CN117071005B - 一种炭素均质均等数据量化的配方控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及炭素制备和加工技术领域,更具体涉及一种炭素均质均等数据量化的配方控制方法及系统。控制方法包括对骨料进行破碎、筛分和干燥处理,骨料是指原材料中不同的颗粒材料,原材料还包括沥青,沥青属于原材料中的黏结剂;采用均等技术确定骨料中沥青的掺比量;基于沥青的掺比量,将沥青与骨料进行混捏成型制作,获取炭素预制品,炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品。

Description

一种炭素均质均等数据量化的配方控制方法及系统
技术领域
本发明涉及炭素制备和加工技术领域,更具体涉及一种炭素均质均等数据量化的配方控制方法及系统。
背景技术
电解铝用预焙阳极生产工艺,自上世纪八十年代引进国内以后,虽然不断完善生产工艺技术,但整体上还是以概念化生产模式为主。当前,在实际生产中还存在“套模板”的现象,例如生硬的设置区间范围值进行焙烧,这就会导致电解铝生产过程中,存在每块预焙阳极电流分布不均一、预焙阳极消耗不均匀、残极有高有低和掉渣量大等一系统问题,最终导致吨铝电消耗及预焙阳极消耗居高不下。为此,本发明提出一种炭素均质均等数据量化的配方控制方法及系统,用于降低电解铝阳极消耗和电解铝电流消耗。
发明内容
为更好的解决在电解铝生产过程中,造成的每块预焙阳极电流分布不均一、预焙阳极消耗不均匀、残极有高有低和掉渣量大等一系统问题,本发明提供一种炭素均质均等数据量化的配方控制方法。
作为本发明的一种优选技术方案,所述方法包括以下步骤:
步骤S1:对骨料进行破碎、筛分和干燥处理,所述骨料是指原材料中不同的颗粒材料,所述原材料还包括沥青,所述沥青属于所述原材料中的黏结剂;
步骤S2:采用均等技术确定所述骨料中所述沥青的掺比量;
步骤S3:基于所述沥青的掺比量,将所述沥青与所述骨料进行混捏成型制作,获取炭素预制品,所述炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品。
作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S2中,采用均等技术确定所述骨料中所述沥青的掺比量,包括如下步骤:
步骤S21:基于所述沥青的结焦值基准值、所述颗粒材料的重量、所述沥青掺量百分比和所述沥青当天化验结焦值,计算所述沥青当天第一掺比量,所述沥青当天第一掺比量如表达式1:其中,W1表示所述沥青当天第一掺比量,M表示所述颗粒材料的重量,R1表示所述沥青掺量百分比,L表示所述沥青结焦值基准值,D1表示所述沥青当天化验结焦值;
步骤S22:基于煅后焦粉末比电阻基准值、当天实测煅后焦粉末比电阻值和所述沥青当天第一掺比量,计算所述沥青当天第二掺比量,所述沥青当天第二掺比量如表达式2:其中,W2表示所述沥青当天第二掺比量,A表示煅后焦粉末比电阻基准值,B表示当天实测煅后焦粉末比电阻值;
步骤S23:基于煅后焦真密度基准值、当天实测煅后焦真密度值和所述沥青当天第二掺比量,计算所述沥青当天第三掺比量,所述沥青当天第三掺比量如表达式3:其中,W3表示所述沥青当天第三掺比量,C表示煅后焦真密度基准值,E表示当天实测煅后焦真密度值;
步骤S24:基于煅后焦灰分含量基准值、当天实测煅后焦灰分值和所述沥青当天第三掺比量,计算所述沥青当天第四掺比量,所述沥青当天第四掺比量如表达式4:其中,W4表示所述沥青当天第四掺比量,H表示煅后焦灰分含量基准值,F表示当天实测煅后焦灰分值;
步骤S25:基于所述沥青甲苯不容物基准值、当天实测所述沥青甲苯不容物值和所述沥青当天第四掺比量,计算所述沥青当天第五掺比量,所述沥青当天第五掺比量如表达式5:其中,W5表示所述沥青当天第五掺比量,G表示所述沥青甲苯不容物基准值,J表示当天实测所述沥青甲苯不容物值;
