一种铝电解的电解质温度监测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测方法及装置，该方法包括：当表观氧化铝浓度在综合下料周期的过量下料期内只有一个极大值时，确定氧化铝浓度正常时的关系；确定相应综合下料周期的表观溶解滞后系数的序列位置；根据每个综合下料周期内的表观溶解滞后系数的序列位置与过量下料开始时的序列位置之间的差值，确定相应综合下料周期的表观溶解滞后系数；当各表观溶解滞后系数在预设的正常范围内时，确定对应的综合下料周期的所述氧化铝浓度正常；利用氧化铝浓度正常时的综合下料周期的表观溶解滞后系数，对相应综合下料周期的电解质温度监测。本发明专利技术通过表观溶解滞后系数量化氧化铝溶解性能，提高了电解质温度的监测效率。

A Method and Device for Monitoring Electrolyte Temperature in Aluminum Electrolysis

【技术实现步骤摘要】
一种铝电解的电解质温度监测方法及装置
本专利技术涉及铝电解领域，特别涉及一种机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测方法及装置。
技术介绍
铝电解是以氧化铝为原料，使直流电通过电解槽上的炭素阳极，流经熔融冰晶石电解质，在阴极上得到熔融金属铝和阳极上析出二氧化碳的过程。电解质成分的复杂性和电解质的高温强腐蚀性给在线获取氧化铝溶解性能、氧化铝浓度和电解质温度带来了很大困难。对于氧化铝溶解性能而言，现代铝电解生产的高效节能技术与铝电解槽大型化趋势使得铝电解过程面临着在更少的电解质内、更低的电解温度和更低的电解电压下，有效溶解更多的氧化铝的问题。氧化铝在电解质中的溶解过程非常复杂，不能及时溶解的氧化铝会形成沉淀、结壳，直接影响了电解槽槽况的稳定性。大量学者对氧化铝溶解过程的反应机理及影响因素进行了大量实验与机理研究，也在此基础上提出了许多溶解模型。已有文献指出在特定的温度、电解质组分等环境中进行化学实验，研究结果表明在氧化铝加入熔体5～10分钟内，溶解速度非常高，之后则很低。在工业铝电解槽中，各影响因素不断变化，且主要影响因素也与化学实验不同。已有文献发现：工业电解槽中的电解质温度及搅动、下料方式对氧化铝溶解速度有较大影响。对工业电解槽中氧化铝的溶解滞后的研究更少，仅有文献指出：在电解质摩尔比2.6～2.7，电解质温度955℃，氟化钙含量5％的160kA预焙槽上进行实验，发现氧化铝溶解滞后时间为2分钟左右，溶解63.2％的氧化铝所需时间为10分钟左右。对于工业电解槽，电解质温度是重要工艺参数，对电流效率的影响最为重要。如果电解温度值高于正常值，则会使结壳溶化，氧化铝浓度和电解质分子比升高，铝溶解损失增加。如果电解温度过低，电解质发粘，将导致铝与电解质分离困难，造成铝损失，降低电流效率。由于迄今还没有找到一种长期测温适用的热电偶保护套管,因此在线测温的难度很大。常用方法有基于模型的方法和数据驱动的方法。而在工业现场，电解质温度测量几乎都采用把探头插入电解质内的间歇式方法，或是依靠现场经验来判断温度。现有关于氧化铝溶解性能、氧化铝浓度和电解质温度的研究成果大多停留在机理模型或是针对特定工艺条件下的实验槽上，很多关键参数是固定的。在工业电解槽中，这些参数是实时变化且不能在线测量，因此很难建立适应性强的在线系统模型，使得基于模型的方法适用性和精确性受到了很大限制。数据驱动的方法高度依赖大量历史数据，面临高计算代价、对异常数据不敏感和可解释性差等问题。基于信号的方法通常抽取输出信号的主要统计特征，作为数据驱动方法的输入，与数据驱动的方法面临同样问题。因此，氧化铝溶解性能作为控制参数仍然没有在工业上得到广泛应用。因此如何量化氧化铝溶解性能，并有效地用于电解质温度监测，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提供一种机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测方法及装置，以量化氧化铝溶解性能，并有效地提升电解质温度的监测性能。具体而言，本专利技术提供一种机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测方法，包括：当表观氧化铝浓度在综合下料周期的过量下料期内只有一个极大值时，确定表观氧化铝浓度与下料状态之间对应的关系为氧化铝浓度正常时的关系；根据所述氧化铝浓度正常时的关系、以及每个综合下料周期内表观氧化铝浓度的分布状态，确定相应综合下料周期的表观溶解滞后系数的序列位置；根据每个综合下料周期内的表观溶解滞后系数的序列位置与过量下料开始时的序列位置之间的差值，确定相应综合下料周期的表观溶解滞后系数；当各综合下料周期的表观溶解滞后系数在预设的正常范围内时，确定对应的综合下料周期的所述氧化铝浓度正常；利用所述氧化铝浓度正常时的综合下料周期的表观溶解滞后系数，对相应综合下料周期的电解质温度监测。