CN102400182B - 一种控制铝电解槽内氧化铝浓度稳定均匀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制铝电解槽内氧化铝浓度稳定均匀的方法，该方法是首先，将氧化铝浓度控制目标设在低阻浓度区，通过两个主要的控制过程：长期的“按需下料”和短期的“浓度校验”来实现铝电解槽在时间上按需给料和在低阻浓度区的稳定运行；第二，对电解槽每一阳极进行电流分布的在线测量，根据每一下料点周围阳极的氧化铝消耗速度，调整各下料点的下料比例，实现氧化铝浓度在空间上的均匀分布。第三，改进的下料装置和下料方式减少了因下料口堆积而产生的氧化铝沉淀。本发明有利于铝电解槽的稳定、高效、低电压、低电耗、低排放的生产运行。

Description

一种控制铝电解槽内氧化铝浓度稳定均匀的方法

技术领域

本发明涉及铝电解领域，尤其涉及一种控制铝电解槽内氧化铝浓度稳定均匀的方法。

背景技术

在铝电解生产过程中，氧化铝浓度的控制极为重要。氧化铝浓度过低时容易引发阳极效应，带来电耗的增加、槽温的上升，温室气体排放量增加等等问题，但浓度过高又容易引发槽底氧化铝沉淀，造成电解槽的电压摆动、冷槽等不稳定状况。目前大型铝电解预焙槽对氧化铝浓度的控制主要依据氧化铝浓度-电阻控制曲线，氧化铝浓度的特征电阻曲线根据浓度从低到高被分为了几个浓度区：效应区、敏感区、不敏感区、高浓度区，电解槽控制系统均是根据槽内氧化铝浓度变化所反应出的槽电阻的变化来进行下料控制，采用低氧化铝浓度控制，将浓度主要控制在敏感区。控制系统的下料方式主要分为欠量下料、正常下料、过量下料、停止下料等分阶段进行，有的系统在每一下料方式又细分了几个微调方式，如欠量1、欠量2等欠量下料的周期又略有不同。控制系统通过以上下料方式周期性的循环往复运行实现对氧化铝浓度的控制。为了方便识别氧化铝浓度，当前各种控制系统对电解槽浓度的控制主要是将浓度控制在敏感区域，使浓度的变化在电阻变化上的反映比较敏感，从而实现对氧化铝浓度的识别和控制。所以目前的控制系统在是通过大量过量下料、欠量下料周期的切换将浓度控制在敏感区域，使槽内氧化铝浓度一般在1.5-3.5之间往复波动。由于电流分布的不均匀导致电解槽各处氧化铝消耗的不一致，以及从下料点到周围的浓度扩散梯度的存在，氧化铝浓度在槽内的分布不均匀。当前下料装置对应的炉底处很容易形成氧化铝的堆积，长期下来易形成槽内沉淀，影响电解槽的稳定性。当前控制系统对于电解槽存在的在槽内空间上的氧化铝浓度不均匀暂无解决措施。

随着国家节能减排政策的执行，高能耗的电解铝生产过程通过低电压运行实现降耗成为大势所趋，传统的控制系统将氧化铝浓度控制在敏感区的同时，也将电解槽控制在了相对的浓度对应的高电阻区，不利于槽电压的进一步降低；且大量的过量下料和欠量下料周期的不停切换使电解槽总是运行在周期性的波动状态中；当电解槽浓度波动到相对较低的时候，由于电解槽氧化铝浓度的不均匀性和不等消耗，会造成局部氧化铝浓度过低；当前的下料装置又易致在下料口形成的沉淀，这些都会对电解生产产生很多非常不利的影响。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，是提供一种控制铝电解槽内氧化铝浓度稳定均匀的方法。

一种控制铝电解槽内氧化铝浓度稳定均匀的方法，其特征在于，该方法将氧化铝浓度控制目标设在低阻浓度区，采用对铝电解槽在时间上按需给料空间上按需分配料量的控制方式对电解槽进行下料控制，同时改进下料装置和或下料方式，减少下料口堆积沉淀的产生，使电解槽氧化铝浓度长期稳定和均匀的运行在氧化铝浓度-电阻控制曲线的低阻区。

根据上述控制铝电解槽内氧化铝浓度稳定均匀的方法，其特征在于，时间上按需给料和稳定在氧化铝浓度-电阻控制曲线的低阻区运行，将氧化铝浓度控制目标设在低阻浓度区，结合两个主要的控制过程：长期的“按需下料” 和短期的“浓度校验”来实现，具体实现方式如下：