步骤S26:基于所述沥青170℃黏度基准值、当天实测所述沥青黏度值和所述沥青当天第五掺比量,计算所述沥青当天第六掺比量,所述沥青当天第六掺比量如表达式6:其中,W6表示所述沥青当天第六掺比量,P表示所述沥青170℃黏度基准值,K表示当天实测所述沥青黏度值。
作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S3中,所述炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品,其中,所述均质技术的控制方法包括如下步骤:
步骤S31:将不同种类的所述颗粒材料按预先设置的配比混合在一起,形成干料;
步骤S32:对所述干料进行加热,将所述干料加热到目标温度,进行湿混;
步骤S33:在所述湿混阶段,根据所述沥青现场化验黏度值定义糊料温度,控制所述糊料温度在所述沥青第一动力黏度和第二动力黏度对应的区间温度之间,将所述沥青加入到所述干料中,采用间断混捏方式进行所述混捏作业;
步骤S34:控制所述糊料入模温度在沥青第三动力黏度和第四动力黏度所对应的区间温度之间,将所述糊料用机器设备压制成目标形状的炭素预制品。
作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S34之后,将所述炭素预制品进行焙烧包括以下步骤:
步骤S341:基于所述炭素预制品中使用的所述沥青的数量、所述沥青的挥发份燃烧燃尽速度、所述沥青的结焦反应时间和所述沥青的聚合反应时间,制定所述炭素预制品的焙烧标准升温曲线,在焙烧过程中,根据所述炭素预制品的焙烧实际温度和所述焙烧标准升温曲线,动态调整所述炭素预制品焙烧过程中的温度;
步骤S342:使用负压稳定控制技术,将炉窑内压力稳定在第一阈值和第二阈值范围之间;
步骤S343:根据所述炭素预制品的焙烧标准升温曲线,使用燃气恒流控制技术,将燃气流量输出控制在第三阈值和第四阈值之间。
作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S341,所述炭素预制品焙烧完成之后,还包括如下步骤:
步骤S3411:以所述炭素预制品的焙烧时间为X轴,焙烧温度为Y轴建立坐标系,以所述坐标系的原点为起点,将所述焙烧标准升温曲线绘制于所述坐标系上;
步骤S3412:基于所述炭素预制品的焙烧实际温度,以所述坐标系的原点为起点,将所述炭素预制品的焙烧实际温度曲线绘制于所述坐标系上,将所述焙烧时间拆分为多个时间段,同时将所述焙烧实际温度曲线拆分为多个子线段,每个子线段对应一个时间段;
步骤S3413:先获取所述焙烧实际温度曲线在各个时间段结束时间点的坐标,再获取各个坐标与所述焙烧标准升温曲线的距离,并基于表达式7计算本次的焙烧实际温度评分D,所述表达式7为:,其中,/>为第/>个坐标点与所述焙烧标准升温曲线之间的距离,若所述焙烧实际温度评分D大于预设第一分数,则对焙烧过程中的温度调整方案进行更改。
本发明还提供一种如上所述的炭素均质均等数据量化的配方控制系统,包括如下模块:
材料处理模块,用于对骨料进行破碎、筛分和干燥处理,骨料是指原材料中不同的颗粒材料,原材料还包括沥青,沥青属于原材料中的黏结剂;
沥青配比模块,用于采用均等技术确定骨料中沥青的掺比量;
制品焙烧模块,用于将沥青与骨料进行混捏成型制作,获取炭素预制品,炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品。
与现有技术相比,本发明的有益效果至少如下所述:
1、本发明的技术方案通过对骨料进行破碎、筛分和干燥处理,采用均等技术确定骨料中沥青的掺比量,实现根据原材料实测理化指标值动态调整其掺比量,达到炭素制品质量均等。
2、本发明的技术方案通过将掺比量沥青与掺比量骨料进行混捏成型制作,获取炭素预制品,掺比量炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品。均质均等炭素制品决定电流密度分布,决定电解铝、工业硅及电炉钢的降碳的量和进度;也是炭素制品理化指标和使用性能超越国际的唯一技术路径;所以均质均等数据量化的配方控制方法适用于沥青基的炭素制品的智能制造。
附图说明
