專利名稱：一種控制鋁電解槽內(nèi)氧化鋁濃度穩(wěn)定均勻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁電解領(lǐng)域，尤其涉及一種控制鋁電解槽內(nèi)氧化鋁濃度穩(wěn)定均勻的方法。
背景技術(shù)：
在鋁電解生產(chǎn)過程中，氧化鋁濃度的控制極為重要。氧化鋁濃度過低時容易弓丨發(fā)陽極效應(yīng)，帶來電耗的增加、槽溫的上升，溫室氣體排放量增加等等問題，但濃度過高又容易引發(fā)槽底氧化鋁沉淀，造成電解槽的電壓擺動、冷槽等不穩(wěn)定狀況。目前大型鋁電解預(yù)焙槽對氧化鋁濃度的控制主要依據(jù)氧化鋁濃度-電阻控制曲線，氧化鋁濃度的特征電阻曲線根據(jù)濃度從低到高被分為了幾個濃度區(qū)效應(yīng)區(qū)、敏感區(qū)、不敏感區(qū)、高濃度區(qū)，電解槽控制系統(tǒng)均是根據(jù)槽內(nèi)氧化鋁濃度變化所反應(yīng)出的槽電阻的變化來進(jìn)行下料控制，采用低氧化鋁濃度控制，將濃度主要控制在敏感區(qū)?？刂葡到y(tǒng)的下料方式主要分為欠量下料、正常下料、過量下料、停止下料等分階段進(jìn)行，有的系統(tǒng)在每一下料方式又細(xì)分了幾個微調(diào)方式， 如欠量1、欠量2等欠量下料的周期又略有不同。控制系統(tǒng)通過以上下料方式周期性的循環(huán)往復(fù)運(yùn)行實現(xiàn)對氧化鋁濃度的控制。為了方便識別氧化鋁濃度，當(dāng)前各種控制系統(tǒng)對電解槽濃度的控制主要是將濃度控制在敏感區(qū)域，使?jié)舛鹊淖兓陔娮枳兓系姆从潮容^敏感，從而實現(xiàn)對氧化鋁濃度的識別和控制。所以目前的控制系統(tǒng)在是通過大量過量下料、欠量下料周期的切換將濃度控制在敏感區(qū)域，使槽內(nèi)氧化鋁濃度一般在1. 5-3. 5之間往復(fù)波動。由于電流分布的不均勻?qū)е码娊獠鄹魈幯趸X消耗的不一致，以及從下料點到周圍的濃度擴(kuò)散梯度的存在，氧化鋁濃度在槽內(nèi)的分布不均勻。當(dāng)前下料裝置對應(yīng)的爐底處很容易形成氧化鋁的堆積，長期下來易形成槽內(nèi)沉淀，影響電解槽的穩(wěn)定性。當(dāng)前控制系統(tǒng)對于電解槽存在的在槽內(nèi)空間上的氧化鋁濃度不均勻暫無解決措施。隨著國家節(jié)能減排政策的執(zhí)行，高能耗的電解鋁生產(chǎn)過程通過低電壓運(yùn)行實現(xiàn)降耗成為大勢所趨，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)將氧化鋁濃度控制在敏感區(qū)的同時，也將電解槽控制在了相對的濃度對應(yīng)的高電阻區(qū)，不利于槽電壓的進(jìn)一步降低；且大量的過量下料和欠量下料周期的不停切換使電解槽總是運(yùn)行在周期性的波動狀態(tài)中；當(dāng)電解槽濃度波動到相對較低的時候，由于電解槽氧化鋁濃度的不均勻性和不等消耗，會造成局部氧化鋁濃度過低； 當(dāng)前的下料裝置又易致在下料口形成的沉淀，這些都會對電解生產(chǎn)產(chǎn)生很多非常不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，是提供一種控制鋁電解槽內(nèi)氧化鋁濃度穩(wěn)定均勻的方法。