CN110738434A - 一种铝用炭素阳极生产全过程质量追溯管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝用炭素阳极生产全过程质量追溯管理方法，通过赋予炭素阳极物理身份属性，实现包括炭素阳极生产、使用过程的工艺参数在内信息的匹配关联与时刻对应；通过开发身份赋予与物理属性机器视觉识别装备实现物理属性的跟踪；通过开发系统软件的手段，完成生产过程信息数据的储存，转换与预处理；最后通过数据挖掘及机器学习的方式，建立炭素阳极生产过程质量体系预测模型。本发明通过上述相关装置的研制与系统的开发，能够优化生产过程工艺技术参数，实现过程数据与阳极生产批次的精准对应与关联，出现阳及质量问题，可以找出出现问题的原因，并及时调整，提高阳极生产质量，降低不合格率，提高一级品率。

Description

一种铝用炭素阳极生产全过程质量追溯管理方法

技术领域

本发明涉及一种铝用炭素阳极生产全过程质量追溯管理方法，属于铝电解技术领域。

背景技术

在电解铝生产过程中，炭素阳极是铝电解槽的心脏，所以，阳极质量对电解铝生产至关重要。阳极质量的优劣，直接关系到电解生产过程的稳定性和高效性。在电解生产过程中，如果阳极质量较差，将直接影响炭素阳极的消耗量；另一方面还会导致电解槽压降升高，阳极氧化及碳渣脱落加剧，导致电解质碳含量增加，电解槽温度升高，电流效率下降及电耗的增加。所以，如何有效地提高阳极质量，降低阳极消耗是电解铝及炭素阳极生产企业的亟待解决的重要问题。

在现有技术中，由沈阳铝镁设计研究院有限公司申请的发明专利201210174371.2公开了一种残极质量追踪方法，该方法是将来自于电解车间残极质量检验站检验每块残极的外形尺寸、裂纹状况及裂纹位置数据输入到电解车间服务器；组装车间残极清理检验站检验每块残极的清理状况，并将结果数据输入到组装车间服务器；通过数据转换中间件将电解车间服务器、组装车间服务器及质检中心服务器中存储的所有残极相关指标发送到炭素厂数据处理与质量追踪服务器，同时将上述结果直接发送到客户端服务器。

又有，在相近领域中，由北京安达优科技有限公司申请的发明专利201910028661.8公开了一种产品质量追溯管理系统，包括安全追溯查询系统，所述安全追溯查询系统的输入端与安全生产管理系统的输出端连接，并且安全追溯查询系统的输入端与流通管理系统的输出端连接，所述安全追溯查询系统的输入端与质量监管单元的输出端连接。该产品质量追溯管理系统，通过安全追溯查询系统的输入端与安全生产管理系统的输出端连接，让产品行业彻底实施产品的源头追踪以及在产品供应链中提供完全透明度的能力，通过请求处理模块包括呼叫平台和短信平台，为每一个生产阶段以及分销到最终消费领域的过程中提供针对每件货品安全性、产品成分来源的合理决策，实现产品安全预警机制。

然而，以上现有技术没有考虑以下问题：炭素生产企业的生产工艺流程较长，从物料流转环节来看，主要包括原料库、石油焦煅烧、生阳极制造、焙烧、炭块转运等环节。如果考虑到其流转及使用生产工艺过程，还包括阳极组装及电解生产过程。由于炭素阳极生产环节及单元较多，各环节的生产技术参数及控制条件都会对炭素阳极的生产质量产生影响。阳极质量的评判主要是是通过化验，检验阳极相关质量指标与残极状态判断来完成的。阳极质量的评判与各生产环节的技术参数，原材料等有着紧密的联系，但目前在炭素阳极生产过程中，生产技术人员将阳极质量指标和生产工艺参数依靠经验进行关联分析，缺乏质量影响因素的全局性、多因素分析，阳极质量出现问题时，无法精准地找出影响质量因素的原因，甚至出现“头疼医头脚疼医脚”的不合理生产决策，仅仅依靠生产技术人员的经验判断容易出现失误，且不同技术人员的经验有着差别，所以铝用阳极生产过程缺乏一整套完善的质量追溯管理手段，导致质量事故频发，阳极合格率，一级品率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝用炭素阳极生产全过程质量追溯管理方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是：

本发明是通过赋予炭素阳极物理身份属性，实现炭素阳极生产、使用过程的工艺参数等信息的匹配关联与时刻对应。通过开发身份赋予与物理属性机器视觉识别装备实现物理属性的跟踪，通过开发系统软件的手段，完成生产过程信息数据的储存，转换与预处理，最后通过数据挖掘及机器学习的方式，建立炭素阳极生产过程质量体系预测模型，并对炭素阳极质量影响因素敏感性分析，优化炭素生产过程的工艺技术参数，探索炭素阳极生产的全生命周期管理模式，实现物料流转与信息匹配的数据融合，提高炭素阳极的生产质量，实现炭素产业的管控一体化发展。数据挖掘技术随着计算机，统计学与数学的发展，已经在各个领域显示出其独特的魅力，尤其在优化生产过程工艺参数方面有着优势。本发明通过大数据挖掘技术分析炭素阳极生产工艺参数内部潜在的规律与隐含的知识体系，通过对知识体系的发现，建立炭素阳极生产工艺关系模型，采用预测模型，结合原材料检测参数和各工序的生产工艺参数对阳极产品的物性参数进行预判，自决策与自适应，通过调整对应工序的工艺参数以优化产品质量，建立一整套科学有效的生产工艺优化体系，及时有效地指导炭素阳极生产。

