CN102066620A - 在电解槽中生产铝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在电解槽中生产铝的方法，其包括：设立一系列持续时间为T的控制周期；识别可以为电解浴引入多余的氧化铝的槽上的扰动性管理操作；注意所述扰动性管理操作的性能；确定每一控制周期k’的调控下料速率B(k’)；以及，将指定下料速率SR(k’)设置为等于M(k’)×B(k’)，其中M(k’)是调整所述调控下料速率B(k’)的调整因数，以便考虑由多余的氧化铝所引起的槽的需求的减少。本发明的方法能够显著地降低阳极效应的发生率。

Description

在电解槽中生产铝的方法

技术领域

本发明涉及在电解槽中借助于电解作用生产铝。更具体地，本发明涉及对旨在通过火法电解(igneous electrolysis)生产铝的槽的电解浴中所包含的氧化铝的量进行精确控制。

背景技术

根据目前工业上广泛使用的霍尔-赫劳尔特(Hall-Héroult)方法，铝通过对溶解在熔融盐槽中的氧化铝进行电解还原而在电解槽中生产。

用于获得对电解槽的正常操作的一个主要要求是，被电解过程所消耗的氧化铝由被添加至槽的氧化铝进行适当地补偿。

电解浴中氧化铝含量的缺乏导致了所谓的阳极效应——即，电解槽两端的压降急剧且大幅上升——的发生。阳极效应的发生降低了槽的电流效率，增加了其能量消耗并且产生了对环境有害的氟化合物。

相反，过量的氧化铝供应导致了槽的阴极上的氧化铝的积聚，这可转变成硬质涂层而使阴极的一部分电绝缘。该现象通过在由电解过程所产生的液态金属中感应出水平电流，而在槽中产生不稳定性，所述电流与磁场相互作用，搅动了液态金属并且扰动了电解浴-金属接触面。

将电解浴中的氧化铝浓度保持在精确且相对窄的限值内的需求导致了自动下料方法的发展。这种需求随着所谓的“酸性”电解浴的使用已经变为强制性的，所述“酸性”电解浴是指其所含有的氟化铝(AlF₃)的含量超过氟化钠的含量的电解浴。确实，通过使用酸性电解浴并且使电解槽运行在相对低的温度——典型地在920℃和970℃之间——以及电解槽中低的氧化铝浓度——典型地在1％和3.5％之间，已经获得了高水平的电流效率——典型地高于90％，以及所生产的每公吨铝的低水平的能量消耗。

已经设计了多种调控方法，例如美国专利No.4,431,491、No.4,654,129以及No.6,033,550(Aluminium Pechiney)，来实现这一目标。

通过所谓的点式下料设备的发展，精确的氧化铝下料控制已经成为可能，例如在美国专利No.4,431,491中所描述的，点式下料设备能够在槽中的指定位置处自动地供应精确量的氧化铝粉。

尽管通过一些已知的调控方法实现了显著的性能，但是仍有改进的空间，尤其考虑到日益增长的电解槽的电流强度以及日益紧缩的国家环保政策。确实，增加的电解电流往往会提高阳极效应的产生，然而许多生产厂却被要求降低他们的氟化流出物的排放。另外，当前的趋势是与包含在槽中的电解浴的量相比增强电解槽的电流强度，即，增加电解槽的电流强度与电解浴的比率。例如，在AP技术中，电流强度与电解浴重量的比率从值为在约30kA/tonne至35kA/tonne之间到值为约50kA/tonne以上。较大的电流强度与电解浴重量的比率导致电解浴中的氧化铝浓度的较快且可能较大的波动，使得无法再采用已知的调控方法来实现较少出现阳极效应。

因此，申请人寻求使用一种经济且可技术实现的解决方案来克服已知的调控方法的缺陷，以将电流效率保持在高水平并且将阳极效应发生率控制在低水平。

发明描述

本发明涉及一种在电解槽中生产铝的方法，所述槽包括：容器、多个阳极以及至少一个能够向所述槽中传送大量氧化铝粉的氧化铝下料设备，所述槽包括其中溶解有氧化铝的电解浴，所述阳极和电解浴被由包含氧化铝的粉末状材料的保护层所覆盖，所述方法包括：

使具有强度I的电流循环通过所述槽，以便还原氧化铝，从而生产液态铝；

在所述槽上执行管理操作；

为所述槽选择对电解浴中的氧化铝浓度敏感的电气参数EP；

设立一系列持续时间为T的控制周期；

在每一控制周期中测量所述电气参数EP；

在至少一个前控制周期k中确定电气参数EP的变化率P(k)；

选择至少一个慢下料速率B_s和一个快下料速率B_f；

确定后控制周期k’的调控下料速率B(k’)：如果所述变化率P(k)已超出参考变化值P_o，那么设置调控下料速率B(k’)等于所述快下料速率B_f，而当满足欠下料标准时则将调控下料速率B(k’)设置为等于慢下料速率B_s；

在后控制周期k’中以指定下料速率SR(k’)增加氧化铝；

其中所述方法进一步包括：

识别能够在电解浴中引入多余的氧化铝的槽上的扰动性管理操作；

注意其中启动了槽上的任一扰动性管理操作的控制周期k_p；

将指定下料速率SR(k’)设置为等于M(k’)×B(k’)，其中M(k’)是调整所述调控下料速率B(k’)的预确定的调整因数，从而考虑由多余的氧化铝所引起的槽的需求的减少。

已经观察到，一些管理操作为电解浴增加了大量多余的氧化铝，从而显著地减少了槽的表观(apparent)需求。结果，所述槽在扰动性管理操作开始之后暂时显示出显著地低于其通常消耗率的表观消耗率。

申请人注意到在稳定状态时非常有效的下料控制方法在扰动状态时可能并不十分有效，尤其是在主要的管理操作——例如阳极更换操作，或者较小程度地，液态金属从槽中的出液操作——之后。

申请人进一步注意到当确定下料速率的参考点——其典型地是基本下料速率——接近槽的实际需求时，氧化铝下料的调控更加可靠。否则，该调控往往会产生一个显著地偏离了调控中所使用的慢下料速率B_s的槽的有效欠下料速率。例如，已经观察到，在稳定状态中将慢下料速率B_s的值设置为等于低于槽的氧化铝的基本消耗率的25％，将典型地导致一个在扰动状态中可在低于槽的氧化铝的基本消耗率的10％至40％之间改变的有效的欠下料速率。申请人注意到这一变化显著地增加了阳极效应发生的可能性。

申请人进一步观察到，根据一个基本可重复的模式，槽的氧化铝表观消耗率随时间而改变，并且具体地，在扰动性管理操作开始之后的一个基本可重复的时间段中，所述氧化铝的表观消耗率显著地保持在槽的稳定状态时的消耗率以下。

申请人进一步注意到，通过适当地调整参考调控下料速率，可以有效地考虑到表观消耗率。在所选择的扰动性管理操作启动之后，通过监控给定槽的表观消耗率，调整因数M(k’)典型地以实验方式被预确定。调整因数M(k’)可通过如下方式有利地被预确定：通过运行所述槽或者相似的槽；通过将所述槽的最终需求Q(t)记录作为时间的函数(在所选择的扰动性管理操作之前、期间或者之后)；以及，通过将M(k’)设置为等于一数学函数，所述数学函数能够在扰动性管理操作期间以及之后基本匹配最终需求Q(t)。

申请人进一步注意到，根据本发明的方法——其考虑一些主要管理操作的扰动效应——可被用于更好地控制槽的氧化铝含量，从而减少阳极效应的发生率。

申请人进一步注意到，调控下料速率可有利地被调整，以考虑到一系列槽中的单个槽的实际需求。

在下文中参考附图，进一步描述了本发明，其中：

图1示出了典型的用于铝的生产的电解槽的横向截面图；

图2示出了适合用于实现本发明的一种典型的下料机设备；

图3示出了典型的由扰动性管理操作所引起的槽的实际氧化铝下料需求的平均变化；

图4、图5和图6示出了根据本发明的方法的可能的实施方案；

图7示出了根据本发明的调整因数的一种可能分量；以及

图8示出了根据本发明的一种可能的调整因数。

如图1所示，旨在通过火法电解生产铝的电解槽(1)包括容器(2)以及由耐火材料(4，4’)做内衬的钢壳(3)。当从上面观察时，容器(2)大体上是矩形。

所述容器(2)进一步包括阴极布置(5)以及由导电材料(例如钢)或者导电构件(例如钢和铜构件)组合制成的多个集电棒(6)。所述阴极布置(5)典型地包括在容器中形成底部的多个碳质阴极块。所述集电棒(6)从所述容器(2)突出，并且更具体地从所述壳(3)突出，用于电连接至所述壳(3)。