图1为本发明一种炭素均质均等数据量化的配方控制方法的步骤流程图;
图2为本发明对焙烧实际温度曲线的评分原理图;
图3为本发明一种炭素均质均等数据量化的配方控制系统的组成结构图;
图2:L1、焙烧标准升温曲线;L2、焙烧实际升温曲线;a1、第一个坐标点;a2、第二个坐标点;a3、第三个坐标点;a4、第四个坐标点;a5、第五个坐标点;b1、第一个坐标点a1对应的焙烧标准温度;b2、第二个坐标点a2对应的焙烧标准温度;
图3:100、炭素均质均等数据量化的配方控制系统;101、材料处理模块;102、沥青配比模块;103、制品焙烧模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在现有技术的电解铝生产过程中,存在每块预焙阳极电流分布不均一、预焙阳极消耗不均匀、残极有高有低和掉渣量大等一系统问题,导致吨铝电消耗及预焙阳极消耗居高不下。因此,本发明提供一种炭素均质均等数据量化的配方控制方法,用于降低电解铝阳极消耗和电解铝电流消耗。
本发明提供了如图1所示的一种炭素均质均等数据量化的配方控制方法,主要通过以下步骤进行实现:
步骤S1:对骨料进行破碎、筛分和干燥处理,骨料是指原材料中不同的颗粒材料,原材料还包括沥青,沥青属于原材料中的黏结剂;
步骤S2:采用均等技术确定骨料中沥青的掺比量;
步骤S3:基于沥青的掺比量,将沥青与骨料进行混捏成型制作,获取炭素预制品,炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品。
具体的,一般采购到的骨料颗粒尺寸并不一定能满足加工制作需要,需要先对骨料进行破碎处理,以将其粒度减小到适当的范围,再进行筛分处理,以达到制作炭素制品要求的颗粒;之后对筛分后的骨料进行干燥处理,将骨料中的水分去除,以确保在后续的混捏成型过程中因水分比例影响制品的质量。
对破碎、筛分和干燥处理后的骨料进行均等技术处理,使骨料的质量达到均匀一致,以确保在后续的混捏成型过程中不会出现骨料的均质问题,具体的骨料中沥青掺比量控制方法在后续实施例中详细介绍。
基于骨料中沥青掺比量,将骨料和沥青进行混捏成型制作,使不同种类的骨料和沥青在高温高压下形成均质的炭素预制品;对混捏成型的炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品。具体保证均质炭素制品的控制方法将在后续实施例中详细介绍。
进一步的,上述步骤S2中,采用均等技术确定骨料中沥青的掺比量,包括如下步骤:
步骤S21:基于沥青的结焦值基准值、颗粒材料的重量、沥青掺量百分比和沥青当天化验结焦值,计算沥青当天第一掺比量,沥青当天第一掺比量如表达式1:其中,W1表示沥青当天第一掺比量,M表示颗粒材料的重量,R1表示沥青掺量百分比,L表示沥青结焦值基准值,D1表示沥青当天化验结焦值;
步骤S22:基于煅后焦粉末比电阻基准值、当天实测煅后焦粉末比电阻值和沥青当天第一掺比量,计算沥青当天第二掺比量,沥青当天第二掺比量如表达式2:其中,W2表示沥青当天第二掺比量,A表示煅后焦粉末比电阻基准值,B表示当天实测煅后焦粉末比电阻值;
步骤S23:基于煅后焦真密度基准值、当天实测煅后焦真密度值和沥青当天第二掺比量,计算沥青当天第三掺比量,沥青当天第三掺比量如表达式3:其中,W3表示沥青当天第三掺比量,C表示煅后焦真密度基准值,E表示当天实测煅后焦真密度值;
步骤S24:基于煅后焦灰分含量基准值、当天实测煅后焦灰分值和沥青当天第三掺比量,计算沥青当天第四掺比量,沥青当天第四掺比量如表达式4:其中,W4表示沥青当天第四掺比量,H表示煅后焦灰分含量基准值,F表示当天实测煅后焦灰分值;
步骤S25:基于沥青甲苯不容物基准值、当天实测沥青甲苯不容物值和沥青当天第四掺比量,计算沥青当天第五掺比量,沥青当天第五掺比量如表达式5:其中,W5表示沥青当天第五掺比量,G表示沥青甲苯不容物基准值,J表示当天实测沥青甲苯不容物值;
步骤S26:基于沥青170℃黏度基准值、当天实测沥青黏度值和沥青当天第五掺比量,计算沥青当天第六掺比量,沥青当天第六掺比量如表达式6:其中,W6表示沥青当天第六掺比量,P表示沥青170℃黏度基准值,K表示当天实测沥青黏度值。
