CN116905046A - 一种铝电解槽氧化铝连续下料和打壳的智能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种铝电解槽氧化铝连续下料和打壳的智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据槽控机的下料信号时间值，计算出首次下料与本次下料的下料间隔时间值等步骤。本发明根据下料间隔时间值控制下料设备的转速，使氧化铝按要求匀速且均匀的进入铝电解槽，实现了小剂量连续添加至电解质中，同时使氧化铝连续下料在下料口处能形成的氧化铝厚度控制在50‑200mm，在电解质上部形成保温层，热烟气与氧化铝进行有效换热，使氧化铝加热到200‑500℃；同时，有效吸附热烟气中的氟化氢，形成高载氟氧化铝，使得氧化铝能够快速融入熔融电解质中，氧化铝溶解效果大幅改善，使电解质中氧化铝浓度分布均匀。
Description
技术领域
本发明属于电解铝生产技术领域，具体是指一种铝电解槽氧化铝连续下料和打壳的智能控制方法。
背景技术
目前，在电解铝生产过程中，电解槽内部的氧化铝下料口处电解质温度由于氧化铝下料后降低较多，会使氧化铝在熔融的电解质中溶解特性变差，易产生沉淀，致使电流分布不均匀，电流效率较低，易产生偏流，导致电解槽易产生漏槽等重大安全事故，造成产量低及电耗较高。为克服上述问题，需要对氧化铝的连续下料速度和下料流量进行有效控制，同时在一定的时间内，将经过加热后及吸附较多氟化氢的氧化铝压入熔融的电解质中。现有电解槽的氧化铝下料和下料打壳控制方式存在以下问题：
(1)现有的氧化铝下料控制方式为定容间断式下料控制方式，即设定下料周期，在加料时段内通过定容下料器一次性集中定量下料，这使得在氧化铝溶解过程中，不仅造成局部电解质中氧化铝浓度波动较大，且局部降温较多，致使氧化铝溶解速度变慢，部分未溶解的氧化铝沉积到槽底，形成沉淀和结壳，对电解槽运行稳定性和电流效率造成较大不利影响。
(2)现有的氧化铝下料打壳控制方式为每次氧化铝下料前，为防止电解质表面结壳，氧化铝无法进入电解质中，首先控制打壳气缸动作，进行打壳操作。由于氧化铝下料周期长(2分钟左右)，每次打壳动作执行时间相同，打壳时锤头深入电解质溶液250-300mm，使得锤头长时间与电解质接触，导致锤头容易出现磨损和腐蚀，致使锤头损坏无法进行有效的打壳，锤头上部形成粘包，严重的影响了氧化铝进入电解质的顺畅性，缩短了锤头的使用寿命，严重影响了电解槽运行的稳定性，也使吨铝电耗有较大的增加。
(3)定容下料器的定容下料量波动较大，最大最小偏差可达50％以上，致使氧化铝下料量波动量很大，电解槽稳定性变差。
综上，现有电解槽的氧化铝下料和打壳控制方式使得电流效率较低，电耗较高，安全隐患较大。氧化铝连续下料和打壳的智能控制，可使上述问题得到有效解决。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种铝电解槽氧化铝连续下料和打壳的智能控制方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种铝电解槽氧化铝连续下料和打壳的智能控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：根据槽控机的下料信号时间值，计算出首次下料与本次下料的下料间隔时间值。
步骤S2：根据得到的下料间隔时间值和标定下料计量，设定本次下料周期内的下料瞬时流量。
步骤S3：根据得到的下料间隔时间值和下料瞬时流量，设定连续下料设备的转速，调整连续下料流量，使氧化铝均匀的下到下料口上部，对下料口处熔融电解质进行有效的保温和换热，同时吸附熔融电解质中排出的氟化氢气体。
步骤S4：对电解槽的电解质高度、结壳状态以及下料情况进行实时监测。
步骤S5：根据氧化铝的下料量计算出锤头打壳频率，根据出铝情况及熔融电解质界面高度，确定打壳锤头进入熔融电解质的深度。