如图1进一步示出，电解槽(1)还包括多个阳极(10，10’)，所述多个阳极(10，10’)典型地由碳质材料，且通常是预焙碳质材料制成。所述阳极(10，10’)通过使用密封在阳极中的阳极杆(11，11’)而被连接至外部导电体(未示出)，并且通过使用可移除的连接器(未示出)被固定至称为阳极束的共用导体(12，12’)。

当槽工作时，所述容器(2)包括电解浴(7)，所述电解浴(7)典型地包括钠和铝的氟化物，通常是非化学计量的冰晶石，并且可能包括添加剂，例如氟化钙。在大多数工厂中，电解浴(7)通常是酸性的，就此意义来说，与对应于冰晶石的化学式的化学计量也就是Na₃AlF₆或者3.NaF-AlF₃相比，所述电解浴(7)包含过量的氟化铝(AlF₃)。过量的氟化铝(AlF₃)的重量百分比典型地在9％至13％之间。在工作中，电解浴(7)进一步包含溶解在其中的氧化铝。

所述阳极(10，10’)被部分地浸入电解浴(7)中，且由包含氧化铝以及其上可能还附有破碎的电解浴的保护层(9)保护以免氧化。所述保护层(9)由添加至所述槽的粉末状材料制成，并且在阳极和电解浴的上方形成一个用作覆盖层的硬面(crust)。

在工作中，具有强度I的电流循环通过所述槽，并且更具体地是在阳极布置(10，10’)和阴极布置(5)之间，以便减少包含在电解浴(7)中的氧化铝，从而通过电化学过程来生产液态铝。由此生产的液态铝逐渐地积聚在容器的底部，以在阴极布置(5)的顶部表面上形成一个被称为液层的层(8)。液态铝被定期地从槽中取出，用于进一步的转换，例如冶金和/或铸造。液态铝从槽中的取出通常被称为金属出液操作。

由于包含在电解浴(7)中的氧化铝逐渐地被电解过程所消耗，所以氧化铝必须被定期地添加至所述槽，从而保持电解浴中的氧化铝浓度。在工业实践中，大多数的调控方法旨在使得溶解在电解浴中的氧化铝的浓度在一指定的范围值内。电解浴中的氧化铝浓度的重量百分比典型地在1％至3.5％之间，并且优选地重量百分比在1.2％至2.0％之间。氧化铝以粉末形式被添加，且可能包含被吸附在其中的氟。

通常根据如下方法向电解浴(7)中供应氧化铝，所述方法包括：在所述槽的指定位置处的保护层(9)中形成至少一个开口(13)，以及通过所述开口(13)向电解浴(7)中添加指定量的氧化铝。

目前，使用下料机设备(20)——已知的点式下料机设备——将氧化铝供应至电解槽且下料至电解浴(7)，该下料机设备(20)能够将有限量的氧化铝粉传送至电解槽中的指定位置。所述点式下料机设备(20)典型地传送指定数量(体积或者重量)的氧化铝。如图2所示，下料机设备(20)通常包括料斗(30)和打壳机(40)。

所述料斗(30)包括储存器(31)、溜槽或者斜槽(32)、定量器(33)和第一致动器(34)，所述第一致动器通常是气压千斤顶。定量器(33)是这样一种测量装置：一旦致动第一致动器(34)，典型地一旦是收到电气和/或气动命令，则传送来自储存器(31)的指定量的粉末材料。

所述打壳机(40)包括凿(41)和第二致动器(42)，所述第二致动器典型地是气压千斤顶。所述凿(41)向下移动，以在保护层(9)中形成或保持开口(13)，以及所述凿(41)向上移动，以留出空间而使得能够通过开口(13)向电解浴(7)中添加氧化铝。在图2中，所述凿(41)被示出在其向上位置(实线)以及其向下位置(虚线)。

所述第一和第二致动器(34，42)的致动有利地通过使用控制系统自动实现。

电解槽通常包括N个指定数目的下料机设备(20)，其中N典型地在1至10之间，包括1和10。

氧化铝以一可调整的下料速率被添加至电解浴(7)，以便补偿氧化铝还原为金属铝的速率。下料速率对应于每单位时间添加至槽(1)的电解浴(7)的氧化铝的量，并且所述下料速率典型地表示为每单位时间添加至槽的氧化铝的平均体积或者质量。

另外，电解槽通常在不中断电流的情况下进行各种管理操作，例如电解浴的添加或者取出、阳极的位置的改变、用新的阳极更换磨损的阳极，以及液态铝的适时取出。

阳极(10，10’)在氧化铝电解还原为铝的过程中被消耗。阳极的逐渐消耗要求用新的阳极更换磨损的阳极。阳极更换操作典型地包括：打破磨损阳极周围的保护层(9)，从所述槽中移除磨损的阳极，以及在所述槽中插入更换的阳极。通过将包含氧化铝的粉末材料添加在更换的阳极上或者添加在更换的阳极周围来恢复保护层(9)，结束所述阳极更换操作。

从槽中取出液态铝也是在电解槽上执行的正常管理操作的一部分。所述取出液态铝，是典型地通过使用虹吸管以及罐来使液态铝流出而完成。更精确地，装备有导管的罐靠近电解槽放置，所述导管的自由端被浸入液态铝的液层(8)，并且液态铝被从槽中吸出且通过导管被传送至罐。

在某些扰动性管理操作中，例如在阳极更换操作、保护层的恢复操作或者金属出液操作，以及由上述这些操作所引发的后续操作中，电解槽的下料需求明显减少。确实，扰动性管理操作使得一部分固态铝从保护层(9)掉进了电解浴(7)中。在将这种过量的氧化铝引入电解浴之后，暂时降低了槽对氧化铝的需求。申请人注意到这些过量的氧化铝是重要的，它们对电解槽的功能造成了显著的影响，因此尽力量化这些干扰现象。具体地，申请人记录了多个槽的表观需求，且观察到它们遵循以时间t为函数的典型曲线，例如图3中示出了其中的一条曲线。该图示出了在磨损的阳极的更换(AC)之后、在新的阳极周围的保护层的恢复(LR)之后以及液态铝从槽的出液(MT)之后，不久，表观下料需求AN的减少。图3进一步示出了在这些扰动性管理操作之后，表观下料需求逐渐地趋向于正常的下料速率AN_o，这意味着在扰动性管理操作中所添加至槽的多余的氧化铝被逐渐地消耗，并且槽的需求也逐渐地恢复为正常的下料需求。

根据本发明，在电解槽中生产铝的方法，包括识别在槽(1)上进行的可为电解浴(7)中引入多余的氧化铝的扰动性管理操作。

为了控制电解浴(7)中的氧化铝浓度，根据本发明的生产铝的方法包括设立一系列持续时间为T的控制周期。优选地控制周期的持续时间T对所有周期都相同，从而简化该方法的实施。持续时间T优选地在1s至300s之间，并且典型地在10s至100s之间。

氧化铝在每一控制周期中以为每一控制周期所指定的一下料速率SR被添加。更精确地，通过使用在前面k个控制周期中的至少一个，即，在先于后控制周期k’前面的控制周期k’-1，k’-2，k’-3，……中的至少一个控制周期中所收集的信息和/或所得到的测量值，确定后控制周期k’的下料速率SR(k’)。

后控制周期k’通常是紧随前控制周期k的控制周期，即k’＝k+1。一旦后控制周期结束，后控制周期k’通常变为调控过程的下一步骤的前控制周期k。

当通过使用点式下料机设备(20)来向槽供应氧化铝时，该方法典型地包括通过每一下料机设备(20)在连续的时间间隔δt中致动传送一量为Q_o的氧化铝(从而在每一时间间隔δt中传送总量为Q＝N×Q_o的氧化铝至所述槽，其中N是所述槽中的点式下料机设备(20)的数目)，从而产生等于所述指定下料速率SR(k’)的有效下料速率(等于N ×Q_o/δt)。点式下料机设备(20)在单脉冲中典型地提供总量为Q_o的氧化铝。所述N个下料机设备(20)在每一时间间隔δt中可被同时或者交替或者相继地致动，只要它们在每一时间间隔δt中全部被致动。所述时间间隔δt典型地在10s至200s之间。氧化铝的量Q_o典型地在0.5kg至5kg之间，并且优选地在1kg至2kg之间。典型地，所述在后控制周期k’中将要使用的时间间隔δt被设置为等于N×Q_o/SR(k’)。

