一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法
2023-05-23 19:08:26 1
專利名稱：一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法
一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法技術領域一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法，涉及一種利用槽控機實時測 量和顯示電解槽內氧化鋁濃度，用於電解槽氧化鋁濃度的實時控制。
技術背景20世紀八十年代，人們採用了極限電流法來測量鋁電解的氧化鋁濃度， 同期許多學者還研究了電池電位法來測量氧化鋁濃度，但是這些方法都誤差 大，成本高，可操作性等因素未能推廣應用。自從根據dR/dt來控制氧化鋁濃 度之後，人們對氧化鋁濃度的問題暫時失去了其緊迫性。目前幾乎所有中間 點式下料的鋁電解槽全部採用dR/dt來控制氧化鋁濃度。這種控制方法對提高 鋁電解技術經濟指標起到了巨大的推動作用，電流效率從89%左右，提高到 94%左右。但是，這種控制並未能將氧化鋁濃度作為控制目標，人們在調整控 制參數時難以將氧化鋁濃度與控制參數有機地結合在一起。因此，測量鋁電 解槽中氧化鋁濃度，將氧化鋁濃度直接作為控制目標對提高鋁電解控制水平 無疑具有十分重要的作用。發明內容本發明的目的就是針對上述已有技術存在的不足，提供一種通過槽控機系 統測量電解槽的系列電流和電壓，建立起電解槽運行參數與氧化鋁濃度的關 系模型，使電解操作人員及時掌握電解槽的運行狀態，有效提高鋁電解控制 水平的實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法，其特徵在於其實時預測過程 是利用槽控系統通過實時檢測電解槽的電壓和系列電流，並控制氧化鋁下料 周期和時間，根據電解槽槽電阻隨時間的變化率、下料間隔、時間，以及下 料器容量參數，建立起電解槽運行參數與氧化鋁濃度的關係模型，預測出電 解槽中氧化鋁濃度並在槽控機上顯示電解槽內的實時氧化鋁濃度。本發明的一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法，其特徵在於所述的實時預測過程通過槽控機，測量電解槽的系列電流和電壓，計算其槽電阻R和 電阻變化率dR/dt，根據電解槽槽電阻隨時間變化率dR/dt隨時間成線性關係 和下料間隔、時間，以及下料器的容量等參數與電解質中相對氧化鋁濃度關係的方法測算鋁電解槽中電解質氧化鋁濃度CA,203，其應用包括(l)利用電解槽運行參數與氧化鋁濃度關係建立氧化鋁濃度測算模型；(2)利用該方法 預測電解槽中氧化鋁濃度並在電解槽控制系統上實時顯示氧化鋁濃度。本發明的一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法，其特徵在於所述 的槽控制系統，由監控工作站，槽控機，打殼下料系統，提升部分組成。本發明的一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法，其特徵在於所述的槽控機包括(1) 電壓電流檢測部分檢測電解槽的電壓及系列電流變化值；(2) 通訊接口部分接受上位機設定參數和上傳運行參數；(3) 控制驅動部分對打殼下料系統及提升部分的控制驅動；(4) CPU微處理器與存儲器部分對檢測信號解析與計算以及數據存 儲並根據控制策略發出控制指令控制打殼下料系統及提升部分的動作；(5) 顯示與按鍵操作部分操控機的人機接口部分。監控主機部分 設定槽控機運行控制參數，並通過現場控制總線對電解槽的工藝操作和物料 配給進行集中控制，同時進行數據圖表生成、存儲、列印輸出， 一臺監控主 機監控多臺槽控機；(6)系統軟體分由槽控機程序和上位監控機程序組成，槽控機程序是固化在槽控機的存儲器中，上位監控機程序是存放在上位監控機內，通過編 程將其以軟體功能模塊的方式存儲在槽控機和監控主機中，由控制系統來實現。本發明的一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法，其系統軟體分包括1、槽控系統同步測量出電解槽的槽電壓、系列電流值、槽電阻以及其 變化率，這一部分以程序功能塊的方式存儲在槽控機的存儲器內；dR/dt=kt+c在實際生產中，由於下料速度一定，可得dR/dt或dR/dC隨氧化鋁濃度的變化成線性關係，艮口dR/dC=KlC+K2上式可採用通用表達式表示，艮P:formula see original document page 6..............................................................