一種控制鋁電解槽內(nèi)氧化鋁濃度穩(wěn)定均勻的方法，其特征在于，該方法將氧化鋁濃度控制目標(biāo)設(shè)在低阻濃度區(qū)，采用對鋁電解槽在時間上按需給料空間上按需分配料量的控制方式對電解槽進(jìn)行下料控制，同時改進(jìn)下料裝置和或下料方式，減少下料口堆積沉淀的產(chǎn)生，使電解槽氧化鋁濃度長期穩(wěn)定和均勻的運(yùn)行在氧化鋁濃度-電阻控制曲線的低阻區(qū)。根據(jù)上述控制鋁電解槽內(nèi)氧化鋁濃度穩(wěn)定均勻的方法，其特征在于，時間上按需給料和穩(wěn)定在氧化鋁濃度-電阻控制曲線的低阻區(qū)運(yùn)行，將氧化鋁濃度控制目標(biāo)設(shè)在低阻濃度區(qū)，結(jié)合兩個主要的控制過程長期的“按需下料”和短期的“濃度校驗”來實現(xiàn)，具體實現(xiàn)方式如下
1)“按需下料”是在低阻濃度區(qū)按預(yù)測的電解槽電流效率進(jìn)行長期的按需下料，保證濃度穩(wěn)定在低阻濃度區(qū)；
2)“濃度校驗”包括“濃度識別”、“效率預(yù)測”、“濃度校正”，短期的濃度校驗是為了防止長期按需下料帶來濃度的慢飄和對電流效率的預(yù)測修正，若出現(xiàn)濃度飄移則進(jìn)行“濃度校正”的調(diào)整過程，將濃度調(diào)整回低阻濃度區(qū)，否則不必執(zhí)行，“濃度校驗”通過以下方式具體實現(xiàn)
3)“濃度識別”，是當(dāng)電解槽根據(jù)效率按需下料一個長周期后，對電解槽進(jìn)行短期的停止下料或欠量下料和過量下料，根據(jù)電解槽電壓電阻變化情況以及槽溫、分子比數(shù)據(jù)來識別出氧化鋁濃度；
4)“效率預(yù)測”是根據(jù)按需下料期運(yùn)行中的濃度電阻變化情況、下料時間、以及校正過程識別的氧化鋁濃度，對上期預(yù)估電流效率進(jìn)行修正預(yù)測，供下一按需下料周期使用；
5)“濃度校正”，是根據(jù)識別的氧化鋁濃度，在一段時間內(nèi)通過過量下料、欠量下料或停止下料將飄移的氧化鋁濃度恢復(fù)至氧化鋁濃度-電阻控制曲線的低阻區(qū)。根據(jù)上述控制鋁電解槽內(nèi)氧化鋁濃度穩(wěn)定均勻的方法，其特征在于，對電解槽空間上按需分配料量是對電解槽每一陽極進(jìn)行等距壓降的在線連續(xù)測量，獲得陽極電流分布數(shù)據(jù)，在預(yù)估電流效率的基礎(chǔ)上分別計算出槽內(nèi)各陽極的氧化鋁消耗速度，再根據(jù)每一下料點周圍陽極的氧化鋁消耗情況，調(diào)整各下料點的下料量分配比例，通過各下料點的非均勻下料，滿足陽極的不均勻消耗，來實現(xiàn)濃度的均勻分布。根據(jù)上述控制鋁電解槽內(nèi)氧化鋁濃度穩(wěn)定均勻的方法，其特征在于，下料方式可以采用以下一種或多種方式來實現(xiàn)
1)采用長條狀的線形出口下料器和打殼錘頭，代替圓柱形出口的下料器，增加氧化鋁進(jìn)入槽內(nèi)時與電解質(zhì)的接觸融解，減少來不及融解的氧化鋁堆積在下料口形成的沉淀；