申请人已经发现氧化铝的量Q_o不必是一精确的值或者精确地可重复的值，因为本发明的方法自动地使下料适应由点式下料机所传送的氧化铝的实际量。该方法的容差使得适当地调整电解槽的下料成为可能，即使当量Q_o未被精确地已知或者不是常数值时，例如当由下料机传送的氧化铝的精确的体积或者重量未知，或者当氧化铝粉的密度随时间改变时。因此，尽管量Q_o通常是一指定量，但是它还可以是一标称量。有利地，在稍后的示例中，本发明的方法包括直接地调整在后控制周期k’中将要使用的时间间隔δt的持续时间。换句话说，在稍后的示例中，下料速率被有利地表示为按照每单位时间的脉冲而非每单位时间的量(质量或者体积)，如同所述标称量Q_o是一个常数并且是一精确已知的参数，以及该方法不考虑指定下料速率SR(k’)的确定，并且将调整方案直接地应用至时间间隔δt的持续时间。

调控方法优选地考虑电解浴实际的氧化铝浓度。由于氧化铝浓度不能轻易地直接被测量，所以大多数工业方法依赖在槽上得到的电气参数EP的测量值来间接地估计浓度并对其进行控制。根据本发明的方法依赖槽的电气参数EP，所述槽的电气参数EP对电解浴(7)中的氧化铝浓度敏感并且可被同样地用于监控该氧化铝浓度。因此，根据本发明的方法包括选择对电解浴(7)中的氧化铝浓度敏感的电气参数EP。

电气参数EP典型地是槽两端的电压降U或者槽的电气电阻R。电压降U典型地在阳极束(12，12’)或连接至其的导体和阴极布置(5)的集电棒(6)或连接至其的导体之间测量。作为一种可能的替代，在其中循环的电流I也被确定或被测量，并且电气电阻R通过使用电压降U和电流强度I之间的具体关系来计算。所述电气电阻有利地由下列关系式给出：R＝(U-E)/I，其中E是反电动势(e.m.f.)。电流强度I可在每一周期k中被测量或者确定。所述反电动势E典型地被设置为等于1.5V和1.9V之间的值。已经证明，对于阳极(10，10’)和液态铝的液层(8)之间的一给定的距离，电压降U或者电气电阻R是电解浴(7)中的实际的氧化铝浓度的函数。当浓度的重量百分比在约1％和约3％之间时，该函数快速下降，在重量百分比约为3.5％时下降到最小值，然后再缓慢上升至约重量百分比3.5％以上。

在每一控制周期中，电气参数EP至少被测量一次；在至少一个前控制周期k中，确定电气参数EP的变化率P(k)。所述变化率P(k)通过使用至少在控制周期k中得到的电气参数EP的测量值确定，所述控制周期k在后控制周期k’稍前，即控制周期k＝k’-1。典型地，变化率P(k)通过使用指定数目N_m个控制周期中得到的电气参数EP的测量值来确定，所述控制周期在后控制周期k’稍前，即控制周期k’-1，k’-2，…，k’-N_m，其中N_m典型地在1至60之间，包括1和60。控制周期的指定数目N_m通常被选择为使得它包含典型地为5分钟至60分钟之间的一段时间。

为了考虑到管理操作的影响，本发明的方法进一步包括注意槽(1)上的扰动性管理操作的性能。更精确地，本方法包括注意控制周期k_p，在此控制周期k_p期间，认为启动了槽(1)上的任一扰动性管理操作。

根据本发明，在每一随后的周期k’中以被设置为等于M(k’)×B(k’)的指定下料速率SR(k’)添加氧化铝，其中B(k’)是对应于稳态下料速率的调控下料速率，即一种不存在扰动性操作时的合适的下料速率，且M(k’)是补偿由所选择的管理操作所引起的对槽的扰动的调整因数。调整因数M(k’)使得能够区别和考虑基本上稳定的情况和扰动性情况，在所述基本上稳定的情况下，很长时间未发生扰动性管理操作；在所述扰动性情况下，最近的扰动性管理操作已经向槽中添加了过量的氧化铝，例如阳极更换操作、恢复保护层操作或者金属出液操作，这些操作经常向电解浴中引入大量的氧化铝。所述阳极更换操作包括打破磨损的阳极周围的保护层、移除磨损的阳极以及插入更换的阳极。在更换阳极之后，在更换的阳极周围的保护层被重新恢复。

对于每一随后的控制周期k’都确定调控下料速率B(k’)和调整因数M(k’)。

为了精确地控制电解浴(7)中的氧化铝浓度，调控下料速率B(k’)在对应于槽的欠下料时的慢下料速率和对应于槽的过下料时的快下料速率之间交替。更精确地，本发明的方法包括选择至少一个慢下料速率B_s和一个快下料速率B_f，并且当满足过下料标准时将调控下料速率B(k’)设置为等于快下料速率B_f，以及当满足欠下料标准时将调控下料速率B(k’)设置为等于慢下料速率B_s，由此来确定后控制周期k’的调控下料速率B(k’)。典型地，所述慢下料速率B_s被设置为一个值，该值低于电池的氧化铝的基本消耗率的10％至50％，更典型20％至35％，并且更优选地20％至30％，包括端值；而快下料速率B_f被设置为一个值，该值高于电池的氧化铝的基本消耗率的10％至50％，更典型地20％至35％，并且更优选地20％至30％，包括端值。所述槽的氧化铝的基本消耗率通常被设置为等于槽的实际需求，其典型地通过记录在至少一个指定的时间段中添加至槽的氧化铝的总量Qt以及计算对应的平均或者中间速率(即，每单位时间氧化铝的量)来确定。

根据本发明的下料速率的调整，使得能够在保持调控下料速率B(k’)在至少慢下料速率和快下料速率之间交替时，修正所述调控下料速率B(k’)使其更好地对应于槽的实际需求。申请人已经观察到，由于全力地对电解浴中的氧化铝浓度进行严格控制，在欠下料阶段期间尤为如此，这种方法保证了槽的有效下料速率的精确控制并且有效地降低了阳极效应的发生率。

本发明的方法典型地包括通过将第一控制周期的调控下料速率B(1)设置为等于B_s来启动一系列控制周期。

有利地，该方法包括：

确定基本下料速率B_o；

选择至少一个小于1的慢下料速率系数K_s(即，K_s＜1)并且设置慢下料速率B_s等于B_o×K_s；

选择一个大于1的快下料速率系数K_f(即，K_f＞1)并且设置快下料速率B_f等于B_o×K_f。

慢下料速率系数K_s典型地在0.5至0.9之间，更典型地在0.65至0.8之间，并且更优选地在0.7至0.8之间，包括端值。快下料速率系数K_f典型地在1.1至1.5之间，更典型地在1.2至1.35之间，并且更优选地在1.2至1.3之间，包括端值。

正常地，当所述调控下料速率B(k’)大于B_o时，其对应于槽的过下料情况；以及，当所述调控下料速率B(k’)小于B_o时，其对应于槽的欠下料情况。下料速率系数K以及调控下料速率B(k’)通常至少在欠下料阶段(ph1)和过下料阶段(ph2)之间交替，在所述欠下料阶段(ph1)中，下料速率系数K等于慢下料速率系数K_s(并且在此阶段中，所述调控下料速率B(k’)等于慢下料速率B_s)，以及在所述过下料阶段(ph2)中，下料速率系数K等于快下料速率系数K_f(并且在此阶段中，所述调控下料速率B(k’)等于快下料速率B_f)。包括在上述阶段中的控制周期的数目未被预确定：因为它是由所决定方案的应用产生的。

当使用点式下料机以及直接调整时间间隔δt的持续时间而不调整下料速率时，即，当下料速率以每单位时间的脉冲表示时，慢下料时间间隔δt_s、快下料时间间隔δt_f以及基本下料时间间隔δt_o可分别替代慢下料速率B_s、快下料速率B_f以及基本下料速率B_o。