1)“按需下料”：是在低阻浓度区按预测的电解槽电流效率进行长期的按需下料，保证浓度稳定在低阻浓度区；

2)“浓度校验”：包括“浓度识别”、“效率预测”、“浓度校正”，短期的浓度校验是为了防止长期按需下料带来浓度的慢飘和对电流效率的预测修正，若出现浓度飘移则进行“浓度校正”的调整过程，将浓度调整回低阻浓度区，否则不必执行，“浓度校验”通过以下方式具体实现：

3)“浓度识别”，是当电解槽根据效率按需下料一个长周期后，对电解槽进行短期的停止下料或欠量下料和过量下料，根据电解槽电压电阻变化情况以及槽温、分子比数据来识别出氧化铝浓度；

4)“效率预测”是根据按需下料期运行中的浓度电阻变化情况、下料时间、以及校正过程识别的氧化铝浓度，对上期预估电流效率进行修正预测，供下一按需下料周期使用；

5)“浓度校正”，是根据识别的氧化铝浓度，在一段时间内通过过量下料、欠量下料或停止下料将飘移的氧化铝浓度恢复至氧化铝浓度-电阻控制曲线的低阻区。

根据上述控制铝电解槽内氧化铝浓度稳定均匀的方法，其特征在于，对电解槽空间上按需分配料量是对电解槽每一阳极进行等距压降的在线连续测量，获得阳极电流分布数据，在预估电流效率的基础上分别计算出槽内各阳极的氧化铝消耗速度，再根据每一下料点周围阳极的氧化铝消耗情况，调整各下料点的下料量分配比例，通过各下料点的非均匀下料，满足阳极的不均匀消耗，来实现浓度的均匀分布。

根据上述控制铝电解槽内氧化铝浓度稳定均匀的方法，其特征在于，下料方式可以采用以下一种或多种方式来实现：

1)采用长条状的线形出口下料器和打壳锤头，代替圆柱形出口的下料器，增加氧化铝进入槽内时与电解质的接触融解，减少来不及融解的氧化铝堆积在下料口形成的沉淀；

2)改变当前的下料器为连续下料器或半连续下料器，定时打壳，连续下料，或减少下料器容量增加下料次数，减少因一次氧化铝下料量过大，来不及融化而堆积在下料口形成的沉淀。

    本发明的有益效果：本发明相对传统方法的优点是使电解槽氧化铝浓度均匀的长期稳定运行在浓度低阻区，可促进槽电压的进一步降低、提高电流效率，可以消除传统方法运行在敏感区需要的高电压和大量过欠量下料带来的电解槽周期性波动，减少下料口沉淀的发生，实现氧化铝浓度在时间和空间上的稳定和均匀分布，有利于铝电解槽的稳定、高效、低电压、低电耗的生产运行。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明进行详细的说明，但本发明的保护范围不受实施例所限制。

本发明是这样实现的：首先，是将氧化铝浓度控制目标设在低阻浓度区，采用氧化铝按需下料的控制模式，使氧化铝浓度在时间跨度上保持稳定在低阻浓度区运行；其次，通过对每一阳极导杆等距压降的连续在线检测，获得每一阳极的电流分布，从而得到其对氧化铝消耗的需求；通过非均匀下料实现氧化铝浓度的区域按需下料，第三，结合下料装置和下料方式的改变，减少沉淀和过低浓度的发生。通过以上措施，实现电解槽内氧化铝浓度在时间和空间上的稳定和均匀分布并减少沉淀的产生。

具体而言，包该方法括以下步骤：时间上按需给料和稳定在氧化铝浓度-电阻控制曲线的低阻区运行，将氧化铝浓度控制目标设在低阻浓度区，结合两个主要的控制过程：长期的“按需下料” 和短期的“浓度校验”来实现（“按需下料”是相对长期的过程，“浓度校验”是相对短期的过程，这两个参数都是视槽况而定，长期可以是2-24小时，短期可以是30分钟-2小时），具体实现方式如下： 

1)“按需下料”：是在低阻浓度区按预测的电解槽电流效率进行长期的按需下料，保证浓度稳定在低阻浓度区；

2)“浓度校验”：包括“浓度识别”、“效率预测”、“浓度校正”，短期的浓度校验是为了防止长期按需下料带来浓度的慢飘和对电流效率的预测修正，若出现浓度飘移则进行“浓度校正”的调整过程，将浓度调整回低阻浓度区，否则不必执行，“浓度校验”通过以下方式具体实现：