步骤S6：结合得到的电解质高度和结壳状态信息，通过控制系统设定打壳气缸的气压力值、打壳深度以及打壳频率，完成设定后开启打壳气缸，打壳开始，并对打壳锤头的行程进行实时监控，将测量信号送入控制系统，控制系统判定在设定的时间内壳体是否被打穿，是，停止打壳；否，进入步骤S7。
步骤S7：切换打壳气缸的气压力值，进行高压打壳，并对打壳锤头的行程进行实时监控，将测量信号送入控制系统，控制系统判定在设定的时间内壳体是否被打穿，是，停止打壳；否，进入步骤S8。
步骤S8：关闭自动打壳，通过人工完成打壳工作。
进一步的，所述步骤S1中，下料间隔时间值为槽控机的首次下料信号时间值与再次下料信号时间值之间的差值，其中，下料间隔时间值的计算公式如下：
再次下料信号时间值-首次下料信号时间值＝下料间隔时间值。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S2中，设定本次下料周期内的下料瞬时流量时通过以下计算公式得到：
下料瞬时流量＝标定下料计量÷下料间隔时间值。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S3中，通过调节变频器的输出电源频率对连续下料设备的转速进行调整，调整量以在下料间隔时间值内完成标定下料计量和下料口处的氧化铝厚度控制在50-200mm为准，使电解质上部形成保温层，热烟气与氧化铝进行有效换热，氧化铝加热能达到200-500℃。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S4中，通过在铝电解槽出铝口处安装激光测距装置对电解槽的电解质高度进行实时监测，监测信息作为氧化铝下料口打壳行程的计算依据；打壳时锤头进入电解质的打壳深度范围为0-200mm；在此范围内根据电解质运行工况，确定锤头打壳不粘包的深度，依据此深度进行智能打壳，锤头在打壳过程中粘附的电解质在锤头收回时可自动脱落，锤头在整个生产过程中不粘包。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S6中，设定打壳气缸的气压力值为低压值，且该气压力值为2～3kg。
进一步的，所述步骤S6和步骤S7中，通过气缸行程激光测距装置对打壳锤头的行程进行实时监控；步骤S6和步骤S7中所述的控制系统为通用PLC控制系统或定制控制系统；步骤S6和步骤S7中，根据电解质高度对打壳深度进行范围设定。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S6和步骤S7中，对打壳锤头的行程进行实时监控时，通过预先设定的气缸动作时间对打壳锤头的行程进行实时判断控制和保护，其气缸实际动作时间超过气缸动作设定时间时，气缸复位。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S7中，设定打壳气缸的气压力值为高压值，且该气压力值为5～6kg。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S6和步骤S7中，打壳频率依据下料口上覆盖的氧化铝厚度进行调整；调整原则：覆盖的氧化铝厚度变厚，打壳频率加快；覆盖的氧化铝厚度变薄，打壳频率变慢。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明根据下料间隔时间值控制下料设备的转速，使氧化铝按要求匀速且均匀的进入铝电解槽，实现了小剂量连续添加至电解质中，同时使氧化铝连续下料在下料口处能形成的氧化铝厚度控制在50-200mm，在电解质上部形成保温层，热烟气与氧化铝进行有效换热，使氧化铝加热到200-500℃。同时，有效吸附热烟气中的氟化氢，形成高载氟氧化铝，使得氧化铝能够快速融入熔融电解质中，氧化铝溶解效果大幅改善，使电解质中氧化铝浓度分布均匀，使得电流效率有效提高，电耗有效降低，有效的确保了电解槽运行的稳定性，从而本发明能很好的解决现有氧化铝下料控制方式下氧化铝在电解质中溶解性能欠佳，浓度波动较大等缺陷。