具体的,通过对骨料进行实测理化指标值,动态调整沥青掺比量的方法,来达到炭素制品质量均等,例如,基于上述表达式1,计算沥青当天第一掺比量,计算过程如下:铝业1500生块重量:925kg,沥青结焦值基准值:57%,沥青掺比量:16.5%,沥青当天化验结焦值:56%,那么有效结焦量=925kg×16.5%×57%=87kg,沥青当天第一掺比量=87kg÷56%=155.35kg。
基于上述表达式2,计算沥青当天第二掺比量,计算过程如下:粉末比电阻基准值:455Ω·cm,当天实测粉末比电阻值:473Ω·cm,那么沥青当天第二掺比量=[(473Ω·cm-455Ω·cm)÷455Ω·cm +100%]×155.35kg≈104%×155.35kg≈161.564kg。基于上述表达式3,计算沥青当天第三掺比量,计算过程如下:真密度基准值:2.10g/cm³,当天实测煅后焦真密度值:2.05g/cm³,那么沥青当天第三掺比量=[(2.10g/cm³-2.05g/cm³)÷2.10g/cm³+100%]×161.564kg≈1.024×161.564kg≈165.4kg。
基于上述表达式4,计算沥青当天第四掺比量,计算过程如下:灰分基准值:0.25%,当天实测煅后焦灰分值:0.3%,那么沥青当天第四掺比量=[(0.3%-0.25%)÷0.25%+100%]×165.4kg=120%×165.4kg=198.48kg。
基于上述表达式5,计算沥青当天第五掺比量,计算过程如下:沥青甲苯不容物基准值:30%,当天实测沥青甲苯不容物值:29.5%,那么沥青当天第五掺比量=[(30%-29.5%)÷30%+100%]×198.48kg≈101.7 %×198.48kg≈201.85kg。
基于上述表达式6,计算沥青当天第六掺比量,计算过程如下:170℃沥青粘度基准值:1230pa/s,当天实测沥青粘度值:1220pa/s,那么沥青当天第六掺比量=[(1230pa/s -1220pa/s)÷1230pa/s +100%]×201.85kg≈100.8 %×201.85kg≈203.46kg。
根据以上均等数据量化计算,最终得到骨料中当天沥青掺比量为203.46kg。
进一步的,上述步骤S3中,炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品,其中,均质技术的控制方法包括如下步骤:
步骤S31:将不同种类的颗粒材料按预先设置的配比混合在一起,形成干料;
步骤S32:对干料进行加热,将干料加热到目标温度,进行湿混;
步骤S33:在湿混阶段,根据沥青现场化验黏度值定义糊料温度,控制糊料温度在沥青第一动力黏度和第二动力黏度对应的区间温度之间,将沥青加入到干料中,采用间断混捏方式进行混捏作业;
步骤S34:控制糊料入模温度在沥青第三动力黏度和第四动力黏度所对应的区间温度之间,将糊料用机器设备压制成目标形状的炭素预制品。
具体的,将不同种类的颗粒材料按预设配比混合在一起,形成干料,干料中包括不同种类的颗粒材料,如石灰石、黏土、石墨等。对干料进行加热,加热的方式可以采用烘箱、加热炉等设备,将干料加热到目标温度,目标温度为预设温度,进行湿混,使颗粒材料和沥青充分熔融混合。在湿混阶段具体操作时,可以通过现场化验黏度计测量沥青的黏度,根据沥青黏度值调整糊料温度,一般是在沥青黏度(300 pa.s -500pa.s)对应的区间温度中,将沥青加入到干料中,采用间断混捏的方式,使沥青和颗粒材料充分混合。沥青第一动力黏度参考值300 pa.s,第二动力黏度参考值500pa.s,第三动力黏度参考值1000 pa.s,第四动力黏度参考值1500pa.s。控制糊料入模温度在沥青第三动力黏度和第四动力黏度所对应的区间温度之间时,将糊料用机器设备压制成目标形状。具体操作时,需要控制糊料的温度在适当的范围内,以免温度过高导致沥青过度挥发或者温度过低导致沥青无法充分熔融混合,然后使用机器设备将糊料压制成目标形状的炭素预制品,如平板和圆柱形炭素预制品等。均质均等的炭素制品在制作过程中,温度控制和黏度控制非常重要,是保证炭素制品质量的关键因素。