2)改變當(dāng)前的下料器為連續(xù)下料器或半連續(xù)下料器，定時打殼，連續(xù)下料，或減少下料器容量增加下料次數(shù)，減少因一次氧化鋁下料量過大，來不及融化而堆積在下料口形成的沉淀。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明相對傳統(tǒng)方法的優(yōu)點是使電解槽氧化鋁濃度均勻的長期穩(wěn)定運(yùn)行在濃度低阻區(qū)，可促進(jìn)槽電壓的進(jìn)一步降低、提高電流效率，可以消除傳統(tǒng)方法運(yùn)行在敏感區(qū)需要的高電壓和大量過欠量下料帶來的電解槽周期性波動，減少下料口沉淀的發(fā)生，實現(xiàn)氧化鋁濃度在時間和空間上的穩(wěn)定和均勻分布，有利于鋁電解槽的穩(wěn)定、高效、低電壓、低電耗的生產(chǎn)運(yùn)行。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不受實
4施例所限制。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的首先，是將氧化鋁濃度控制目標(biāo)設(shè)在低阻濃度區(qū)，采用氧化鋁按需下料的控制模式，使氧化鋁濃度在時間跨度上保持穩(wěn)定在低阻濃度區(qū)運(yùn)行；其次，通過對每一陽極導(dǎo)桿等距壓降的連續(xù)在線檢測，獲得每一陽極的電流分布，從而得到其對氧化鋁消耗的需求；通過非均勻下料實現(xiàn)氧化鋁濃度的區(qū)域按需下料，第三，結(jié)合下料裝置和下料方式的改變，減少沉淀和過低濃度的發(fā)生。通過以上措施，實現(xiàn)電解槽內(nèi)氧化鋁濃度在時間和空間上的穩(wěn)定和均勻分布并減少沉淀的產(chǎn)生。具體而言，包該方法括以下步驟時間上按需給料和穩(wěn)定在氧化鋁濃度-電阻控制曲線的低阻區(qū)運(yùn)行，將氧化鋁濃度控制目標(biāo)設(shè)在低阻濃度區(qū)，結(jié)合兩個主要的控制過程 長期的“按需下料”和短期的“濃度校驗”來實現(xiàn)(“按需下料”是相對長期的過程，“濃度校驗”是相對短期的過程，這兩個參數(shù)都是視槽況而定，長期可以是2-M小時，短期可以是30 分鐘-2小時)，具體實現(xiàn)方式如下
1)“按需下料”是在低阻濃度區(qū)按預(yù)測的電解槽電流效率進(jìn)行長期的按需下料，保證濃度穩(wěn)定在低阻濃度區(qū)；
2)“濃度校驗”包括“濃度識別”、“效率預(yù)測”、“濃度校正”，短期的濃度校驗是為了防止長期按需下料帶來濃度的慢飄和對電流效率的預(yù)測修正，若出現(xiàn)濃度飄移則進(jìn)行“濃度校正”的調(diào)整過程，將濃度調(diào)整回低阻濃度區(qū)，否則不必執(zhí)行，“濃度校驗”通過以下方式具體實現(xiàn)
3)“濃度識別”，是當(dāng)電解槽根據(jù)效率按需下料一個長周期后，對電解槽進(jìn)行短期的停止下料或欠量下料和過量下料，根據(jù)電解槽電壓電阻變化情況以及槽溫、分子比數(shù)據(jù)來識別出氧化鋁濃度；
4)“效率預(yù)測”是根據(jù)按需下料期運(yùn)行中的濃度電阻變化情況、下料時間、以及校正過程識別的氧化鋁濃度，對上期預(yù)估電流效率進(jìn)行修正預(yù)測，供下一按需下料周期使用；
5)“濃度校正”，是根據(jù)識別的氧化鋁濃度，在一段時間內(nèi)通過過量下料、欠量下料或停止下料將飄移的氧化鋁濃度恢復(fù)至氧化鋁濃度-電阻控制曲線的低阻區(qū)。本發(fā)明的具體實施方式
僅對其中一部份實施方式進(jìn)行了描述。實施例1