(2)本发明通过对电解槽的电解质高度、结壳状态以及氧化铝覆盖厚度等情况进行实时监测，对打壳频率和打壳深度以及打壳力度的控制，实现智能打壳，很好的防止了锤头长时间、大面积的与熔融电解质的接触，大幅减少打壳锤头腐蚀、磨损，确保了下料打壳的准确性和可靠性，进而的确保了下料的稳定性，提高了电解生产稳定性，较大幅度提高电流效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的铝电解槽氧化铝连续下料和打壳控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：根据槽控机的下料信号时间值，计算出首次下料与本次下料的下料间隔时间值。具体的，下料间隔时间值为槽控机的首次下料信号时间值与再次下料信号时间值之间的差值，其中，下料间隔时间值的计算公式如下：再次下料信号时间值-首次下料信号时间值＝下料间隔时间值。
步骤S2：根据得到的下料间隔时间值和标定下料计量，设定本次下料周期内的下料瞬时流量。设定本次下料周期内的下料瞬时流量时通过以下计算公式得到：下料瞬时流量＝标定下料计量÷下料间隔时间值。
步骤S3：根据得到的下料间隔时间值和下料瞬时流量，设定连续下料设备的转速，调整连续下料流量，使氧化铝均匀的下到下料口上部，对下料口处熔融电解质进行有效的保温和换热，同时吸附熔融电解质中排出的氟化氢气体。具体的，通过调节变频器的输出电源频率对连续下料设备的转速进行调整，调整量以在下料间隔时间值内完成标定下料计量和下料口处的氧化铝厚度控制在50-200mm为准，使电解质上部形成保温层，热烟气与氧化铝进行有效换热，氧化铝加热能达到200-500℃。
本实施例中以以原定容下料器容量为1.8升，氧化铝堆积密度0.97g/mL为例，即单次氧化铝下料重量为1.8L*1000*0.97g/cm3＝1.75kg。假设上次下料至本次下料的间隔时间T1＝120秒，则在本次使用连续下料设备以速度V1＝1.75/2＝0.875kg/分下料时，120秒内下完同等重量1.75kg即可；假设上次下料至本次下料的间隔时间T2＝150秒，则在本次使用连续下料设备以速度V2＝1.75/2.5＝0.7kg/分下料时，150秒内下完同等重量1.75kg即可。
本实施例根据下料间隔时间值控制下料设备的转速，使氧化铝按要求匀速且均匀的进入铝电解槽，实现了小剂量连续添加至电解质中，同时氧化铝连续下料在下料口处形成的氧化铝厚度控制在50-200mm，在电解质上部形成保温层，热烟气与氧化铝进行有效换热，使氧化铝加热到200-500℃。同时，有效吸附热烟气中的氟化氢，形成高载氟氧化铝，使得氧化铝能够快速融入熔融电解质中，氧化铝溶解效果大幅改善，使电解质中氧化铝浓度分布均匀，使得电流效率有效提高，电耗有效降低，有效的确保了电解槽运行的稳定性，从而本发明能很好的解决现有氧化铝下料控制方式下氧化铝在电解质中溶解性能欠佳，浓度波动较大等缺陷。
步骤S4：对电解槽的电解质高度、结壳状态以及下料情况进行实时监测。具体的，通过在铝电解槽出铝口处安装激光测距装置对电解槽的电解质高度进行实时监测，监测信息作为氧化铝下料口打壳行程的计算依据；打壳时锤头进入电解质的打壳深度范围为0-200mm；在此范围内根据电解质运行工况，确定锤头打壳不粘包的深度，依据此深度进行智能打壳，锤头在打壳过程中粘附的电解质在锤头收回时可自动脱落，锤头在整个生产过程中不粘包。
步骤S5：根据得到的结壳状态判定是否需要进行打壳，是，进入步骤S6；否，继续步骤S4。