进一步的,上述步骤S34之后,将炭素预制品进行焙烧包括以下步骤:
步骤S341:基于炭素预制品中使用的沥青的数量、沥青的挥发份燃烧燃尽速度、沥青的结焦反应时间和沥青的聚合反应时间,制定炭素预制品的焙烧标准升温曲线,在焙烧过程中,根据炭素预制品的焙烧实际温度和焙烧标准升温曲线,动态调整炭素预制品焙烧过程中的温度;
步骤S342:使用负压稳定控制技术,将炉窑内压力稳定在第一阈值和第二阈值范围之间;
步骤S343:根据炭素预制品的焙烧标准升温曲线,使用燃气恒流控制技术,将燃气流量输出控制在第三阈值和第四阈值之间。
具体的,采用炉窑均质技术,优化炉窑结构减小火道及料箱垂直温差,从而使制品受热均匀。炉窑炉面结构优化是在炭素预制品下增加耐高温纤维棉,使用炉窑热效率提升组件,增加炉室密封、保温性,提高炉窑热效率,减小炉窑水平、垂直温差,提高均质性。根据沥青的有效物质的含量精确确定结焦反应的升温曲线,确定缩聚反应的降温曲线。具体实施例如下:根据沥青掺量优化升温曲线的3种设计方法,包括1)根据沥青基碳素制品反应速度,设计焙烧时间和升温速率,即精确设计焙烧标准升温曲线,焙烧曲线计算含结焦反应速度、生炭素预制品重量、熟炭素预制品重量、沥青掺比率、焦反应时间、结焦反应温度区间和制品焙烧升温速率;2)根据沥青基碳素制品挥发份燃尽燃烧速度,设计焙烧时间和升温速率,即精确设计焙烧标准升温曲线,挥发份燃尽曲线计算含挥发份燃烧速度、生炭素预制品重量、熟炭素预制品重量、沥青结焦值、挥发份燃烧时间、挥发份燃烧温度区间、和制品焙烧升温速率;3)根据沥青中有效物质的含量精确确定挥发份燃烧的升温曲线。
使用负压自动控制,是将压力稳定在较小波动范围内,从而提高挥发份燃烧效率,第一阈值和第二阈值界定了压力的波动范围。根据炭素预制品的焙烧升温需求,使用燃气恒流控制技术,将燃气流量输出控制在第三阈值和第四阈值之间,是为了提高燃烧效率,第三阈值和第四阈值界定了燃气流量输出范围。第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈均为预设值。
进一步的,上述步骤S341,炭素预制品焙烧完成之后,还包括如下步骤:
步骤S3411:以炭素预制品的焙烧时间为X轴,焙烧温度为Y轴建立坐标系,以坐标系的原点为起点,将焙烧标准升温曲线绘制于坐标系上;
步骤S3412:基于炭素预制品的焙烧实际温度,以坐标系的原点为起点,将炭素预制品的焙烧实际温度曲线绘制于坐标系上,将焙烧时间拆分为多个时间段,同时将焙烧实际温度曲线拆分为多个子线段,每个子线段对应一个时间段;
步骤S3413:先获取焙烧实际温度曲线在各个时间段结束时间点的坐标,再获取各个坐标与焙烧标准升温曲线的距离,并基于表达式7计算本次的焙烧实际温度评分D,表达式7为:,其中,/>为第/>个坐标点与焙烧标准升温曲线之间的距离,若焙烧实际温度评分D大于预设第一分数,则对焙烧过程中的温度调整方案进行更改。
具体的,在炭素预制品的焙烧时间段内,焙烧温度应该根据焙烧时间稳定上升或下降,如图2中的曲线L1所示,即曲线L1是标准焙烧标准升温曲线;但实际上,焙烧过程中的温度不会完美的按照标准升温曲线中所绘制那样上升,例如在图2中,曲线L2是实际的升温曲线,并且曲线L2为此走势的原因是,在焙烧过程中根据实际情况不断调整焙烧炉温度所导致的,例如在a1点,实际温度低于标准温度,那么就向焙烧炉中添加燃料,从而使得实际温度上升到标准温度,但实际上,焙烧过程中上升的温度受多种因素影响,即燃料的添加量与温度的上升量不成比例,这就导致在a1处添加燃料,温度可能会上升到a2的情况,焙烧时间相同,焙烧温度是不相等的,在第一个时间段,例如a1和b1点,实际焙烧温度和理论焙烧温度分别是150度和350度,调整其中的参数后,例如在需要升温时,向焙烧炉添加需要的燃料量,在第二个时间段中,实际焙烧温度经过t2时间达到了a2处的600度,此时对应的标准温度是b2处的550度,因此产生图中的曲线L2,即焙烧实际温度曲线。