1.對電解槽每一陽極進(jìn)行等距壓降的在線連續(xù)測量，采集測量信號進(jìn)入控制系統(tǒng)。2.采用長條狀的線形出口下料器和打殼錘頭，代替圓柱形出口的下料器，增加氧化鋁進(jìn)入槽內(nèi)時與電解質(zhì)的接觸融解，減少來不及融解的氧化鋁堆積在下料口形成的沉淀?；蛘吒淖儺?dāng)前的下料器為連續(xù)下料器，定時打殼，連續(xù)下料，減少因一次氧化鋁下料量過大，來不及融化而堆積在下料口形成的沉淀。3.控制系統(tǒng)將目標(biāo)濃度設(shè)置在低阻濃度區(qū)，采用按需下料的控制模式，主要的三個控制過程按需下料期-濃度校驗期-濃度校正期。實現(xiàn)電解槽內(nèi)氧化鋁濃度時間上的穩(wěn)定和均勻分布。1)首先根據(jù)預(yù)測的電流效率進(jìn)行長期穩(wěn)定的按需下料，
2)當(dāng)一個按需下料周期結(jié)束后，對氧化鋁濃度進(jìn)行識別與校正，對電解槽進(jìn)行短期的停止下料或欠量下料和過量下料，根據(jù)電解槽電壓電阻變化情況以及槽溫、分子比數(shù)據(jù)來識別出當(dāng)前氧化鋁濃度。
3)若當(dāng)前濃度發(fā)生漂移則進(jìn)行濃度恢復(fù)校正，根據(jù)識別的氧化鋁濃度和目標(biāo)濃度之差，在一段時間內(nèi)通過過量下料、欠量下料或停止下料將飄移的氧化鋁濃度恢復(fù)至穩(wěn)定低阻區(qū)域。若未出現(xiàn)濃度飄移時，濃度校正期周期不必執(zhí)行。4)根據(jù)上一階段運(yùn)行中的濃度電阻變化情況、下料時間、以及校正過程識別的氧化鋁濃度，對上期預(yù)估電流效率進(jìn)行修正預(yù)測，并設(shè)定下一按需下料周期。5)開始下一按需下料周期
4.控制系統(tǒng)根據(jù)消耗采用非均勻給料的下料模式，實現(xiàn)氧化鋁濃度空間上的均勻分布。1)根據(jù)采集的等距壓將數(shù)據(jù)計算獲得陽極電流分布數(shù)據(jù)，在預(yù)估電流效率的基礎(chǔ)上分別計算出槽內(nèi)各陽極的氧化鋁消耗速度。2)根據(jù)每一下料點周圍陽極的氧化鋁消耗速度，調(diào)整相應(yīng)下料點的下料量，通過各下料點的非均勻下料，滿足陽極的不均勻消耗，來實現(xiàn)濃度的均勻分布；
通過以上方法，采用對鋁電解槽內(nèi)各處按需給料的方式對電解槽進(jìn)行穩(wěn)定的按需下料控制，實現(xiàn)電解槽內(nèi)氧化鋁濃度在時間和空間上的穩(wěn)定和均勻分布并防止沉淀的產(chǎn)生。使其長期穩(wěn)定運(yùn)行在氧化鋁濃度-電阻控制曲線的低阻區(qū)，有利于電解槽的穩(wěn)定、電壓的降低、低耗和高效生產(chǎn)。實施例2
對于不想改變硬件結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，可以僅在控制系統(tǒng)內(nèi)部通過控制策略的改變，僅僅采用實施例1種的步驟3，即可實現(xiàn)電解槽內(nèi)氧化鋁濃度在時間上的穩(wěn)定控制?？刂葡到y(tǒng)采用按需下料的控制模式，主要的三個控制過程按需下料期-濃度校驗期-濃度校正期。實現(xiàn)電解槽內(nèi)氧化鋁濃度時間上的穩(wěn)定和均勻分布。1)首先根據(jù)預(yù)測的電流效率進(jìn)行長期穩(wěn)定的按需下料，
