CN103954522A - 一种铝电解过程电解质分子比的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝电解过程电解质分子比的测量方法，包括：（1）确定电解质中氟化铝增量计算公式的系数，计算公式如下：WapAlF=α(T-temp0)+βAlFg+γWaAlF+a(T-temp0)2+bAlFg2+c(T-temp0)AlFg+d；（2）根据测量的电解质水平和氟化铝添加次数以及各次的重量。（3）利用步骤（1）的公式计算氟化铝的增量；（4）计算滚动误差；（5）计算等效分子比。本发明解决了分子比的测量问题，为电解槽的控制提供依据。
Description
技术领域
本发明属于铝电解领域，尤其涉及一种铝电解过程电解质分子比的测量方法。
背景技术
大幅度节能降耗是政府和铝冶金工作者一直努力的目标。近些年铝电解的自动化、智能化研究十分活跃，尽管取得了很大的成就，但限制其发展的瓶颈问题没有得到很好解决，众多反映过程特性的参数难以在线测定。分子比是最重要的技术条件之一，分子比的高会导致电解温度较高，能耗增加，电解槽寿命降低，分子比太低，氧化铝溶解困难，氧化铝浓度过低，电解槽管理困难，效应系数增加，电解槽稳定性差。目前普遍认为：铝电解过程参数的检测问题是影响铝电解控制技术发展的主要原因，解决这一问题是目前工业生产提高电流效率、降低电能消耗的主要途径。
目前铝电解过程的分子比要取样离线分析，采用化学方法或仪器方法离线分析电解质分子比，一般一周分析一次，不能满足生产过程的需要。由于取样、重熔和结晶过程会使电解质的成分发生变化，造成测量结果的偶然误差，以及离线分析的滞后，使得电解质分子比的测量不仅劳动强度高，而且分析结果对生产过程没有很大的指导意义。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种铝电解过程电解质分子比的测量方法。
上述目的是通过下述方案实现的：
一种铝电解过程电解质分子比的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：
（1）确定电解质中氟化铝增量计算公式的系数，计算公式如下：
WapAlF=α(T-temp0)+βAlFg+γWaAlF+a(T-temp0)2+bAlFg2+c(T-temp0)AlFg+d；式中，WapAlF为电解质中氟化铝增量、AlFg为过剩氟化铝浓度百分数、WaAlF为氟化铝添加速率、temp0为基线温度，α、β、γ、a、b 、c、d为方程中的7个系数；利用生产过程中的分析数据，利用最小二乘法辨识得到方程中的系数，电解质中氟化铝增量以天为单位，每日计算一次；
（2）根据测量的电解质水平和氟化铝添加次数以及各次的重量，计算添加的氟化铝重量和电解质总量，氟化铝重量WaAlF=NAlFTAlF，式中，NAlF为当天氟化铝加料次数，TAlF为当天每次平均氟化铝加料量；电解质总量Wele=c1H1+c2L1+c3，式中，H1为电解质水平，L1为炉膛形状参数，系数c由槽型决定；
（3）利用步骤（1）的公式计算氟化铝的增量，氟化钠的增量根据上二次分析结果直接计算，公式中过剩氟化铝浓度需要滚动计算，即首先用前一天的过剩氟化铝浓度分析结果和温度以及氟化铝添加量，计算当天的电解质中氟化铝增量，用当天的电解质中氟化铝增量计算当天的过剩氟化铝浓度，计算公式为AlFg=WapAlF3/Wele+AlF3，AlF3为上次计算得到的过剩氟化铝浓度；再用当天计算得到的过剩氟化铝浓度和当天温度以及氟化铝添加量计算下一日的电解质中氟化铝增量，依次反复计算得到指定日期的氟化铝增量；根据电解质总量和计算得到氟化铝的增量，利用分析数据和增量，计算当前电解质中过剩氟化铝浓度；