铝用炭素阳极生产全过程质量追溯管理方法中原料堆场精细配料系统主要包括无人智能上料天车，天车精准称重系统，料场堆料的3D成像扫描系统。其中智能上料天车主要包括无人化天车及天车智能调度管理系统，智能调度管理系统能够完成天车的自动调度，实现路径在时空层面的最优化。

该方法具体包括如下步骤：

石油焦进入锻前仓，通过转运皮带及斗提进入到罐式炉或回转窑，通过煅烧工艺优化系统，将针对不同类型的原料，建立原料信息数据库，并结合不同的生产过程参数，如煅烧温度，煅烧时间等生产工艺参数，以煅后焦化验技术指标作为目标变量，建立煅烧工艺优化参数模型，以指导煅烧工艺的技术改进，生产高质量煅后石油焦。

煅烧好的石油焦进入煅后仓，经由胶带输送机进行入中碎筛分系统，通过智能配料系统，主要包括不同粒度物料的精准称重装置，智能配料数据库的开发。采用数据挖掘中聚类分析的方法，将不同粒度物料进行聚类分析，按照模型的适应性自主选择合适的配料模型，计算出配料比，给出合理的物料配方，以指导配料过程。

配好的物料与沥青进行混捏，采用混捏、成型生产优化管理系统，按照混捏时间、温度、成形圧力等参数的匹配关系，寻找合理的工艺技术参数，以经验公式的方式寻找内在的隐形知识规律。

成型出来的生阳极炭块采用成型前编码喷涂与焙烧清理后二次喷码的技术，或者采用内置金属编码器的方式对阳极炭块进行物理属性的赋予。通过机器视觉识别技术或金属编码器解码技术对阳极炭块编码进行解码，并依托开发的数据库管理系统对阳极编码进行记录，储存与可视化输出。该部分主要包括喷涂装置与金属码内置装置的开发，解码系统及数据库的系统开发。

带有物理编码的生阳极炭快，通过焙烧车间智能管理系统图像识别装置记录炭块的装炉物理区域，包括炉室，料箱，层数及排列顺序。该数据能够和焙烧生产工艺参数及焙烧曲线建立直接的对应关系。阳极焙烧周期结束，阳极炭块清理后对其进行二次喷码，复原原有的炭块编码，满足组装车间能够有效识别的要求。该系统主要包括智能多功能天车，车载机器视觉识别装置与焙烧车间智能管理系统。清理完毕的熟块进入炭块转运站进行堆垛。

炭块准运站智能仓储系统主要包括堆垛天车精准定位与炭块有效仓储管理，通过视觉识别与数据库管理实现分区域，分类型的精细化管理。

炭块转运站中的阳极炭块通过板链输送进入阳极组装车间，通过机器机器视觉识别将炭块编号读取，并传输给激光打印设备，将关联数据编码打印在铝导杆上，实现铝导杆与炭素阳极的信息匹配及ID关联。并通过阳极导杆管理系统建立阳极导杆数据库，实现导杆的在线管理，包括物理位置标识，状态监控，流动状态盘点等功能。

最后，通过炭素阳极质量管理系统对炭素阳极全过程使用状况进行综合评价，结合炭素阳极质量检测指标，电解生产过程阳极使用情况与阳极残极的状态，对阳极质量给出分类等级，并对阳极质量给出客观的评价。基于评价结果，追溯各个环节生产工艺技术参数，并建立质量控制体系生产模型，找出影响阳极生产质量的瓶颈，进行优化调整，全面提高阳极生产质量。

与现有技术相比，本发明解决了石油焦、沥青焦原料库房配料不精准问题，本发明针对不同地区的原料(成分差别)，并开发出合理的掺配比例模型；实现堆料场天车的无人值守，降低人力资源成本；本发明解决了不同类型、区域的石油焦采用单一固化的生产工艺参数的问题，通过数据库完善，建立适应性更强的生产工艺参数模型。

本发明解决了中碎筛分环节不同粒度物料配方固化或不合理的问题，并开发了智能配料模型。本发明优化混捏、成型生产工艺参数，具有更加精准的适应性；开发阳极成型智能编码系统，赋予阳极炭块唯一的身份标识，以便于后续的质量追踪管理。