2)當(dāng)一個按需下料周期結(jié)束后，對氧化鋁濃度進(jìn)行識別與校正，對電解槽進(jìn)行短期的停止下料或欠量下料和過量下料，根據(jù)電解槽電壓電阻變化情況以及槽溫、分子比數(shù)據(jù)來識別出當(dāng)前氧化鋁濃度。3)若當(dāng)前濃度發(fā)生漂移則進(jìn)行濃度恢復(fù)校正，根據(jù)識別的氧化鋁濃度和目標(biāo)濃度之差，在一段時間內(nèi)通過過量下料、欠量下料或停止下料將飄移的氧化鋁濃度恢復(fù)至穩(wěn)定低阻區(qū)域。若未出現(xiàn)濃度飄移時，濃度校正期周期不必執(zhí)行。4)根據(jù)上一階段運(yùn)行中的濃度電阻變化情況、下料時間、以及校正過程識別的氧化鋁濃度，對上期預(yù)估電流效率進(jìn)行修正預(yù)測，并設(shè)定下一按需下料周期。5)開始下一按需下料周期。實施例3
對于已經(jīng)在運(yùn)行的控制系統(tǒng)，在不改變原有濃度控制策略下，僅采用發(fā)明內(nèi)容的根據(jù)消耗的非均勻給料的下料模式，可以實現(xiàn)氧化鋁濃度空間上的均勻分布。1)對電解槽每一陽極進(jìn)行等距壓降的在線連續(xù)測量，采集測量信號進(jìn)入控制系統(tǒng)。 2 )根據(jù)采集的等距壓將數(shù)據(jù)計算獲得陽極電流分布數(shù)據(jù)，在預(yù)估電流效率的基礎(chǔ)上分別計算出槽內(nèi)各陽極的氧化鋁消耗速度。 3)根據(jù)每一下料點周圍陽極的氧化鋁消耗速度，調(diào)整相應(yīng)下料點的下料量，通過各下料點的非均勻下料，滿足陽極的不均勻消耗，來實現(xiàn)濃度的均勻分布； 實施例4
對于已經(jīng)在運(yùn)行的控制系統(tǒng)，僅采用發(fā)明內(nèi)容的改變下料機(jī)構(gòu)，也可以減少沉淀的發(fā)
生
1)采用長條狀的線形出口下料器和打殼錘頭，代替圓柱形出口的下料器，增加氧化鋁進(jìn)入槽內(nèi)時與電解質(zhì)的接觸融解，減少來不及融解的氧化鋁堆積在下料口形成的沉淀。
2)或者改變當(dāng)前的下料器為連續(xù)下料器，定時打殼，連續(xù)下料，減少因一次氧化鋁下料量過大，來不及融化而堆積在下料口形成的沉淀。
權(quán)利要求
1.一種控制鋁電解槽內(nèi)氧化鋁濃度穩(wěn)定均勻的方法，其特征在于，該方法將氧化鋁濃度控制目標(biāo)設(shè)在低阻濃度區(qū)，采用對鋁電解槽在時間上按需給料空間上按需分配料量的控制方式對電解槽進(jìn)行下料控制，同時改進(jìn)下料裝置和或下料方式，減少下料口堆積沉淀的產(chǎn)生，使電解槽氧化鋁濃度長期穩(wěn)定和均勻的運(yùn)行在氧化鋁濃度-電阻控制曲線的低阻區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制鋁電解槽內(nèi)氧化鋁濃度穩(wěn)定均勻的方法，其特征在于， 時間上按需給料和穩(wěn)定在氧化鋁濃度-電阻控制曲線的低阻區(qū)運(yùn)行，將氧化鋁濃度控制目標(biāo)設(shè)在低阻濃度區(qū)，結(jié)合兩個主要的控制過程長期的“按需下料”和短期的“濃度校驗”來實現(xiàn)，具體實現(xiàn)方式如下1)“按需下料”是在低阻濃度區(qū)按預(yù)測的電解槽電流效率進(jìn)行長期的按需下料，保證濃度穩(wěn)定在低阻濃度區(qū)；2)“濃度校驗”包括“濃度識別”、“效率預(yù)測”、“濃度校正”，短期的濃度校驗是為了防止長期按需下料帶來濃度的慢飄和對電流效率的預(yù)測修正，若出現(xiàn)濃度飄移則進(jìn)行“濃度校正”的調(diào)整過程，將濃度調(diào)整回低阻濃度區(qū)，否則不必執(zhí)行，“濃度校驗”通過以下方式具體實現(xiàn)3)“濃度識別”，是當(dāng)電解槽根據(jù)效率按需下料一個長周期后，對電解槽進(jìn)行短期的停止下料或欠量下料和過量下料，根據(jù)電解槽電壓電阻變化情況以及槽溫、分子比數(shù)據(jù)來識別出氧化鋁濃度；4)“效率預(yù)測”是根據(jù)按需下料期運(yùn)行中的濃度電阻變化情況、下料時間、以及校正過程識別的氧化鋁濃度，對上期預(yù)估電流效率進(jìn)行修正預(yù)測，供下一按需下料周期使用；5)“濃度校正”，是根據(jù)識別的氧化鋁濃度，在一段時間內(nèi)通過過量下料、欠量下料或停止下料將飄移的氧化鋁濃度恢復(fù)至氧化鋁濃度-電阻控制曲線的低阻區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的控制鋁電解槽內(nèi)氧化鋁濃度穩(wěn)定均勻的方法，其特征在于，對電解槽空間上按需分配料量是對電解槽每一陽極進(jìn)行等距壓降的在線連續(xù)測量，獲得陽極電流分布數(shù)據(jù)，在預(yù)估電流效率的基礎(chǔ)上分別計算出槽內(nèi)各陽極的氧化鋁消耗速度，再根據(jù)每一下料點周圍陽極的氧化鋁消耗情況，調(diào)整各下料點的下料量分配比例，通過各下料點的非均勻下料，滿足陽極的不均勻消耗，來實現(xiàn)濃度的均勻分布。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的控制鋁電解槽內(nèi)氧化鋁濃度穩(wěn)定均勻的方法，其特征在于，下料方式可以采用以下一種或多種方式來實現(xiàn)1)采用長條狀的線形出口下料器和打殼錘頭，代替圓柱形出口的下料器，增加氧化鋁進(jìn)入槽內(nèi)時與電解質(zhì)的接觸融解，減少來不及融解的氧化鋁堆積在下料口形成的沉淀；2)改變當(dāng)前的下料器為連續(xù)下料器或半連續(xù)下料器，定時打殼，連續(xù)下料，或減少下料器容量增加下料次數(shù)，減少因一次氧化鋁下料量過大，來不及融化而堆積在下料口形成的沉淀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制鋁電解槽內(nèi)氧化鋁濃度穩(wěn)定均勻的方法，該方法是首先，將氧化鋁濃度控制目標(biāo)設(shè)在低阻濃度區(qū)，通過兩個主要的控制過程長期的“按需下料”和短期的“濃度校驗”來實現(xiàn)鋁電解槽在時間上按需給料和在低阻濃度區(qū)的穩(wěn)定運(yùn)行；第二，對電解槽每一陽極進(jìn)行電流分布的在線測量，根據(jù)每一下料點周圍陽極的氧化鋁消耗速度，調(diào)整各下料點的下料比例，實現(xiàn)氧化鋁濃度在空間上的均勻分布。第三，改進(jìn)的下料裝置和下料方式減少了因下料口堆積而產(chǎn)生的氧化鋁沉淀。本發(fā)明有利于鋁電解槽的穩(wěn)定、高效、低電壓、低電耗、低排放的生產(chǎn)運(yùn)行。
文檔編號C25C3/20GK102400182SQ20111037213
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者張保偉, 張艷芳, 李旺興, 楊建紅, 柴登鵬, 趙慶云, 邱仕麟 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司