步骤S6：结合得到的电解质高度和结壳状态信息，通过控制系统设定打壳气缸的气压力值、打壳深度以及打壳频率，完成设定后开启打壳气缸，打壳开始，并对打壳锤头的行程进行实时监控，将测量信号送入控制系统，控制系统判定在设定的时间内壳体是否被打穿，是，停止打壳；否，进入步骤S7。该步骤中设定打壳气缸的气压力值为低压值，且该气压力值为2～3kg。
步骤S7：切换打壳气缸的气压力值，进行高压打壳，并对打壳锤头的行程进行实时监控，将测量信号送入控制系统，控制系统判定在设定的时间内壳体是否被打穿，是，停止打壳；否，进入步骤S8。该步骤中设定打壳气缸的气压力值为高压值，且该气压力值为5～6kg。
具体的，步骤S6和步骤S7中，在打壳中通过气缸行程激光测距装置对打壳锤头的行程进行实时监控，以实现实时测量打壳气缸动作行程，操作者通过控制系统控制打壳气缸动作时锤头的实际深度。所述步骤S6和步骤S7中，对打壳锤头的行程进行实时监控时，还可通过预先设定的气缸动作时间对打壳锤头的行程进行实时判断控制和保护，其气缸实际动作时间超过气缸动作设定时间时，气缸复位，以确保激光测距装置故障时，导致打壳锤头打入过深、停留时间过长等异常情况出现。该通过预先设定的气缸动作时间对打壳锤头的行程进行实时判断控制和保护作为打壳行程控制的应急替代方法。其中，实际使用中，气缸动作时间的设定，是在气缸实际行程动作时间的基础上增加0～3％动作时间，具体的增加值需要根据实际情况进行确定。步骤S6和步骤S7中，所述的控制系统为现有技术中常规的可实现逻辑编程，具有存储程序，执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并能通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程的通用PLC控制系统或定制控制系统，因此本说明书未对控制系统的结构和工作原理进行赘述。
同时，步骤S6和步骤S7中，打壳频率依据下料口上覆盖的氧化铝厚度进行调整。调整原则：覆盖的氧化铝厚度变厚，打壳频率加快；覆盖的氧化铝厚度变薄，打壳频率变慢。
步骤S8：关闭自动打壳，通过人工完成打壳工作。具体的，在通过打壳设备依然无法打穿壳体时，关闭打壳设备，便通过人工对壳体进行打击，以确保下料口的畅通。
本发明通过下料间隔时间值控制下料设备的转速，使氧化铝按要求匀速且均匀的进入铝电解槽，实现了小剂量连续添加至电解质中，控制氧化铝连续下料在下料口处形成的氧化铝厚度，在电解质上部形成保温层，热烟气与氧化铝进行有效换热，有效吸附热烟气中的氟化氢，形成高载氟氧化铝，使得氧化铝能够快速融入熔融电解质中，大幅改善氧化铝溶解效果，使电解质中氧化铝浓度分布均匀，使得电流效率有效提高，电耗有效降低，有效的确保了电解槽运行的稳定性。
同时，通过对电解槽的电解质高度、结壳状态以及氧化铝覆盖厚度等情况进行实时监测，对打壳频率和打壳深度以及打壳力度的控制，实现智能打壳，很好的防止了锤头长时间、大面积与电解质溶液的接触，大幅减少打壳锤头腐蚀、磨损，确保了下料打壳的准确性和可靠性，进而的确保了下料的稳定性，提高了电解生产稳定性，较大幅度提高电流效率，降低电耗。
如上所述，便可很好的实现本发明。
Claims (10)
1.一种铝电解槽氧化铝连续下料和打壳的智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：根据槽控机的下料信号时间值，计算出首次下料与本次下料的下料间隔时间值；
步骤S2：根据得到的下料间隔时间值和标定下料计量，设定本次下料周期内的下料瞬时流量；
步骤S3：根据得到的下料间隔时间值和下料瞬时流量，设定连续下料设备的转速，调整连续下料流量，使氧化铝均匀的下到下料口上部，对下料口处熔融电解质进行有效的保温和换热，同时吸附熔融电解质中排出的氟化氢气体；
步骤S4：对电解槽的电解质高度、结壳状态以及下料情况进行实时监测；
步骤S5：根据氧化铝的下料量计算出锤头打壳频率，根据出铝情况及熔融电解质界面高度，确定打壳锤头进入熔融电解质的深度；