（4）计算滚动误差：当有取样分析结果时，利用过剩氟化铝浓度测量值和取样日计算值，二者相减得到误差值，误差值用来校正计算结果，利用最近三次误差的加权平均值，作为计算的滚动误差，加权系数从远至近分别为0.1、0.3、0.7；
（5）计算等效分子比：利用计算当前电解质中氟化铝增量加上滚动误差，作为计算时刻的实际氟化铝增量，以此来计算过剩氟化铝浓度；再根据当前电解质中氟化钠和过剩氟化铝浓度计算分子比，作为生产过程中电解槽控制的等效分子比；计算等效分子比的公式CRj=2*NaF/(AlFg+△+2/3NaF)，其中CRj为等效分子比，△为滚动误差，NaF为最近分析的氟化钠浓度百分数。
本发明的有益效果：本发明解决了分子比的测量问题，为电解槽的控制提供依据。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
由于电解质的分子比是由电解质中氟化铝和氟化钠浓度计算得到，氟化钠化学性质较稳定，在电解质中的浓度随时间变化不大，在一个取样周期可取为常数。氟化铝易挥发，而且在电解过程中不断地添加，以保持电解过程高效的运行。能估计氟化铝的浓度，就能计算分子比，这种通过计算得到的分子比，本文称为等效分子比。
参见图1，本发明的软测量方法分一下几步：
（1）离线参数辨识，确定电解质中氟化铝增量计算方程的系数。
本方法的核心是电解质中氟化铝增量计算，也就是氟化铝的挥发量和溶解进入电解质的氟化铝量的差值，后者包括炉帮的溶解和添加的有效氟化铝量。由于影响氟化铝挥发速率和溶解的主要因素为温度、过剩氟化铝浓度以及添加的氟化铝重量。从理论上得知，温度升高会同时加快氟化铝的挥发和炉帮和沉淀的溶解，电解质中过剩氟化铝浓度也会同时影响氟化铝的挥发以及炉帮和沉淀的溶解，所以不能用简单的一次回归方程表示它们之间的关系。通过多次试验发现，用一个包含7个系数的二次方程可以较好地描述他们之间的关系。用前一天的温度、氟化铝添加量量和过剩氟化铝浓度，计算当天的电解质中氟化铝增量。计算公式如下：
WapAlF = α(T-temp0)+βAlFg+γWaAlF+a(T-temp0)2+bAlFg2+c(T-temp0)AlFg+d
式中：
WapAlF：电解质中氟化铝增量（kg/d）
AlFg：过剩氟化铝浓度百分数
WaAlF：氟化铝添加速率（kg/d）
temp0：基线温度
α、β、γ、a、b 、c、d为方程中的7个系数。
利用生产过程中的分析数据（不少于10组数据），利用最小二乘法辨识得到方程中的系数，引入基线温度temp0是为了避免修正系数太大。电解质中氟化铝增量以天为单位，每日计算一次。
（2）计算添加的氟化铝重量和电解质总量。
根据测量的电解质水平和氟化铝添加次数以及各次的重量，计算添加的氟化铝重量和电解质总量。
氟化铝重量计算公式为WaAlF = NAlFTAlF
式中：
NAlF当天氟化铝加料次数
TAlF当天每次平均氟化铝加料量
电解质总量计算公式为Wele=c1H1+c2L1+c3
式中：
Wele电解质总量（kg）
H1电解质水平，L1炉膛形状参数，系数c由槽型决定。
某厂300kA电解槽：Wele1=(H1-4.5)*320+4500。
（3）利用氟化铝的增量计算当前电解质中过剩氟化铝浓度。
利用第一步得到的公式计算氟化铝的增量，氟化钠的增量根据上二次分析结果直接计算。式中过剩氟化铝浓度需要滚动计算，因为它与电解质中氟化铝增量相互影响。首先用前一天的分析结果（过剩氟化铝浓度）和温度以及氟化铝添加量，计算当天的电解质中氟化铝增量，用当天的电解质中氟化铝增量计算当天的过剩氟化铝浓度。
AlFg =WapAlF3/Wele+AlF3