图4示出了本发明的一种可能的实施方案。根据本实施方案，指定连续的时间间隔δt，且在每一指定的时间间隔δt内由每一下料机设备(20)添加量为Q_o的氧化铝，从而产生一个等于N×Q_o/δt的有效下料速率(图4(A))。方便地，该方法包括设置参考时间间隔δt_o以及设置等于δt_o/K的实际时间间隔δt，其中K是时间调整系数(图4(B))。参考时间间隔δt_o典型地在10秒至200秒之间。所述时间调整系数K对应于被选择用来计算调控下料速率B(k’)的下料速率系数。

如图4(A)、图4(B)和图4(C)所示，调控下料速率在慢下料速率δt＝δt_o/K_s(对应于B(k’)＝B_o×K_s)和快下料速率δt＝δt_o/K_f(对应于B(k’)＝B_o×K_f)之间交替，其中B_o＝N×Q_o/δt_o。如图4(C)所示，这种可能的实施方案生成一系列调整循环RC_i，每一循环包括第一阶段ph1和第二阶段ph2，并且每一阶段包括至少一个控制周期(在图4(C)示出的实例中，每一阶段都包括三个控制周期)。调整循环的总持续时间RT_i由调整过程计算得到。

有利地，调控下料速率系数或者时间调整系数K从有限数目的值中选择。例如，调控下料速率系数K有利地从包括至少一个慢下料速率系数K_s(K_s＜1)以及至少一个快下料速率系数K_f(K_f＞1)的组中选择。

基本下料速率B_o优选地等于一个可使用法拉第定律确定的槽的需求的估计值(假定B_o大约等于1.06×I×电流效率(kg氧化铝/分钟)，其中电流强度I规定为100kA)。基本下料速率B_o可以是一个常数值。然而，优选地，基本下料速率B_o被调整，以便基本上等于对应于槽的实际需求的值，该槽的实际需求在近期未发生扰乱性管理操作时优选地被估计。下面描述调整所述基本下料速率B_o的过程。申请人注意到基本下料速率B_o的调整使得能够进一步改进氧化铝的控制，由此进一步降低发生阳极效应的数目。

当时间间隔δt而非下料速率被直接地调整时，所调整的基本下料时间间隔δt_o可由调整的基本下料速率B_o使用关系式δt_o＝N×Q_o/B_o确定，其中Q_o是由每一点式下料机提供的氧化铝的标称量Q_o。

优选地，本发明的方法包括：选择指定数目N_d个控制周期；当在给定的后控制周期k’之前的小于指定数目N_d个控制周期未启动扰动性管理操作时，则根据第一方案确定基本下料速率B_o；以及，当在给定的后控制周期k’之前的小于指定数目N_d个控制周期启动了任意一个扰动性管理操作时，则根据第二方案确定基本下料速率B_o。

根据本发明的有利的实施方案，在控制周期k_p中启动了槽(1)上的任一扰动性管理操作，在该控制周期k_p后的指定数目N_d个控制周期中，所述基本下料速率B_o被设置为等于常数值β_o。换句话说，在被认为持续了N_d×T的控制周期的扰动周期中，基本下料速率B_o被设置为等于常数值β_o。本实施方案旨在避免在扰动性管理操作启动之后的扰动时间间隔中的调控下料速率B(k’)的基本偏移。常数值β_o典型地被设置为等于值B_o，所述值B_o被确定用在控制周期k_p中。

调整过程可以记录槽的实际需求。典型地，通过记录在至少一个持续时间为D的参考周期A中添加至槽的氧化铝的总量Qt，以及通过将基本下料速率B_o设置为等于Qt/D或者Qt/D的平均值或者中间值，来确定所述基本下料速率B_o。优选地在调整过程的静态周期中选择所述参考周期A，从而避免扰动性管理操作对槽需求的估计造成的影响。

根据调整基本下料速率的另一过程，计算至少一个参考周期A的有效的下料速率B，以及基本下料速率B_o被设置为等于为一个或多个参考周期A所获得的有效的下料速率B的修匀值β。

在下面所描述的用于比较测试的有利的实施方案中，本发明的方法包括：

选择指定数目N_a个参考周期A_j，其中在任一所述参考周期A_j之前的小于指定数目N_d个控制周期的至少一段时间内未启动所述扰动性管理操作；

确定每一参考周期A_j的持续时间D_j；

确定在每一参考周期A_j中所添加至所述槽(1)的氧化铝的总量Q_j；

通过关系式B_j＝Q_j/D_j来计算每一参考周期A_j的有效的下料速率B_j；以及

将基本下料速率B_o设置为等于为每一参考周期A_j所获得的有效的下料速率B_j的修匀值β。

如此计算出的基本下料速率B_o典型地用于在指定数目N_a个参考周期A_j稍后的整个参考周期中。

参考周期A_j典型地对应于包括在欠下料阶段(ph1)的末端和随后的欠下料阶段(ph1’)的末端之间的控制周期，如图4(C)所示。

控制周期的指定数目N_d等于T_op/T，其中T_op是任一种扰动性管理操作在其中产生后续影响的持续时间。持续时间T_op典型地在3小时至12小时之间。持续时间T_op通常通过测量所确定。扰动性管理操作的持续时间远远短于它们所产生的后续影响的持续时间，即，与扰动性管理操作所产生的后续影响的持续时间相比，在所述扰动性管理操作被启动后不久，所述扰动性管理操作就完成了。

所述指定数目N_a个参考周期A_j典型地对应于在后控制周期k’稍前的完整的参考周期A_j。图5(A)示出了这样一种示例，其中所述参考周期A_j的指定数目N_a等于6，且形成了一个用于计算有效的下料速率B_j的修匀值β的连续的参考周期组G，即参考周期A_-1至A_-6。包括后控制周期k’的参考周期A_o不是该组的一部分。

当指定数目N_a个参考周期A_j与管理操作(PO)重叠，或者在任一参考周期A_j之前，其中至少一个扰动性管理操作(PO)已被启动的一段时间小于指定数目N_d个控制周期时，则对应的参考周期A_j不被计算在内，并且优选地被恰好在所述扰动性管理操作的启动之前的对应数目的参考周期A_j所替代。图5(B)示出了这样一个示例，其中参考周期A_j的指定数目N_a等于6，并且为了计算有效的下料速率B_j的修匀值β，将参考周期A_j分为两个连续的参考周期组(G1和G2)：组G1，包括参考周期A_-1、A_-2和A_-3；组G2，包括参考周期A_-23、A_-24和A_-25。所述两个组被管理操作(PO)和对应的持续了N_d个控制周期的扰动周期分开。所述与扰动周期重叠的参考周期A_-4，…，A_-22不被考虑到有效的下料速率B_j的修匀值β的计算中。包括后控制周期k’的参考周期A_o不是该组的一部分。

为了考虑到循环通过所述槽的电流强度I的可能变化，本发明的方法有利地包括：在每一参考周期A_j中确定强度I的平均值<I>，以及使用关系式B_j＝(<I>/I_o)×(Q_j/D_j)来计算每一参考周期A_j的有效的下料速率B_j，其中I_o是参考电流强度。

所述修匀值β典型地是为每一参考周期A_j所获得的有效的下料速率B_j的平均值或者中间值。例如，在平均值的示例中，将要被使用的基本下料速率B_o被设置为等于：β＝(B₁+B₂+…+B_Na)/N_a＝(Q₁/D₁+Q₂/D₂+…+Q_Na/D_Na)/N_a，其中B₁＝Q₁/D₁是j＝1的有效的下料速率，B₂＝Q₂/D₂是j＝2的有效的下料速率，……，以及B_Na＝Q_Na/D_Na是j＝N_a的有效的下料速率。例如，在中间值的示例中，B_j的值以增值数列被分类和布置：如果参考周期A_j的指定数目N_a是奇数，则基本下料速率B_o可被设置为等于数列中(N_a+1)/2位置处的B_j的值(小于B_o的B_j值的数目则等于大于B_o的B_j值的数目)；如果参考周期A_j的指定数目N_a是偶数，则基本下料速率B_o可被设置为等于N_a/2位置处的B_j值和(N_a/2)+1位置处的B_j值的代数平均，即在数列的中间处的B_j的两个连续值的平均值。参考周期A_j的指定数目N_a大于或者等于1，并且优选地从3至30，典型地从4至12，包括端值。