(1)式中C為電解槽中氧化鋁濃度實際值 2、相對氧化鋁濃度的測算模型 根據式(1)可推導得到formula see original document page 6................................................(2)式中C。為濃度修正值在電解槽正常運行時，dCA,203/dt為已知的定值，dR/dt可以根據實際數據計算得到。而一段時間內氧化鋁濃度的變化可以計算得到，於是有 某一時間T,，formula see original document page 6.............................................(3)另一時間丁2，formula see original document page 6........................................(4)同時formula see original document page 6..............................(5)聯立解方程(3)、 (4)、 (5)得formula see original document page 6...(6)formula see original document page 6...(7)式(7)左邊的項全部已知，於是可求得(CA加3 — Co:h，根據式(5)可求得(Ca加3 —CQ)2，實際上即可求得任何時刻的(CA如3—Q))，亦即電解槽的相對氧化鋁濃度。3、 dCA,/dt值的估算模型 在鋁電解正常生產過程中，換極作業，陽極下降等因素的影響，實際從 下料器添加的氧化鋁量總是低於噸鋁生產需要的氧化鋁量，也就是說，我們 人為設定的正常下料周期不一定就是氧化鋁濃度恆定的下料周期，或者說，當電解槽控制系統處於正常下料周期時，槽內氧化鋁濃度實際是變化的，為 了求得dC^03/dt，首先必須求得正常下料周期時間。為此我們採用每日下料 次數，作為正常下料周期的測算依據。欠料狀態時，每小時的氧化鋁濃度變 化可用下式求得。dC/dt=mX60X60X (1/t廣l/t2)/MX 100% (%/h) ...........................................(9)式中m:為每次下料量(kg)M:為電解槽電解質總量(kg)tl:正常下料時間間隔(秒)t2:欠量下料時間間隔(秒)4、當前時刻的氧化鋁濃度的測算模型 按式(10)來測算(C細廣C0)2= (d膽)iX (T廣T,) X (dC腦/dt) +( (d膽)廣(d賺),)+ 十dC應/dtX (T廣T') ....................................................(10)5、 電解槽實際氧化鋁的測算模型每45分鐘取樣分析電解槽氧化鋁濃度，槽控機記錄當時數據，根據電解 質採樣時間和測算得到的那一時刻的氧化鋁濃度CA1203 ^大量數據求得CQ。 Co 計算出後，根據上式(IO)，槽控機計算得到每一時刻的相對氧化鋁濃度((^|23 一Q)，就可以計算得到電解槽的實際氧化鋁濃度CA123。6、 在槽控系統上顯示計算得到電解槽的實際氧化鋁濃度(^1203值並作為槽 控系統氧化鋁濃度控制的目標值。本發明的方法適應於70kA—350 kA系列的中間點式下料預焙鋁電解槽。 利用槽控系統預測到的電解槽氧化鋁濃度， 一方面可以使操作人員及時掌握 電解槽運行狀態，指導生產，同時可以將氧化鋁濃度直接作為控制目標對提 高鋁電解控制水平無疑具有十分重要的作用。使用該方法對控制電解槽氧化 鋁濃度的預測，有利於生產工藝和操作人員及時掌握電解槽運行狀態，有利 於電解鋁生產的管理和控制。
具體實施方式
一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法，其實時預測過程是利用槽控 系統通過實時檢測電解槽的電壓和系列電流，並控制氧化鋁下料周期和時間， 根據電解槽槽電阻隨時間的變化率、下料間隔、時間，以及下料器容量參數， 建立起電解槽運行參數與氧化鋁濃度的關係模型，預測出電解槽中氧化鋁濃 度並在槽控機上顯示電解槽內的實時氧化鋁濃度。 下面結合實施例對本發明做進一步的說明。實施例1電解槽內氧化鋁濃度預測的目的是能準確的測量其氧化鋁濃度。1#鋁電解槽，其系列電流150kA，經多次標定下料器下料量為1.67kg，每臺電解槽 有4個下料器，一周內每天的下料次數為290次，欠量周期內時間間隔為500s, 過量周期內下料間隔為180s。