在焙烧完成并获得焙烧实际温度变化曲线后,基于上述步骤对参数调整方案进行评分,具体是获取焙烧实际温度变化曲线在各个时间段结束时间点的坐标,如图2中所示坐标点a1、a2、a3、a4和a5,以上述坐标点为起点向曲线L1做垂线,从而获取各个坐标点与曲线L1的距离,最后将各个坐标点的距离值相加,那么最后得出的结果越大,表示按此种方式焙烧时,引起的焙烧温度波动越大,当其评分结果大于预设第一分数时,就需要对焙烧方式进行调整,例如,当需要升温50度时,根据当前方案需要增加5kg的燃料来升温,在对其调整后,当需要升温50度时,只需要在焙烧炉内增加3kg的燃料即可。另外,第一分数根据经验进行预设,例如,第一分数值为80度。
本发明还提供一种如图2所示的炭素均质均等数据量化的配方控制系统100,包括如下模块:
材料处理模块101,用于对骨料进行破碎、筛分和干燥处理,骨料是指原材料中不同的颗粒材料,原材料还包括沥青,沥青属于原材料中的黏结剂;
沥青配比模块102,用于采用均等技术确定骨料中沥青的掺比量;
制品焙烧模块103,用于将沥青与骨料进行混捏成型制作,获取炭素预制品,炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品。
本发明还包括碳素焙烧智能优化控制系统,碳素焙烧智能优化控制系统至少包括事件存储单元、智能事件控制器、报警单元和输入输出设备,事件存储单元用于存储生成的事件信息,事件信息包括事件内容、关联设备、事件发生时间,智能事件控制器实现主要的控制算法,用于控制整个焙烧过程,报警单元用于判断设备的运行状态,如果发生异常,及时发出人工干预预警信号;
现场执行设备对炭素预制品进行预热、焙烧和冷却操作,事件存储单元记录并存储焙烧过程中的事件信息;
智能事件控制器从事件存储单元中获取未处理的事件信息,进行自动处理,并在处理完成后标记为已处理,对于自动处理失败的事件信息,智能事件控制器触发报警单元发出人工干预预警信号;
碳素焙烧智能优化控制系统还包括事件信息的显示和查询功能,通过输出设备进行展示;
碳素焙烧智能优化控制系统还包括硬件接口程序,硬件接口程序与智能事件控制器直接连接,通过网络采集和监视现场数据,同时也将手动控制的数据通过输入设备发送给现场执行设备。
燃烧控制均质技术的控制过程是通过碳素焙烧智能优化控制系统来实现的,碳素焙烧智能优化控制系统是运行在计算机中的上位软件,它采用多变量预估优化技术,使用人机界面对焙烧炉预热区和焙烧区的各料箱、火道的温度、负压进行有效控制。为满足焙烧炉的工艺升温曲线要求,现场执行设备对炭素预制品进行预热、焙烧和冷却操作,事件存储单元对焙烧过程进行记录和存储,智能事件控制器对焙烧过程管理和控制,以生产出优质的炭素制品。碳素焙烧智能优化控制系统内置智能事件控制器,实现了主要的控制算法,而且碳素焙烧智能优化控制系统还提供了硬件的接口程序,硬件接口程序连接智能事件控制器通过高速的以太网络采集、监视现场数据,同时也将手动控制的数据通过输入设备发送给现场执行设备,现场执行设备包括焙烧炉窑等多种设备。通过上述技术方案实现对焙烧炉工艺升温曲线有效的控制。
综上所述,本发明通过对骨料进行破碎、筛分和干燥处理,采用均等技术确定骨料中沥青的掺比量,目的是根据原材料实测理化指标值动态调整其掺比量,达到炭素制品质量均等。基于沥青的掺比量,将沥青与骨料进行混捏成型制作,获取炭素预制品,炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品。均质均等炭素制品决定电流密度分布,决定电解铝、工业硅及电炉钢的降碳的量和进度;也是炭素制品理化指标和使用性能超越国际的唯一技术路径;所以均质均等数据量化的配方控制方法适用于沥青基的炭素制品的智能制造。
以上上述的实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上上述的实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