本发明开发焙烧车间多功能天车精准定位识别系统，实现多功能天车的无人值守与智能调度，建立炭块焙烧物理位置数据库，解决焙烧质量与焙烧炉中阳极放置位置的脱节现象。

本发明的炭块智能仓储系统主要解决堆垛天车的无人值守，智能调度与智能堆取，解决盘库困难，库房利用率等问题。本发明开发阳极导杆管理系统主要解决阳极导杆与炭块编号匹配信息存储问题，实现阳极导杆的精细化管理。

本发明的阳极质量管理系统主要是解决阳极质量的评价，通过建立阳极质量评价体系，对阳极质量进行客观的评判。

本发明通过上述相关装置的研制与系统的开发，能够优化生产过程工艺技术参数，实现过程数据与阳极生产批次的精准对应与关联，出现阳及质量问题，可以找出出现问题的原因，并及时调整，提高阳极生产质量，降低不合格率，提高一级品率。

附图说明

图1是铝用炭素阳极生产全过程质量追溯管理方法系统框架图；

图2是炭素阳极质量信息追溯流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

石油焦原料库房通过无人值守天车与精准称量系统实现不同地区，不同类型的石油焦智能配料，配好的石油焦原料通过优化合理的煅烧生产工艺进行煅烧，得到质量优异的煅后焦，煅后焦通过智能配料系统进行配料，配好的物料经由优化合理的混捏、成型生产工艺，得到合格的阳极产品。阳极产品通过喷码或内嵌金属编码器实现物理身份的赋予，通过无人值守焙烧多功能天车与焙烧管理系统，完成炭块编码与炉室信息，生产工艺参数的关联匹配。焙烧好的阳极在炭块转运站进行临时堆存，阳极进入组装车间之前，通过解码系统或图像识别完成炭块编码与阳极导杆的信息匹配。最后根据电解车间炭素阳极的使用情况评判阳极质量，发现问题，追溯其出现问题的生产工艺环节，再深入分析存在问题的环节中工艺参数合理性与适用性，及时进行合理调整，以解决阳极质量问题，全面提高炭素企业的阳极生产质量。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种铝用炭素阳极生产全过程质量追溯管理方法，其特征在于：通过赋予炭素阳极物理身份属性，实现包括炭素阳极生产、使用过程的工艺参数在内信息的匹配关联与时刻对应；通过开发身份赋予与物理属性机器视觉识别装备实现物理属性的跟踪；通过开发系统软件的手段，完成生产过程信息数据的储存，转换与预处理；最后通过数据挖掘及机器学习的方式，建立炭素阳极生产过程质量体系预测模型。

2.根据权利要求1所述的铝用炭素阳极生产全过程质量追溯管理方法，其特征在于包括如下步骤：

S1，石油焦进入锻前仓，通过转运皮带及斗提进入到罐式炉或回转窑，通过煅烧工艺优化系统，将针对不同类型的原料，建立原料信息数据库，并结合不同的生产过程参数，以煅后焦化验技术指标作为目标变量，建立煅烧工艺优化参数模型；

S2，煅烧好的石油焦进入煅后仓，经由胶带输送机进行入中碎筛分系统，通过智能配料系统，采用数据挖掘中聚类分析的方法，将不同粒度物料进行聚类分析，按照模型的适应性自主选择合适的配料模型，计算出配料比，给出合理的物料配方；

S3，配好的物料与沥青进行混捏，采用混捏、成型生产优化管理系统，按照包括混捏时间、温度、成形圧力在内的参数的匹配关系，寻找工艺技术参数和规律；

S4，成型出来的生阳极炭块采用成型前编码喷涂与焙烧清理后二次喷码的技术，或者采用内置金属编码器的方式对阳极炭块进行物理属性的赋予；

S5，通过机器视觉识别技术或金属编码器解码技术对阳极炭块编码进行解码，并依托开发的数据库管理系统对阳极编码进行记录，储存与可视化输出；

S6，带有物理编码的生阳极炭快，通过焙烧车间智能管理系统图像识别装置记录炭块的装炉物理区域，包括炉室，料箱，层数及排列顺序；将数据和焙烧生产工艺参数及焙烧曲线建立直接的对应关系；

S7，阳极焙烧周期结束，阳极炭块清理后对其进行二次喷码，复原原有的炭块编码，满足组装车间能够有效识别的要求；清理完毕的熟块进入炭块转运站进行堆垛；

S8，炭块准运站智能仓储系统通过视觉识别与数据库管理实现分区域，分类型的精细化管理；

S9，炭块转运站中的阳极炭块通过板链输送进入阳极组装车间，通过机器机器视觉识别将炭块编号读取，并传输给激光打印设备，将关联数据编码打印在铝导杆上，实现铝导杆与炭素阳极的信息匹配及ID关联；

S10，最后，通过炭素阳极质量管理系统对炭素阳极全过程使用状况进行综合评价，结合炭素阳极质量检测指标，电解生产过程阳极使用情况与阳极残极的状态，对阳极质量给出分类等级，并对阳极质量给出客观的评价；基于评价结果，追溯各个环节生产工艺技术参数，并建立质量控制体系生产模型，找出影响阳极生产质量的瓶颈，进行优化调整，全面提高阳极生产质量。

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