在本发明的有利的变体中，该方法进一步包括在第一补充数目N’_a个参考周期A_j中计算为每一参考周期A_j所获得的有效的下料速率B_j的第一补充修匀值β’，其中N’_a＞N_a。在基本下料速率B_o所允许的值的安全范围内，第一补充修匀值β’有利地用作参考值。更精确地，该方法有利地包括：

确定在第一补充数目N’_a个参考周期A_j中为每一参考周期A_j所获得的有效的下料速率B_j的第一补充修匀值β’；

为安全范围选择第一半宽度W_max和第二半宽度W_min；

如果所获得的B_o值大于β’+W_max，则将基本下料速率B_o设置为等于β’+W_max；

如果所获得的B_o值小于β’-W_min，则将基本下料速率B_o设置为等于β’-W_min。

优选地，参考周期A_j的第一补充数目N’_a非常大，典型地在1000到5000之间，从而提供槽的需求的长期估计。然后第一补充修匀值β’和参考周期A_j的第一补充数目N’_a可分别用作长期修匀值β’和参考周期A_j的长期数目N’_a。

第一半宽度W_max典型地在第一补充修匀值β’的0％至15％之间，并且更典型地在5％至12％之间，而第二半宽度W_min典型地在第一补充修匀值β’的0％至15％之间，并且更典型地在5％至12％之间，同一时间所述0％值仅被用于所述半宽度的其中之一。

在本发明的另一有利的变体中，该方法进一步包括：

选择第二补充数目N”_a个参考周期A_j；

为下料速率选择标准的偏移偏差ΔB；

确定每一参考周期A_j的持续时间D_j；

在每一参考周期A_j中，确定添加至所述槽(1)的氧化铝的总量Q_j；

用关系式B_j＝Q_j/D_j计算每一参考周期A_j有效的下料速率B_j；

使用后控制周期k’稍前的N”_a个参考周期A_j来计算第二补充修匀值β”；

如果第二补充修匀值β”和乘积B_o×M(k’)之间的差值大于标准的偏移偏差ΔB，即如果β”-B_oM(k’)＞ΔB，则宣布存在下料异常。

参考周期A_j的第二补充数目N”_a优选地在1至5之间，包括端值。然后第二补充修匀值β”和参考周期A_j的第二补充数目N”_a可分别用作短期修匀值β”和参考周期A_j的短期数目N”_a。

第二补充修匀值β”典型地是为每一参考周期A_j所获得的有效的下料速率B_j的平均值或者中间值。因此，第二补充修匀值β”可以使用与修匀值β相同的算法来计算。然而，所述第二补充修匀值β”的计算可包括：与管理操作重叠的参考周期A_j；或者在任一参考周期A_j之前，其中至少一个扰动性管理操作已被启动的小于指定数目N_d个控制周期的一段时间。换句话说，与修匀值β的计算相比较，第二补充修匀值β”的计算不排除扰动周期。

优选地，当下料被宣布为异常时，该方法包括旨在消除引起异常行为原因的修正措施。典型地，该方法包括使用所计算的指定下料速率SR(k’)来为所述槽下料，所述下料速率SR(k’)可被设置等于第二补充修匀值β”或者一些其他合适的值，并且检查所述槽以确定产生异常行为的原因。

通过能够识别槽的异常下料行为以及消除该异常的来源，发现本变体可进一步限制阳极效应的发生。典型地，这种异常行为是由点式下料机发生故障或者保护层(9)中的下料开口(13)的堵塞所造成的。

标准的偏移偏差ΔB典型地在乘积B_o×M(k’)的5％至30％之间，并且更典型地在10％至15％之间。

欠下料标准典型地基于时间。方便地，已经逝去的时间由从快下料速率B_f开始后已经完成的控制周期的数目N_f给定。更精确地，本发明的方法包括：计算从调控下料速率B(k’)最后被设置为等于B_f开始后所逝去的控制周期的数目N_f，以及如果N_f×T大于指定的过下料的时间段T_f时，设置调控下料速率B(k’)等于B_s。根据该实施方案，对于一个指定的过下料时间段T_f，调控下料速率B(k’)被保持等于快下料速率B_f；以及，当指定的过下料时间段T_f已经逝去时，则将调控下料速率B(k’)设置为等于慢下料速率B_s。所述指定的过下料时间段T_f典型地在10分钟至60分钟之间。

过下料标准基于至少一个电气参数EP。根据本发明，当变化率P(k)超出参考变化值P_o时，调控下料速率B(k’)被设置为等于快下料速率B_f。换句话说，只要电气参数EP的变化率P(k)小于参考变化值P_o，则调控下料速率B(k’)就被保持等于慢下料速率B_s，以及当电气参数EP的变化率P(k)达到或者超出参考变化值P_o时，则将调控下料速率B(k’)设置等于快下料速率B_f。变化率P(k)对应于斜率。如果电气参数EP被表示为槽的电阻，则参考变化值P_o典型地在10pΩ/s至200pΩ/s之间；当电气参数EP被表示为槽的电压时，参考变化值P_o典型地在5μV/s至50μV/s之间，更典型地在10μV/s至30μV/s之间。

根据本发明的有利的变体，该方法进一步包括：

选择一个临界持续时间D_c；

记录从所述调控下料速率B(k’)最后被设置为等于慢下料速率B_s开始后已经逝去的时间T_sf；

如果T_sf大于D_c并且如果电气参数EP的变换率P(k)仍小于参考变化值P_o，则至少一次将调控下料速率B(k’)设置为小于慢下料速率B_s的减小的值B_c。

临界持续时间D_c典型地在15min至60min之间。所述减小的值B_c典型地为B_s的1％至10％，包括端值。

这一变化能够使调整循环RC_i的持续时间保持在一个可接受的范围内，且避免其较大的波动。

在该变体的优选的实施方案中，小于慢下料速率B_s的值B_c随时间逐渐减少，典型地是以线性的或者以梯状的方式。例如，一种根据本变体的方法可有利地包括：

选择临界持续时间D_c；

选择增量持续时间D’_c；

选择增量的欠下料参数ΔB_s；

记录从调控下料速率B(k’)最后被设置为等于慢下料速率B_s开始后所逝去的时间T_sf；

如果T_sf大于D_c+N_c×D’_c并且小于D_c+(N_c+1)×D’_c，并且如果电气参数EP的变化率P(k)仍小于参考变化值P_o，则将调控下料速率B(k’)设置为等于B_s-(N_c+1)×ΔB_s，其中N_c是任何大于或者等于零的整数。

所述增量持续时间D’_c典型地在5min至10min之间，包括端值。所述增量的欠下料参数ΔB_s典型地在B_s的1％至3％之间，包括端值。

该实施方案进一步有利于调整循环RC_i的持续时间的缩短。

如图6(A)所示出的，该实施方案使得调控下料速率B(k’)的以一个等于ΔB_s的增量减少值的梯状减少。在该实例中，如图6(B)和图6(C)进一步示出的，当从换成慢下料速率B_s开始后所逝去的时间超出临界持续时间D_c时，电气参数EP的变化率P(k)没有超出参考变化值P_o。然后调控下料速率B(k’)被设置为等于B_s-ΔB_s。由于当等于增量持续时间D’_c的又一时间逝去时，电气参数EP的变化率P(k)仍未超出参考变化值P_o，则调控下料速率B(k’)被设置为等于B_s-2×ΔB_s的值。由于在等于增量持续时间D’_c的又一时间逝去之前，电气参数EP的变化率P(k)已经超出了参考变化值P_o，所以调控下料速率B(k’)在出现交叉点的控制周期末端被换成快下料速率B_f。

优选地，调控下料速率B(k’)的减少值被限制为一个典型地在B_s的88％至95％之间的安全的最小值B_min。

临界持续时间D_c和增量持续时间D’_c可以分别使用关系式N_dc＝D_c/T和N’_dc＝D’_c/T，按照控制周期的数目N_dc和N’_dc来表示。

调整因数M(k’)被选择为使得尽管由于扰动性管理操作，过多的氧化铝被添加至槽(1)，但是氧化铝的总的供应量仍以一基本恒定的方式被提供给槽。因此，在执行扰动性管理操作中或之后，指定下料速率SR(k’)减少，直至过多的氧化铝基本上被槽(1)所消耗。尽管发生了扰动性管理操作，但最终结果是保持稳定且接近被选择用于调控的有效的欠下料情况。