以上上述的仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种炭素均质均等数据量化的配方控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤S1:对骨料进行破碎、筛分和干燥处理,所述骨料是指原材料中不同的颗粒材料,所述原材料还包括沥青,所述沥青属于所述原材料中的黏结剂;
步骤S2:采用均等技术确定所述骨料中所述沥青的掺比量;
步骤S3:基于所述沥青的掺比量,将所述沥青与所述骨料进行混捏成型制作,获取炭素预制品,所述炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品;
所述步骤S2采用均等技术确定所述骨料中所述沥青的掺比量,包括如下步骤:
步骤S21:基于所述沥青的结焦值基准值、所述颗粒材料的重量、所述沥青掺量百分比和所述沥青当天化验结焦值,计算所述沥青当天第一掺比量,所述沥青当天第一掺比量如表达式1:其中,W1表示所述沥青当天第一掺比量,M表示所述颗粒材料的重量,R1表示所述沥青掺量百分比,L表示所述沥青结焦值基准值,D1表示所述沥青当天化验结焦值;
步骤S22:基于煅后焦粉末比电阻基准值、当天实测煅后焦粉末比电阻值和所述沥青当天第一掺比量,计算所述沥青当天第二掺比量,所述沥青当天第二掺比量如表达式2:其中,W2表示所述沥青当天第二掺比量,A表示煅后焦粉末比电阻基准值,B表示当天实测煅后焦粉末比电阻值;
步骤S23:基于煅后焦真密度基准值、当天实测煅后焦真密度值和所述沥青当天第二掺比量,计算所述沥青当天第三掺比量,所述沥青当天第三掺比量如表达式3:其中,W3表示所述沥青当天第三掺比量,C表示煅后焦真密度基准值,E表示当天实测煅后焦真密度值;
步骤S24:基于煅后焦灰分含量基准值、当天实测煅后焦灰分值和所述沥青当天第三掺比量,计算所述沥青当天第四掺比量,所述沥青当天第四掺比量如表达式4:其中,W4表示所述沥青当天第四掺比量,H表示煅后焦灰分含量基准值,F表示当天实测煅后焦灰分值;
步骤S25:基于所述沥青甲苯不容物基准值、当天实测所述沥青甲苯不容物值和所述沥青当天第四掺比量,计算所述沥青当天第五掺比量,所述沥青当天第五掺比量如表达式5:其中,W5表示所述沥青当天第五掺比量,G表示所述沥青甲苯不容物基准值,J表示当天实测所述沥青甲苯不容物值;
步骤S26:基于所述沥青170℃黏度基准值、当天实测所述沥青黏度值和所述沥青当天第五掺比量,计算所述沥青当天第六掺比量,所述沥青当天第六掺比量如表达式6:其中,W6表示所述沥青当天第六掺比量,P表示所述沥青170℃黏度基准值,K表示当天实测所述沥青黏度值;
所述步骤S3中,所述炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品,其中,所述均质技术的控制方法包括如下步骤:
步骤S31:将不同种类的所述颗粒材料按预先设置的配比混合在一起,形成干料;
步骤S32:对所述干料进行加热,将所述干料加热到目标温度,进行湿混;
步骤S33:在所述湿混阶段,根据所述沥青现场化验黏度值定义糊料温度,控制所述糊料温度在所述沥青第一动力黏度和第二动力黏度对应的区间温度之间,将所述沥青加入到所述干料中,采用间断混捏方式进行所述混捏作业;
步骤S34:控制所述糊料入模温度在沥青第三动力黏度和第四动力黏度所对应的区间温度之间,将所述糊料用机器设备压制成目标形状的炭素预制品。
2.根据权利要求1所述的一种炭素均质均等数据量化的配方控制方法,其特征在于,所述步骤S34之后,将所述炭素预制品进行焙烧包括以下步骤:
步骤S341:基于所述炭素预制品中使用的所述沥青的数量、所述沥青的挥发份燃烧燃尽速度、所述沥青的结焦反应时间和所述沥青的聚合反应时间,制定所述炭素预制品的焙烧标准升温曲线,在焙烧过程中,根据所述炭素预制品的焙烧实际温度和所述焙烧标准升温曲线,动态调整所述炭素预制品焙烧过程中的温度;
步骤S342:使用负压稳定控制技术,将炉窑内压力稳定在第一阈值和第二阈值范围之间;
