kg/d) tempO:基線溫度
α、β、y、a、b、C、d為方程中的7個係數。
[0011]利用生產過程中的分析數據(不少於10組數據)，利用最小二乘法辨識得到方程中的係數，引入基線溫度tempo是為了避免修正係數太大。電解質中氟化鋁增量以天為單位，每日計算一次。
[0012](2)計算添加的氟化鋁重量和電解質總量。
[0013]根據測量的電解質水平和氟化鋁添加次數以及各次的重量，計算添加的氟化鋁重量和電解質總量。
[0014]氟化鋁重量計算公式為WaA1F = NaifTaif 式中:
Naif當天氟化鋁加料次數 Taif當天每次平均氟化鋁加料量 電解質總量計 算公式為Wele=C1HjC2LjC3 式中:
Wele電解質總量(kg)
H1電解質水平，L1爐膛形狀參數，係數c由槽型決定。
[0015]某廠300kA 電解槽:^^=0^-4.5) *320+4500。
[0016](3)利用氟化鋁的增量計算當前電解質中過剩氟化鋁濃度。
[0017]利用第一步得到的公式計算氟化鋁的增量，氟化鈉的增量根據上二次分析結果直接計算。式中過剩氟化鋁濃度需要滾動計算，因為它與電解質中氟化鋁增量相互影響。首先用前一天的分析結果(過剩氟化鋁濃度)和溫度以及氟化鋁添加量，計算當天的電解質中氟化鋁增量，用當天的電解質中氟化鋁增量計算當天的過剩氟化鋁濃度。
[0018]AlFg =WapA1F3/Wele+AlF3
AlF3:上次計算得到的過剩氟化鋁濃度
再用當天計算得到的過剩氟化鋁濃度和當天溫度以及氟化鋁添加量計算下一日的電解質中氟化鋁增量，依次反覆計算得到指定日期的氟化鋁增量。根據電解質總量和計算得到氟化鋁的增量，利用分析數據和增量，計算當前電解質中過剩氟化鋁濃度。
[0019](4)計算滾動誤差
當有取樣分析結果時，利用過剩氟化鋁濃度測量值和取樣日計算值，二者相減得到誤差值，誤差值用來校正計算結果，利用最近三次誤差的加權平均值，作為計算的滾動誤差。加權係數從遠至近分 別為0.1、0.3、0.7。
[0020](5)計算等效分子比
利用計算當前電解質中氟化鋁增量加上滾動誤差，作為計算時刻的實際氟化鋁增量，以此來計算氟化鋁濃度，再根據當前電解質中氟化鈉和氟化鋁濃度計算分子比，作為生產過程中電解槽控制的等效分子比。
[0021 ] CRj=2*NaF/(AlFg+ Δ +2/3NaF)
計算過程中用到的參數說明如下:
Waif:電解質中氟化鋁重量(kg)；
AlFg:過剩氟化鋁濃度百分數；
WaA1F:氟化鋁添加速率(kg/d)；
WapA1F:電解質中氟化鋁增量(kg/d)；
Wele:電解質總量(kg與電解質水平相關)；
H:電解質水平(cm)；AlF、NaF分別為氟化鋁、氟化鈉濃度百分數；Naif每天氟化鋁加料次數；
Taif每次平均氟化鋁加料量；tempO:基線溫度；
CRj:等效分析比；
Δ:滾動誤差；
AlF最近分析氟化鋁濃度百分數。
【權利要求】
1.一種鋁電解過程電解質分子比的測量方法，其特徵在於，所述測量方法包括: (1)確定電解質中氟化鋁增量計算公式的係數，計算公式如下:
WapAiF= α (T-tempO) + β AlFg+ Y WaA1F+a (T-tempO) 2+bAlFg2+c (T-tempO) AlFg+d ；式中，WapA1F為電解質中氟化鋁增量、AlFg為過剩氟化鋁濃度百分數、W3aif為氟化鋁添加速率、tempO為基線溫度，α、β、gamma、a、b、c、d為方程中的7個係數；利用生產過程中的分析數據，利用最小二乘法辨識得到方程中的係數，電解質中氟化鋁增量以天為單位，每日計算一次； (2)根據測量的電解質水平和氟化鋁添加次數以及各次的重量，計算添加的氟化鋁重量和電解質總量，氟化鋁重量WaA1F=NA1FTA1F，式中，Naif為當天氟化鋁加料次數，Taif為當天每次平均氟化鋁加料量；電解質總量Wele=C1HjC2LjC3，式中，H1為電解質水平，L1為爐膛形狀參數，係數c由槽型決定； (3)利用步驟(1)的公式計算氟化鋁的增量，氟化鈉的增量根據上二次分析結果直接計算，公式中過剩氟化鋁濃度需要滾動計算，即首先用前一天的過剩氟化鋁濃度分析結果和溫度以及氟化鋁添加量，計算當天的電解質中氟化鋁增量，用當天的電解質中氟化鋁增量計算當天的過剩氟化招濃度，計算公式為AlFg =WapA1F3/ffeie+AlF3, AlF3為上次計算得到的過剩氟化鋁濃度；再用當天計算得到的過剩氟化鋁濃度和當天溫度以及氟化鋁添加量計算下一日的電解質中氟化鋁增量，依次反覆計算得到指定日期的氟化鋁增量；根據電解質總量和計算得到氟化鋁的增量，利用分析數據和增量，計算當前電解質中過剩氟化鋁濃度； (4)計算滾動誤差:當有取樣分析結果時，利用過剩氟化鋁濃度測量值和取樣日計算值，二者相減得到誤差值，誤差值用來校正計算結果，利用最近三次誤差的加權平均值，作為計算的滾動誤差，加權係數從遠至近分別為0.1,0.3,0.7 ； (5)計算等效分子比:利用計算當前電解質中氟化鋁增量加上滾動誤差，作為計算時刻的實際氟化鋁增量，以此來計算過剩氟化鋁濃度；再根據當前電解質中氟化鈉和過剩氟化鋁濃度計算分子比，作為生產過程中電解槽控制的等效分子比；計算等效分子比的公式CRj=2*NaF/(AlFg+ Δ +2/3NaF)，其中CRj為等效分子比，Λ為滾動誤差，NaF為最近分析的氟化鈉濃度百分數。
【文檔編號】G01N5/00GK103954522SQ201410206142
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】曾水平, 琚廷瑞, 廖春雲, 曲亞鑫 申請人:北方工業大學