3)“浓度识别”，是当电解槽根据效率按需下料一个长周期后，对电解槽进行短期的停止下料或欠量下料和过量下料，根据电解槽电压电阻变化情况以及槽温、分子比数据来识别出氧化铝浓度；

4)“效率预测”是根据按需下料期运行中的浓度电阻变化情况、下料时间、以及校正过程识别的氧化铝浓度，对上期预估电流效率进行修正预测，供下一按需下料周期使用；

5)“浓度校正”，是根据识别的氧化铝浓度，在一段时间内通过过量下料、欠量下料或停止下料将飘移的氧化铝浓度恢复至氧化铝浓度-电阻控制曲线的低阻区。

本发明的具体实施方式仅对其中一部份实施方式进行了描述。

实施例1

1.对电解槽每一阳极进行等距压降的在线连续测量，采集测量信号进入控制系统。

2.采用长条状的线形出口下料器和打壳锤头，代替圆柱形出口的下料器，增加氧化铝进入槽内时与电解质的接触融解，减少来不及融解的氧化铝堆积在下料口形成的沉淀。或者改变当前的下料器为连续下料器，定时打壳，连续下料，减少因一次氧化铝下料量过大，来不及融化而堆积在下料口形成的沉淀。

3.控制系统将目标浓度设置在低阻浓度区，采用按需下料的控制模式，主要的三个控制过程：按需下料期-浓度校验期-浓度校正期。实现电解槽内氧化铝浓度时间上的稳定和均匀分布。

1）首先根据预测的电流效率进行长期稳定的按需下料，

2）当一个按需下料周期结束后，对氧化铝浓度进行识别与校正，对电解槽进行短期的停止下料或欠量下料和过量下料，根据电解槽电压电阻变化情况以及槽温、分子比数据来识别出当前氧化铝浓度。

3）若当前浓度发生漂移则进行浓度恢复校正，根据识别的氧化铝浓度和目标浓度之差，在一段时间内通过过量下料、欠量下料或停止下料将飘移的氧化铝浓度恢复至稳定低阻区域。若未出现浓度飘移时，浓度校正期周期不必执行。

4）根据上一阶段运行中的浓度电阻变化情况、下料时间、以及校正过程识别的氧化铝浓度，对上期预估电流效率进行修正预测，并设定下一按需下料周期。

5）开始下一按需下料周期

4.控制系统根据消耗采用非均匀给料的下料模式，实现氧化铝浓度空间上的均匀分布。

1）根据采集的等距压将数据计算获得阳极电流分布数据，在预估电流效率的基础上分别计算出槽内各阳极的氧化铝消耗速度。

2）根据每一下料点周围阳极的氧化铝消耗速度，调整相应下料点的下料量，通过各下料点的非均匀下料，满足阳极的不均匀消耗，来实现浓度的均匀分布；

通过以上方法，采用对铝电解槽内各处按需给料的方式对电解槽进行稳定的按需下料控制，实现电解槽内氧化铝浓度在时间和空间上的稳定和均匀分布并防止沉淀的产生。使其长期稳定运行在氧化铝浓度-电阻控制曲线的低阻区，有利于电解槽的稳定、电压的降低、低耗和高效生产。

实施例2

对于不想改变硬件结构的控制系统，可以仅在控制系统内部通过控制策略的改变，仅仅采用实施例1种的步骤3，即可实现电解槽内氧化铝浓度在时间上的稳定控制。

控制系统采用按需下料的控制模式，主要的三个控制过程：按需下料期-浓度校验期-浓度校正期。实现电解槽内氧化铝浓度时间上的稳定和均匀分布。

1）首先根据预测的电流效率进行长期稳定的按需下料，

2）当一个按需下料周期结束后，对氧化铝浓度进行识别与校正，对电解槽进行短期的停止下料或欠量下料和过量下料，根据电解槽电压电阻变化情况以及槽温、分子比数据来识别出当前氧化铝浓度。

3）若当前浓度发生漂移则进行浓度恢复校正，根据识别的氧化铝浓度和目标浓度之差，在一段时间内通过过量下料、欠量下料或停止下料将飘移的氧化铝浓度恢复至稳定低阻区域。若未出现浓度飘移时，浓度校正期周期不必执行。