步骤S6：结合得到的电解质高度和结壳状态信息，通过控制系统设定打壳气缸的气压力值、打壳深度以及打壳频率，完成设定后开启打壳气缸，打壳开始，并对打壳锤头的行程进行实时监控，将测量信号送入控制系统，控制系统判定在设定的时间内壳体是否被打穿，是，停止打壳；否，进入步骤S7；
步骤S7：切换打壳气缸的气压力值，进行高压打壳，并对打壳锤头的行程进行实时监控，将测量信号送入控制系统，控制系统判定在设定的时间内壳体是否被打穿，是，停止打壳；否，进入步骤S8；
步骤S8：关闭自动打壳，通过人工完成打壳工作。
2.根据权利要求1所述的铝电解槽氧化铝连续下料和打壳控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，下料间隔时间值为槽控机的首次下料信号时间值与再次下料信号时间值之间的差值，其中，下料间隔时间值的计算公式如下：
再次下料信号时间值-首次下料信号时间值＝下料间隔时间值。
3.根据权利要求1所述的铝电解槽氧化铝连续下料和打壳控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，设定本次下料周期内的下料瞬时流量时通过以下计算公式得到：
下料瞬时流量＝标定下料计量÷下料间隔时间值。
4.根据权利要求1所述的铝电解槽氧化铝连续下料和打壳控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过调节变频器的输出电源频率对连续下料设备的转速进行调整，调整量以在下料间隔时间值内完成标定下料计量和下料口处的氧化铝厚度控制在50-200mm为准，使电解质上部形成保温层，热烟气与氧化铝进行有效换热，氧化铝加热能达到200-500℃。
5.根据权利要求1所述的铝电解槽氧化铝连续下料和打壳控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过在铝电解槽出铝口处安装激光测距装置对电解槽的电解质高度进行实时监测，监测信息作为氧化铝下料口打壳行程的计算依据；打壳时锤头进入电解质的打壳深度范围为0-200mm；在此范围内根据电解质运行工况，确定锤头打壳不粘包的深度，依据此深度进行智能打壳，锤头在打壳过程中粘附的电解质在锤头收回时可自动脱落，锤头在整个生产过程中不粘包。
6.根据权利要求1～5任一项所述的铝电解槽氧化铝连续下料和打壳控制方法，其特征在于，所述步骤S6中，设定打壳气缸的气压力值为低压值，且该气压力值为2～3kg。
7.根据权利要求6所述的铝电解槽氧化铝连续下料和打壳控制方法，其特征在于，所述步骤S6和步骤S7中，通过气缸行程激光测距装置对打壳锤头的行程进行实时监控；步骤S6和步骤S7中所述的控制系统为通用PLC控制系统或定制控制系统；步骤S6和步骤S7中，根据电解质高度对打壳深度进行范围设定。
8.根据权利要求6所述的铝电解槽氧化铝连续下料和打壳控制方法，其特征在于，所述步骤S6和步骤S7中，对打壳锤头的行程进行实时监控时，通过预先设定的气缸动作时间对打壳锤头的行程进行实时判断控制和保护，其气缸实际动作时间超过气缸动作设定时间时，气缸复位。
9.根据权利要求8所述的铝电解槽氧化铝连续下料和打壳控制方法，其特征在于，所述步骤S7中，设定打壳气缸的气压力值为高压值，且该气压力值为5～6kg。
10.根据权利要求9所述的铝电解槽氧化铝连续下料和打壳控制方法，其特征在于，所述步骤S6和步骤S7中，打壳频率依据下料口上覆盖的氧化铝厚度进行调整；调整原则：覆盖的氧化铝厚度变厚，打壳频率加快；覆盖的氧化铝厚度变薄，打壳频率变慢。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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