步骤S343:根据所述炭素预制品的焙烧标准升温曲线,使用燃气恒流控制技术,将燃气流量输出控制在第三阈值和第四阈值之间。
3.根据权利要求2所述的一种炭素均质均等数据量化的配方控制方法,其特征在于,所述步骤S341,所述炭素预制品焙烧完成之后,还包括如下步骤:
步骤S3411:以所述炭素预制品的焙烧时间为X轴,焙烧温度为Y轴建立坐标系,以所述坐标系的原点为起点,将所述焙烧标准升温曲线绘制于所述坐标系上;
步骤S3412:基于所述炭素预制品的焙烧实际温度,以所述坐标系的原点为起点,将所述炭素预制品的焙烧实际温度曲线绘制于所述坐标系上,将所述焙烧时间拆分为多个时间段,同时将所述焙烧实际温度曲线拆分为多个子线段,每个子线段对应一个时间段;
步骤S3413:先获取所述焙烧实际温度曲线在各个时间段结束时间点的坐标,再获取各个坐标与所述焙烧标准升温曲线的距离,并基于表达式7计算本次的焙烧实际温度评分D,所述表达式7为:,其中,/>为第/>个坐标点与所述焙烧标准升温曲线之间的距离,若所述焙烧实际温度评分D大于预设第一分数,则对焙烧过程中的温度调整方案进行更改。
4.一种炭素均质均等数据量化的配方控制系统,用于实现如权利要求1-3任一项所述的方法,其特征在于,所述系统包括如下模块:
材料处理模块,用于对骨料进行破碎、筛分和干燥处理,骨料是指原材料中不同的颗粒材料,原材料还包括沥青,沥青属于原材料中的黏结剂;
沥青配比模块,用于采用均等技术确定骨料中沥青的掺比量;
制品焙烧模块,用于将沥青与骨料进行混捏成型制作,获取炭素预制品,炭素预制品采用均质技术焙烧后,得到均质均等的炭素制品;
所述沥青配比模块配置还用于:
基于所述沥青的结焦值基准值、所述颗粒材料的重量、所述沥青掺量百分比和所述沥青当天化验结焦值,计算所述沥青当天第一掺比量,所述沥青当天第一掺比量如表达式1:其中,W1表示所述沥青当天第一掺比量,M表示所述颗粒材料的重量,R1表示所述沥青掺量百分比,L表示所述沥青结焦值基准值,D1表示所述沥青当天化验结焦值;
基于煅后焦粉末比电阻基准值、当天实测煅后焦粉末比电阻值和所述沥青当天第一掺比量,计算所述沥青当天第二掺比量,所述沥青当天第二掺比量如表达式2:其中,W2表示所述沥青当天第二掺比量,A表示煅后焦粉末比电阻基准值,B表示当天实测煅后焦粉末比电阻值;
基于煅后焦真密度基准值、当天实测煅后焦真密度值和所述沥青当天第二掺比量,计算所述沥青当天第三掺比量,所述沥青当天第三掺比量如表达式3:其中,W3表示所述沥青当天第三掺比量,C表示煅后焦真密度基准值,E表示当天实测煅后焦真密度值;
基于煅后焦灰分含量基准值、当天实测煅后焦灰分值和所述沥青当天第三掺比量,计算所述沥青当天第四掺比量,所述沥青当天第四掺比量如表达式4:其中,W4表示所述沥青当天第四掺比量,H表示煅后焦灰分含量基准值,F表示当天实测煅后焦灰分值;
基于所述沥青甲苯不容物基准值、当天实测所述沥青甲苯不容物值和所述沥青当天第四掺比量,计算所述沥青当天第五掺比量,所述沥青当天第五掺比量如表达式5:其中,W5表示所述沥青当天第五掺比量,G表示所述沥青甲苯不容物基准值,J表示当天实测所述沥青甲苯不容物值;
基于所述沥青170℃黏度基准值、当天实测所述沥青黏度值和所述沥青当天第五掺比量,计算所述沥青当天第六掺比量,所述沥青当天第六掺比量如表达式6:其中,W6表示所述沥青当天第六掺比量,P表示所述沥青170℃黏度基准值,K表示当天实测所述沥青黏度值;
所述制品焙烧模块配置还用于:
将不同种类的所述颗粒材料按预先设置的配比混合在一起,形成干料;
对所述干料进行加热,将所述干料加热到目标温度,进行湿混;
在所述湿混阶段,根据所述沥青现场化验黏度值定义糊料温度,控制所述糊料温度在所述沥青第一动力黏度和第二动力黏度对应的区间温度之间,将所述沥青加入到所述干料中,采用间断混捏方式进行所述混捏作业;
控制所述糊料入模温度在沥青第三动力黏度和第四动力黏度所对应的区间温度之间,将所述糊料用机器设备压制成目标形状的炭素预制品。
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