4）根据上一阶段运行中的浓度电阻变化情况、下料时间、以及校正过程识别的氧化铝浓度，对上期预估电流效率进行修正预测，并设定下一按需下料周期。

5）开始下一按需下料周期。

实施例3

对于已经在运行的控制系统，在不改变原有浓度控制策略下，仅采用发明内容的根据消耗的非均匀给料的下料模式，可以实现氧化铝浓度空间上的均匀分布。

1）对电解槽每一阳极进行等距压降的在线连续测量，采集测量信号进入控制系统。

2）根据采集的等距压将数据计算获得阳极电流分布数据，在预估电流效率的基础上分别计算出槽内各阳极的氧化铝消耗速度。

3）根据每一下料点周围阳极的氧化铝消耗速度，调整相应下料点的下料量，通过各下料点的非均匀下料，满足阳极的不均匀消耗，来实现浓度的均匀分布；

实施例4

对于已经在运行的控制系统，仅采用发明内容的改变下料机构，也可以减少沉淀的发生：

1）采用长条状的线形出口下料器和打壳锤头，代替圆柱形出口的下料器，增加氧化铝进入槽内时与电解质的接触融解，减少来不及融解的氧化铝堆积在下料口形成的沉淀。

2）或者改变当前的下料器为连续下料器，定时打壳，连续下料，减少因一次氧化铝下料量过大，来不及融化而堆积在下料口形成的沉淀。

Claims (3)

1.一种控制铝电解槽内氧化铝浓度稳定均匀的方法，其特征在于，该方法将氧化铝浓度控制目标设在低阻浓度区，采用对铝电解槽在时间上按需给料空间上按需分配料量的控制方式对电解槽进行下料控制，同时改进下料装置和或下料方式，减少下料口堆积沉淀的产生，使电解槽氧化铝浓度长期稳定和均匀的运行在氧化铝浓度-电阻控制曲线的低阻区；其中，对电解槽空间上按需分配料量是对电解槽每一阳极进行等距压降的在线连续测量，获得阳极电流分布数据，在预估电流效率的基础上分别计算出槽内各阳极的氧化铝消耗速度，再根据每一下料点周围阳极的氧化铝消耗情况，调整各下料点的下料量分配比例，通过各下料点的非均匀下料，满足阳极的不均匀消耗，来实现浓度的均匀分布。

2.根据权利要求1所述的控制铝电解槽内氧化铝浓度稳定均匀的方法，其特征在于，时间上按需给料和稳定在氧化铝浓度-电阻控制曲线的低阻区运行，将氧化铝浓度控制目标设在低阻浓度区，结合两个主要的控制过程：长期的“按需下料” 和短期的“浓度校验”来实现，具体实现方式如下： 

1)“按需下料”：是在低阻浓度区按预测的电解槽电流效率进行长期的按需下料，保证浓度稳定在低阻浓度区；

2)“浓度校验”：包括“浓度识别”、“效率预测”、“浓度校正”，短期的浓度校验是为了防止长期按需下料带来浓度的慢飘和对电流效率的预测修正，若出现浓度飘移则进行“浓度校正”的调整过程，将浓度调整回低阻浓度区，否则不必执行，“浓度校验”通过以下方式具体实现：

3)“浓度识别”，是当电解槽根据效率按需下料一个长周期后，对电解槽进行短期的停止下料或欠量下料和过量下料，根据电解槽电压电阻变化情况以及槽温、分子比数据来识别出氧化铝浓度；

4)“效率预测”是根据按需下料期运行中的浓度电阻变化情况、下料时间、以及校正过程识别的氧化铝浓度，对上期预估电流效率进行修正预测，供下一按需下料周期使用；

5)“浓度校正”，是根据识别的氧化铝浓度，在一段时间内通过过量下料、欠量下料或停止下料将飘移的氧化铝浓度恢复至氧化铝浓度-电阻控制曲线的低阻区。

3.根据权利要求1所述的控制铝电解槽内氧化铝浓度稳定均匀的方法，其特征在于，下料方式采用以下一种或多种方式来实现：

1)采用长条状的线形出口下料器和打壳锤头，代替圆柱形出口的下料器，增加氧化铝进入槽内时与电解质的接触融解，减少来不及融解的氧化铝堆积在下料口形成的沉淀；

2)改变当前的下料器为连续下料器或半连续下料器，定时打壳，连续下料，或减少下料器容量增加下料次数，减少因一次氧化铝下料量过大，来不及融化而堆积在下料口形成的沉淀。