对于阳极更换操作以及保护层的恢复，调整因数M(k’)典型地在0.80至0.95之间，包括端值；对于金属出液操作，调整因数M(k’)典型地在0.90至1.00之间，包括端值，并且当不考虑扰动性管理操作时，方便地等于1。因此，所述调整生成了与所选择的慢下料速率和快下料速率(B_s和B_f)相比降低的有效的慢下料速率和快下料速率，所述降低典型地小于或者等于20％。这种交替的下料速率的预确定以及适度的调整能够缩短参考周期A_j的持续时间，并且能够限制由于添加的氧化铝的量的波动而对电解浴温度造成的干扰。

原则上，本发明的方法为每一连续的扰动性管理操作生成一个指定的调整因数M_g(k’)。因此，调整因数M(k’)可以是指定的调整因数M_g(k’)的组合。为了考虑有限数目的之前的扰动性管理操作，以及由此避免堆积越来越多数目的修正时期，任何扰动性管理操作的指定调整因数M_g(k’)优选地在持续时间中是有限的。更精确地，只考虑在后控制周期k’之前的小于N_g个控制周期被启动的扰动性管理操作，其中N_g是槽上执行的每一扰动性管理操作在其中产生后续影响的周期的阈值数目。在后控制周期k’之前的N_g个控制周期对应于先于控制周期k’的周期k’-N_g至k’-1＝k。当在后控制周期k’前的小于阈值数目N_g个控制周期未启动扰动性管理操作，则调整因数M(k’)优选地被设置为等于常数值M_o。换句话说，每一指定函数M_g(k’)是在开始的周期k_g和最后的周期k_g+N_g之间的k’的预确定函数，并且更优选地在其他的任一周期等于M_o。以这种方式，在其阈值数目N_g个周期之前执行的扰动性管理操作不再考虑，因为它们的影响基本上消失了。

周期的阈值数目N_g典型地使得：对于阳极更换操作，N_g×T在2h(小时)至10h之间；对于保护层的恢复，N_g×T在2h至10h之间；对于金属出液操作，N_g×T在1h至6h之间。因而，周期的阈值数目N_g被设置为一个值，该值等于其中采用了下料速率的调整那些周期的数目。周期的阈值数目N_g典型地等于控制周期的指定数目N_d。

当在后控制周期k’之前的小于N_g个控制周期未启动扰动性管理操作时，使用常数值M_o简化了根据本发明的方法的实施。常数值M_o典型地等于1，使得当扰动性管理操作的影响基本上消失时，指定下料速率SR(k’)等于调控下料速率B(k’)。

调整因数M(k’)有利地等于对应于最近的扰动性管理操作的指定函数M_g(k’)。换句话说，用对应于最近的扰动性管理操作的调整因数M_g(k’)取代之前的一个。该实施方案简化了本发明的实施方式，并且已经发现在大多示例中都是满足要求的。

通常以统计的方式，典型地通过监控在启动扰动性管理操作后所引发的给定槽的表观消耗率来预确定指定函数M_g(k’)。所述表观消耗率在扰动性管理操作之后的几个小时中典型地是时间的强有力的变化函数。申请人已经注意到，表观消耗率遵循基本可重复的时间函数，可以有效地使用简化的平均曲线来表示本发明的方法中的这些函数。所述指定函数M_g(k’)可有利地通过如下方式被预确定：通过运行所述槽(1)以及与此相似的槽；通过将所述槽的最终需求Q(t)记录为时间的函数(在所选择的扰动性管理操作之前或者之后)；以及，通过将M_g(k’)设置为等于使在扰动性管理操作的执行中或者之后基本上匹配最终需求Q(t)的数学函数。所述指定函数M_g(k’)典型地是k’的强有力的变化函数。

申请人已经发现所测量的指定函数M_g(k’)可以有利地被预设置的数学函数F_g(k’)所代替，并且仍获得基本上与对氧化铝的控制相同的改进。为了简化本发明的实现，所述预设置的数学函数F_g(k’)可包含一个或多个线性部分。

具体地，发现下列数学函数F_g(k’)是有效的：

F_g(k′)＝M_o其中k′＜k_p；

F_g(k′)＝M_o×(F_o+(1-F_o)×(k′-k_p)/N_g)其中k_p≤k′≤k_p+N_g；

F_g(k′)＝M_o其中k′＞k_p+N_g；

其中F_o是常数。

该函数在图7示出，引起如下步骤：当在扰动性管理操作被认为启动的控制周期k_p时，达到最小值F_o×M_o；而在随后的N_g个控制周期中，线性地增加回至M_o。阳极更换操作的最小值F_o典型地在0.80和0.95之间选择。对于保护层的恢复，最小值F_o典型地在0.80和0.95之间选择，包括端值。对于金属出液操作，最小值F_o典型地在0.90至1.00之间选择，包括端值。

图8展示了当该方法旨在补偿由磨损的阳极的更换(AC)所引起的连续添加至电解浴(7)中的多余的氧化铝时可使用的典型的调整因数M(k’)，所述磨损的阳极的更换(AC)包括打破磨损的阳极周围的保护层(9)、通过在新的阳极上或者新的阳极周围添加包含氧化铝的粉末材料来恢复保护层(9)(LR)，以及来自所述槽的氧化铝的出液(MT)，所述槽的氧化铝的出液降低了电解浴的上表面并且由此弱化了一部分保护层(9)。

如图8所示，调整因数M(k’)通常限定一系列的下料模式，其包括：静态下料模式m_o，其中没有扰动性管理操作影响下料速率并且恒定值M_o被用于调整因数M(k’)；以及，扰动模式m_p，其中至少一个扰动性管理操作影响下料速率，并且通过指定函数M_g(k’)被考虑，所述指定函数M_g(k’)由数学函数F_g(k’)有利地替代。

在该实例中，在一系列扰动性管理操作之前，调整因数M(k’)等于M_o；当阳极更换操作被执行时，调整因数M(k’)在周期k₁被设置为等于第一函数F₁(k’)；当新的阳极周围的保护层恢复时，调整因数M(k’)在周期k₂被设置为等于第二函数F₂(k’)；当从F₂(k’)开始的N_g2个控制周期已经逝去时，调整因数M(k’)被设置为等于M_o；当液态铝从所述槽出液时，调整因数M(k’)被设置为等于第三函数F₃(k’)；当从F₃(k’)开始的N_g3个控制周期已经逝去时，调整因数M(k’)被设置回至M_o。第一函数F₁(k’)具有最小值M₁，第二函数F₂(k’)具有最小值M₂，以及第三函数F₃(k’)具有最小值M₃。在所述实例中，修正函数F₂(k’)和F₃(k’)在时间上很接近，以致当F₃(k’)被采用时F₂(k’)仍未回复至M_o，即k₃和k₂之间的控制周期的数目小于N_g1(k₃和k₂之间的时间差小于N_g1×T)。

根据本发明，通过使用调整因数M(k’)调整调控下料速率，这提供了下料速率的总体修正，其有效地考虑到通过所选择的扰动性管理操作所添加至槽的多余的氧化铝，而根据本发明的槽的调控下料速率的调整提供了下料速率的补充修正，其有效地考虑一系列槽中每一单个槽的实际需求。

测试例

比较测试例被运行以用于评估根据本发明的方法对铝电解槽的性能上的影响。当这些测试例使用一种最初包括对应于现有技术以及之后被修正以符合本发明的氧化铝下料过程的方法操作时，它们包括对指定的电解槽的观察报告以及对同样的电解槽的测量结果。

在所有的测试例中，该方法包括在至少慢下料速率B_s和快下料速率B_f之间的交替的下料速率。更精确地，如果槽的电气电阻的变化率P(k’)超出参考变化值P_o时，所述调控下料速率B(k’)被设置为等于快下料速率B_f；以及，当所述快下料速率B_f被应用了持续一指定的时间段时，所述调控下料速率B(k’)被设置为等于慢下料速率B_s。