AlF3：上次计算得到的过剩氟化铝浓度
再用当天计算得到的过剩氟化铝浓度和当天温度以及氟化铝添加量计算下一日的电解质中氟化铝增量，依次反复计算得到指定日期的氟化铝增量。根据电解质总量和计算得到氟化铝的增量，利用分析数据和增量，计算当前电解质中过剩氟化铝浓度。
（4）计算滚动误差
当有取样分析结果时，利用过剩氟化铝浓度测量值和取样日计算值，二者相减得到误差值，误差值用来校正计算结果，利用最近三次误差的加权平均值，作为计算的滚动误差。加权系数从远至近分别为0.1、0.3、0.7。
（5）计算等效分子比
利用计算当前电解质中氟化铝增量加上滚动误差，作为计算时刻的实际氟化铝增量，以此来计算氟化铝浓度，再根据当前电解质中氟化钠和氟化铝浓度计算分子比，作为生产过程中电解槽控制的等效分子比。
CRj=2*NaF/(AlFg+△+2/3NaF)
计算过程中用到的参数说明如下：
WAlF：电解质中氟化铝重量（kg）；
AlFg：过剩氟化铝浓度百分数；
WaAlF：氟化铝添加速率（kg/d）；
WapAlF：电解质中氟化铝增量（kg/d）；
Wele:电解质总量（kg与电解质水平相关）；
H：电解质水平（cm）；
AlF、NaF分别为氟化铝、氟化钠浓度百分数；
NAlF每天氟化铝加料次数；
TAlF每次平均氟化铝加料量；
temp0：基线温度；
CRj: 等效分析比；
△：滚动误差；
AlF最近分析氟化铝浓度百分数。
Claims (1)
1.一种铝电解过程电解质分子比的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：
（1）确定电解质中氟化铝增量计算公式的系数，计算公式如下：
WapAlF=α(T-temp0)+βAlFg+γWaAlF+a(T-temp0)2+bAlFg2+c(T-temp0)AlFg+d；式中，WapAlF为电解质中氟化铝增量、AlFg为过剩氟化铝浓度百分数、WaAlF为氟化铝添加速率、temp0为基线温度，α、β、γ、a、b 、c、 d为方程中的7个系数；利用生产过程中的分析数据，利用最小二乘法辨识得到方程中的系数，电解质中氟化铝增量以天为单位，每日计算一次；
（2）根据测量的电解质水平和氟化铝添加次数以及各次的重量，计算添加的氟化铝重量和电解质总量，氟化铝重量WaAlF=NAlFTAlF，式中，NAlF为当天氟化铝加料次数，TAlF为当天每次平均氟化铝加料量；电解质总量Wele=c1H1+c2L1+c3，式中，H1为电解质水平，L1为炉膛形状参数，系数c由槽型决定；
（3）利用步骤（1）的公式计算氟化铝的增量，氟化钠的增量根据上二次分析结果直接计算，公式中过剩氟化铝浓度需要滚动计算，即首先用前一天的过剩氟化铝浓度分析结果和温度以及氟化铝添加量，计算当天的电解质中氟化铝增量，用当天的电解质中氟化铝增量计算当天的过剩氟化铝浓度，计算公式为AlFg =WapAlF3/Wele+AlF3，AlF3为上次计算得到的过剩氟化铝浓度；再用当天计算得到的过剩氟化铝浓度和当天温度以及氟化铝添加量计算下一日的电解质中氟化铝增量，依次反复计算得到指定日期的氟化铝增量；根据电解质总量和计算得到氟化铝的增量，利用分析数据和增量，计算当前电解质中过剩氟化铝浓度；
（4）计算滚动误差：当有取样分析结果时，利用过剩氟化铝浓度测量值和取样日计算值，二者相减得到误差值，误差值用来校正计算结果，利用最近三次误差的加权平均值，作为计算的滚动误差，加权系数从远至近分别为0.1、0.3、0.7；
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160330 Termination date: 20170516 |