採用槽控系統進行測量控制電解槽的下料周期 和時間並測量其電解槽內氧化鋁濃度。在欠量周期內，槽控系統測量的氧化鋁濃度值分別是2.69， 2.60， 2.53， 2.48;同時也進行人工取樣分析其值分別是2.70， 2.60, 2.52， 2.47;其測量 精度有優於1%，完全能滿足電解鋁生產與控制的要求。實施例22#鋁電解槽，其系列電流300kA，經多次標定下料器下料量為1.67kg，每 臺電解槽有4個下料器， 一周內每天的下料次數為580次，欠量周期內時間 間隔為400s，過量周期內下料間隔為120s。在欠量周期內，槽控系統測量的氧化鋁濃度值分別是2.49， 2.45， 2.32, 2.28。；同時也進行人工取樣分析其值分別是2.50， 2.42， 2.32， 2.27;其測 量精度有優於1%，完全能滿足電解鋁生產與控制的要求。使用該方法對控制電解槽氧化鋁濃度的預測，有利於生產工藝和操作人 員及時掌握電解槽運行狀態，有利於電解鋁生產的管理和控制。
權利要求
1.一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法，其特徵在於其實時預測過程是利用槽控系統通過實時檢測電解槽的電壓和系列電流，並控制氧化鋁下料周期和時間，根據電解槽槽電阻隨時間的變化率、下料間隔、時間，以及下料器容量參數，建立起電解槽運行參數與氧化鋁濃度的關係模型，預測出電解槽中氧化鋁濃度並在槽控機上顯示電解槽內的實時氧化鋁濃度。
2.根據權利要求1所述的一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法， 其特徵在於所述的實時預測過程通過槽控機，測量電解槽的系列電流和電壓, 計算其槽電阻R和電阻變化率dR/dt，根據電解槽槽電阻隨時間變化率dR/dt 隨時間成線性關係和下料間隔、時間，以及下料器的容量等參數與電解質中 相對氧化鋁濃度關係的方法測算鋁電解槽中電解質氧化鋁濃度CAI203，其應用 包括(1)利用電解槽運行參數與氧化鋁濃度關係建立氧化鋁濃度測算模型； (2)利用該方法預測電解槽中氧化鋁濃度並在電解槽控制系統上實時顯示氧 化鋁濃度。
3. 根據權利要求1所述的一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法， 其特徵在於所述的槽控制系統，由監控工作站，槽控機，打殼下料系統，提 升部分組成。
4. 根據權利要求1所述的一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法， 其特徵在於所述的槽控機包括(1) 電壓電流檢測部分檢測電解槽的電壓及系列電流變化值；(2) 通訊接口部分接受上位機設定參數和上傳運行參數；(3) 控制驅動部分對打殼下料系統及提升部分的控制驅動；(4) CPU微處理器與存儲器部分對檢測信號解析與計算以及數據存 儲並根據控制策略發出控制指令控制打殼下料系統及提升部分的動作；(5) 顯示與按鍵操作部分操控機的人機接口部分。監控主機部分 設定槽控機運行控制參數，並通過現場控制總線對電解槽的工藝操作和物料 配給進行集中控制，同時進行數據圖表生成、存儲、列印輸出， 一臺監控主 機監控多臺槽控機；(6)系統軟體分由槽控機程序和上位監控機程序組成，槽控機程序是 固化在槽控機的存儲器中，上位監控機程序是存放在上位監控機內，通過編 程將其以軟體功能模塊的方式存儲在槽控機和監控主機中，由控制系統來實 現。
全文摘要
一種實時預測鋁電解槽內氧化鋁濃度的方法，涉及一種利用槽控機實時測量和顯示電解槽內氧化鋁濃度，用於電解槽氧化鋁濃度的實時控制。其特徵在於其實時預測過程是利用槽控系統通過實時檢測電解槽的電壓和系列電流，並控制氧化鋁下料周期和時間，根據電解槽槽電阻隨時間的變化率、下料間隔、時間，以及下料器容量參數，建立起電解槽運行參數與氧化鋁濃度的關係模型，預測出電解槽中氧化鋁濃度並在槽控機上顯示電解槽內的實時氧化鋁濃度。本發明的方法適應於70kA-350kA系列的中間點式下料預焙鋁電解槽，使用該方法對控制電解槽氧化鋁濃度的預測，有利於生產工藝和操作人員及時掌握電解槽運行狀態，有利於電解鋁生產的管理和控制。
文檔編號C25C3/00GK101275249SQ20071030361
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月20日 優先權日2007年12月20日
發明者冷正旭, 史志榮, 張保偉, 李旺興, 柴登鵬, 王鑫健, 趙慶雲, 邱世麟 申請人:中國鋁業股份有限公司