所述槽最初根据使用慢下料速率B_s和快下料速率B_f之间的交替下料速率而没有对调控下料速率B(k’)的任何调整的氧化铝调控方法操作。换句话说，指定下料速率SR(k’)等于在慢下料速率B_s和快下料速率B_f之间交替的、且没有任何调整因数的调控下料速率B(k’)。

此后，该方法被修改，以便包括根据本发明的下料速率的调整。更精确地，指定下料速率SR(k’)被设置为等于M(k’)×B(k’)，其中M(k’)是一预确定的调整因数，并且当一个或多个扰动性管理操作在先于控制周期k’的任一指定数目的控制周期中被启动时，M(k’)被设置为等于时间的预确定函数，否则M(k’)被设置为等于1。

在以下描述的测试例中，调整因数M(k’)与图7或图8中示出的相似。调整因数M(k’)对于所有槽来说都相同。M_o被设置等于1。控制周期的持续时间T等于15s(秒)。控制周期的阈值数目N_g被选择，从而对于阳极更换操作以及对于保护层的恢复，N_g×T＝6h(小时)；对于金属出液操作，N_g×T＝3h。对于阳极更换操作AC(即，M₁)以及保护层的恢复LR(即，M₂)，最小值M_o×F_o(＝M₁、M₂或者M₃)被设置为等于0.91；对于金属出液操作MT(即，M₃)，最小值M_o×F_o(＝M₁、M₂或者M₃)被设置为等于0.98。

根据本发明，该方法进一步被修正，以便包括对基本下料速率B_o的调整。参考周期A_j的指定数目N_a等于6，且控制周期的指定数目N_d等于N_g。基本下料速率B_o被设置为：等于在控制周期k’之前的所选择的6个参考周期A_j的为每一个参考周期A_j所获得的有效的下料速率B_j的修匀值β。所述修匀值β是6个有效的下料速率B_j的中间值。如图5(A)所示，当参考周期中未发生扰动性管理操作时，所述6个参考周期A_j是连续的参考周期。如图5(B)所示，当所述参考周期与管理操作相重叠时，所述6个参考周期A_j被分割为两个连续的组。

测试例1

一系列被升压至约500kA的三个原型电解槽使用上文描述的方法运行两年。电流强度-电解浴重量的比率是62.5kA/ton。该槽装备有氧化铝下料机设备。

所述槽使用采用慢下料速率B_s和快下料速率B_f的标准的氧化铝下料调控方法来运行。所述慢下料速率约低于槽的平均需求的25％(即，K_s＝0.75)；以及，所述快下料速率约高于槽的平均需求的25％(即，K_f＝1.25)。

观察到的发生阳极效应的平均速率约为0.1次阳极效应/槽/天(AE/cell/day)。

然后所述氧化铝下料速率如上面详细描述的那样被修改，以便包括根据本发明的调整机制，同时保持慢下料速率约低于槽的平均需求的25％以及快下料速率约高于槽的平均需求的25％。调整机制考虑了阳极更换操作和金属出液操作的影响。

然后，发现发生阳极效应的平均速率急剧减少至0.01AE/cell/day以下的值。进一步地，结果表明在179天的时间间隔中没有发生任何阳极效应，其对应于发生阳极效应的速率等于0.006AE/cell/day。

测试例2

一组120个AP30电解槽根据使用慢下料速率B_s和快下料速率B_f的标准氧化铝下料调控方法来操作。所述槽装备有氧化铝下料机设备。慢下料速率约低于槽的平均需求的25％，以及快下料速率约高于槽的平均需求的25％。

电流强度为320kA。电流强度-电解浴重量的比率为50kA/ton。

然后氧化铝下料速率按照上面的详细描述被修改，以便包括根据本发明的调整机制，而将慢下料速率保持为约低于槽的平均需求的25％，以及将快下料速率保持为约高于槽的平均需求的25％。调整机制考虑了阳极更换操作和金属出液操作的影响。

在非扰动周期中和扰动周期中，每一槽的对应的有效的欠下料速率均被确定和记录。

这一测试例显示，槽和槽之间的有效的欠下料速率在非扰动周期中基本一致，而在扰动周期中则显著地变化。根据本发明的调整机制的实施显著地减少了扰动周期中的欠下料速率的平均变化(平均变化值从约12％至约6％)。

该测试例进一步表明该槽的氧化铝基本消耗——其在非扰动周期中被确定——在槽和槽之间显著地变化，以及根据本发明的调控下料速率B(k’)的调整机制使得考虑每一槽的指定需求成为可能。

测试例3

在铝生产工厂的一系列的AP30电解槽中，其中一组140个槽被选择用于持续几个月的试验。所述槽包括氧化铝下料机设备。所述在槽中循环的电流的平均强度约为355kA。所述电流强度-电解浴重量的比率为55kA/ton。

慢下料速率B_s约低于槽的平均需求的30％，以及快下料速率B_f约高于槽的平均需求的30％。应用快下料速率B_f的指定时间段等于1500s。电气电阻参数EP被表示为槽的电阻，以及参考的变化值P_o被设置等于63pΩ/s。

所述槽最初根据使用在慢下料速率B_s和快下料速率B_f之间的交替下料速率且没有任何调控下料速率B(k’)的调整的氧化铝下料调控方法来操作。

然后该组140个槽被分割为第一子组和第二子组。每一子组包括70个槽。所述第一子组的槽与第二子组的槽相互交叉放置，从而使这两个子组基本上相同(更精确地，每个第二槽被分配至第二子组)。

所述第一子组的调控方法保持不变。

所述第二子组的调控方法被修改，以便包括根据上面所详细描述的本发明的下料速率的调整。

在对第二子组的槽的调控方法修改之前以及之后的一段时间里，对于该组中的所有槽，随时间确定和记录：阳极效应的发生、电流强度、添加至槽的氧化铝的量、槽所生产的铝的量以及电流效率。在第二子组的槽中，在所述调控方法修改之前的时间段持续了约6个月(在下文中称为“第一时间段”)；而在第二子组的槽中，在所述调控方法修改之后并且完全地根据本发明进行实施时的时间段持续了约4个月(在下文中称为“第二时间段”)。

以统计方式来分析在调控方法的修改之前以及之后所述槽所获得的结果，从而减少额外扰动——例如，槽周围的环境温度的改变以及碳粉形成周期——的影响。该统计分析结果表明：

在第二时间段中第二子组的槽中所获得的阳极效应发生的平均速率比第一时间段中的全部初始组的阳极效应发生的平均速率低45％。在第二时间段中第二子组的槽中的平均电流效率比相同时间段中第一子组的槽中的平均电流效率高0.47％，且比第一时间段中的全部初始组的槽中的平均电流效率高0.43％。因此，根据本发明的调控方法的实施显著地降低了阳极效应的发生率，同时显著地增加了电流效率。

在第二子组的调控方法修改之前，平均有效的欠下料速率逐渐地从阳极变化不久之后的约低于所选择的慢下料速率B_s的7.5％(即，-22.5％)的最大值，变化至阳极变化之后的12个小时的约低于所采用的慢下料速率B_s的2％至3％的值，由于其他事件例如金属出液操作，具有数量级为1％的波动。因此，与低于槽的平均需求的30％的设定值相比，所述平均有效的欠下料速率相当于具有逐渐地从约25％(即，7.5％/30％)至约3％和10％(1％/30％和3％/30％)之间的偏差，在整个阳极变化循环中具有平均值8％。

在第二子组的调控方法修改之后，由于调控下料速率B(k’)的调整，修正值逐渐地从阳极变化不久之后的约低于所选择的慢下料速率B_s的6.5％(即，-23.5％)的最大值至阳极变化之后的10个小时的约低于所采用的慢下料速率B_s的0.5％至2％的值(即，在-28％和-29.5％之间)，具有小于0.5％的波动。与低于槽的平均需求的30％的设定值相比，修正值能够将偏差减少至小于7％的值(即，2％/30％)，在整个阳极变化循环中具有平均值2％。

在第二子组的调控方法修改之前，该子组中有效的欠下料速率的差额的标准偏差约等于2％。因此，95％的槽显示出有效的欠下料速率在第二子组的槽的平均有效的欠下料速率的±4％内。这相当于约±13％(即，±4％/30％)槽-槽的波动。

在所述第二子组的调控方法的修改之后，由于基本下料速率B_o的单独调整，第二子组中的每一槽的下料速率的修正使标准偏差值降低约0.9％，这相当于约±6％(即，±1.8％/30％)槽-槽的波动。

因此，调控下料速率B(k’)的调整所引起的修正在阳极变化之后对所有的槽起主导作用，同时基本下料速率B_o的单独调整所引起的修正能够减少偶然出现不正常现象的槽的数目。

参考数字

1         槽

2         容器

3         壳

4，4’    耐火材料

5         阴极布置

6         集电棒

7         电解浴

8         液态铝的液层

9         保护层

10，10’  阳极

11，11’  阳极杆

12，12’  阳极束

13        开口

20        下料机设备

30        料斗

31        储存器

32        溜槽或斜槽

33        定量器

34        第一致动器

40        打壳机

41        凿

42        第二致动器

Claims (19)

1.一种在电解槽(1)中生产铝的方法，所述槽(1)包括容器(2)，多个阳极(10，10’)，以及至少一个能够向所述槽(1)中传送大量氧化铝粉的下料机设备(20)，所述槽(1)包括其中溶解有氧化铝的电解浴(7)，所述阳极(10，10’)和电解浴(7)被由包含氧化铝的粉末状材料制成的保护层(9)所覆盖，所述方法包括：

使具有强度I的电流循环通过所述槽(1)，以便还原所述氧化铝，从而生产液态铝(8)；

在所述槽(1)上执行管理操作；

为所述槽(1)选择对所述电解浴(7)中的氧化铝浓度敏感的电气参数EP；

设立一系列持续时间为T的控制周期；

在每一控制周期中测量所述电气参数EP；

在至少一个前控制周期k中确定所述电气参数EP的变化率P(k)；

选择至少一个慢下料速率B_s和一个快下料速率B_f；

确定后控制周期k’的调控下料速率B(k’)：如果所述变化率P(k)已超出参考变化值P_o，那么设置调控下料速率B(k’)等于所述快下料速率B_f，而当满足欠下料标准时则将调控下料速率B(k’)设置为等于慢下料速率B_s；

在所述后控制周期k’中，以指定下料速率SR(k’)增加氧化铝；

其中所述方法进一步包括：

识别能够为所述电解浴(7)中引入多余的氧化铝的槽(1)上的扰动性管理操作；

注意其中启动了所述槽(1)上的任一扰动性管理操作的控制周期k_p；

将所述指定下料速率SR(k’)设置为等于M(k’)×B(k’)，其中M(k’)是调整所述调控下料速率B(k’)的预确定的调整因数，从而考虑由所述多余的氧化铝所引起的所述槽的需求的减少。

2.根据权利要求1所述的生产铝的方法，其中所述扰动性管理操作选自：阳极更换操作、保护层的恢复操作以及金属出液操作。

3.根据权利要求1-2中任一所述的生产铝的方法，其中当在所述后控制周期k’之前的小于阈值数目N_g个控制周期未启动扰动性管理操作时，所述调整因数M(k’)等于常数值M_o。

4.根据权利要求1-3中任一所述的生产铝的方法，其中所述调整因数M(k’)等于对应于最近的所述扰动性管理操作的指定函数M_g(k’)。

5.根据权利要求4所述的生产铝的方法，其中所述指定函数M_g(k’)等于预设置的数学函数F_g(k’)，所述数学函数F_g(k’)被这样定义：F_g(k′)＝M_o其中k′＜k_p；F_g(k′)＝M_o×(F_o+(1-F_o)×(k′-k_p)/N_g)其中k_p≤k′≤k_p+N_g；并且F_g(k′)＝M_o其中k′＞k_p+N_g；其中F_o是常数。

6.根据权利要求1-5中任一所述的生产铝的方法，其中所述方法进一步包括：

确定基本下料速率B_o；

选择小于1的至少一个慢下料速率系数K_s，并且将慢下料速率B_s设置为等于B_o×K_s；

选择大于1的一个快下料速率系数K_f，并且将快下料速率B_f设置为等于B_o×K_f。

7.根据权利要求6所述的生产铝的方法，其中所述基本下料速率B_o等于所述槽的需求的估计值。

8.根据权利要求6-7中任一所述的生产铝的方法，其中在所述启动了所述槽(1)上的任一扰动性管理操作的控制周期k_p之后的指定数目N_d个控制周期中，所述基本下料速率B_o被设置为等于常数值β_o。

9.根据权利要求6-8中任一所述的生产铝的方法，其中所述方法包括：

选择指定数目N_a个参考周期A_j，其中在任一所述参考周期A_j之前的小于指定数目N_d个控制周期的至少一段时间内未启动所述扰动性管理操作；

确定每一参考周期A_j的持续时间D_j；

确定在每一所述参考周期A_j中所添加至所述槽(1)的氧化铝的总量Q_j；

用关系式B_j＝Q_j/D_j为每一参考周期A_j计算有效的下料速率B_j；以及

将所述基本下料速率B_o设置为等于为每一参考周期A_j所获得的所述有效下料速率B_j的修匀值β。

10.根据权利要求8-9中任一所述的生产铝的方法，其中所述控制周期的指定数目N_d等于T_op/T，其中T_op是任一所述扰动性管理操作在其中产生后续影响的持续时间。

11.根据权利要求9-10中任一所述的生产铝的方法，其中所述方法包括在每一参考周期A_j中确定所述强度I的平均值<I>，以及使用关系式B_j＝(<I>/I_o)×(Q_j/D_j)来计算每一参考周期A_j的所述有效下料速率B_j，其中I_o是参考电流强度。

12.根据权利要求9-11中任一所述的生产铝的方法，其中所述修匀值β是为每一参考周期A_j所获得的有效下料速率B_j的平均值或者中间值。

13.根据权利要求9-11中任一所述的生产铝的方法，其中所述方法进一步包括：

确定在第一补充数目N’_a个参考周期A_j中为每一参考周期A_j所获得的有效下料速率B_j的第一补充修匀值β’；

为安全范围选择第一半宽度W_max和第二半宽度W_min；

如果所获得的B_o值大于β’+W_max，则将基本下料速率B_o设置为等于β’+W_max；

如果所获得的B_o值小于β’-W_min，则将基本下料速率B_o设置为等于β’-W_min。

14.根据权利要求9-13中任一所述的生产铝的方法，其中所述方法进一步包括：

选择第二补充数目N”_a个参考周期A_j；

为下料速率选择标准的偏移偏差ΔB；

确定每一参考周期A_j的持续时间D_j；

在每一参考周期A_j中，确定添加至所述槽(1)的总量Q_j；

用关系式B_j＝Q_j/D_j计算每一参考周期A_j的有效下料速率B_j；

使用稍先于后控制周期k’的N”_a个参考周期A_j来计算第二补充修匀值β”；

如果第二补充修匀值β”和乘积B_o×M(k’)之间的差值大于标准的偏移偏差ΔB，则宣布存在下料异常。

15.根据权利要求1-14中任一所述的生产铝的方法，其中所述方法进一步包括：

选择一个临界持续时间D_c；

记录从所述调控下料速率B(k’)最后被设置为等于慢下料速率B_s开始后已经逝去的时间T_sf；

如果T_sf大于D_c并且如果电气参数EP的变换率P(k)仍小于参考变化值P_o，则至少一次将所述调控下料速率B(k’)设置为小于慢下料速率B_s的减小的值B_c。

16.根据权利要求1-15中任一所述的生产铝的方法，其中本发明的方法进一步包括：

计算从所述调控下料速率B(k)最后被设置为等于B_f开始后已经逝去的控制周期的数目N_f；以及

如果N_f×T大于指定的过下料时间段T_f，则将所述调控下料速率B(k’)设置为等于B_s。

17.根据权利要求1至16中任一所述的生产铝的方法，其中所述电气参数EP是所述槽(1)两端的电压降U或者是所述槽(1)的电气电阻R。

18.根据权利要求1-17中任一所述的生产铝的方法，其中所述槽包括N个点式下料机设备(20)，并且其中所述方法包括在连续时间间隔δt中致动每一点式下料机设备(20)传送量为Q_o的氧化铝，从而产生等于所述指定下料速率SR(k’)的有效下料速率。

19.根据权利要求18所述的生产铝的方法，其中在所述后控制周期k’中，所述每一时间间隔δt被设置为等于N×Q_o/SR(k’)。

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