本专利技术还提供一种机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测装置包括：关系确定单元，用于当表观氧化铝浓度在综合下料周期的过量下料期内只有一个极大值时，确定表观氧化铝浓度与下料状态之间对应的关系为氧化铝浓度正常时的关系；位置确定单元，用于根据据所述氧化铝浓度正常时的关系、以及每个综合下料周期内表观氧化铝浓度的分布状态，确定相应综合下料周期的表观溶解滞后系数的序列位置；系数确定单元，用于根据每个综合下料周期内的表观溶解滞后系数的序列位置与过量下料开始时的序列位置之间的差值，确定相应综合下料周期的表观溶解滞后系数；浓度检测单元，用于当各综合下料周期的表观溶解滞后系数在预设的正常范围内时，确定对应的综合下料周期的所述氧化铝浓度正常；温度监测单元，用于利用所述氧化铝浓度正常时的综合下料周期的表观溶解滞后系数，对相应综合下料周期的电解质温度监测。本专利技术通过表观溶解滞后系数和表观溶解滞后时间量化氧化铝的在线溶解能力，可弥补目前无法量化表征工业铝电解槽中氧化铝的在线溶解能力的空白，通过量化氧化铝溶解性能，可在线表征工业铝电解槽中氧化铝的相对溶解能力。追踪PDHC的长时间变化，可获知工业电解槽中电解质的在线温度变化。PDHC可为工业铝电解槽电解质温度在线监测等提供依据。附图说明并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。图1为氧化铝浓度正常时的正常化槽电压U1滞后现象示意图；图2为与氧化铝浓度正常时的正常化槽电压U1对应的氧化铝浓度PU1和下料状态FU1的示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测方法的流程图；图4为不同电解质温度的表观溶解滞后系数比较，其中，(a)U2的正常化槽电压-表观氧化铝浓度-下料综合曲线(b)U3时的正常化槽电压-表观氧化铝浓度-下料综合曲线(c)U2和U3的表观溶解滞后系数比较图5为不同电解质温度下的箱线图；图6为本专利技术实施例提供的一种机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测装置的结构框图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。在详细描述实施例之前，首先分析本申请涉及的机理知识，具体如下：1、氧化铝溶解性能与熔体运动、温度、浓度之间的关系首先，氧化铝溶解速度除受到物理性能影响外，还受到以电磁力为动量源的铝液波动与流动和以阳极气泡推动的电解质循环运动组成的电解槽内熔体运动的影响。按照一定时间间隔加入电解槽的氧化铝颗粒随熔体运动扩散至电解质各个区域。其中，扩散良好的氧化铝颗粒溶解时间很短；扩散不好的氧化铝颗粒，易产生聚集现象，溶解时间大大增加。因此，氧化铝溶解性能的短期变化受到槽内熔体运动强烈程度的影响。根据Arrhenius公式与Gerlach等人通过实验得到冰晶石溶液中氧化铝溶解速度曲线，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测方法，其特征在于，包括：当表观氧化铝浓度在综合下料周期的过量下料期内只有一个极大值时，确定表观氧化铝浓度与下料状态之间对应的关系为氧化铝浓度正常时的关系；根据所述氧化铝浓度正常时的关系、以及每个综合下料周期内表观氧化铝浓度的分布状态，确定相应综合下料周期的表观溶解滞后系数的序列位置；根据每个综合下料周期内的表观溶解滞后系数的序列位置与过量下料开始时的序列位置之间的差值，确定相应综合下料周期的表观溶解滞后系数；当各综合下料周期的表观溶解滞后系数在预设的正常范围内时，确定对应的综合下料周期的所述氧化铝浓度正常；利用所述氧化铝浓度正常时的综合下料周期的表观溶解滞后系数，对相应综合下料周期的电解质温度监测。

【技术特征摘要】
2019.02.03 CN 20191010865151.一种机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测方法，其特征在于，包括：当表观氧化铝浓度在综合下料周期的过量下料期内只有一个极大值时，确定表观氧化铝浓度与下料状态之间对应的关系为氧化铝浓度正常时的关系；根据所述氧化铝浓度正常时的关系、以及每个综合下料周期内表观氧化铝浓度的分布状态，确定相应综合下料周期的表观溶解滞后系数的序列位置；根据每个综合下料周期内的表观溶解滞后系数的序列位置与过量下料开始时的序列位置之间的差值，确定相应综合下料周期的表观溶解滞后系数；当各综合下料周期的表观溶解滞后系数在预设的正常范围内时，确定对应的综合下料周期的所述氧化铝浓度正常；利用所述氧化铝浓度正常时的综合下料周期的表观溶解滞后系数，对相应综合下料周期的电解质温度监测。2.如权利要求1所述的机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测方法，其特征在于，所述利用所述氧化铝浓度正常时的综合下料周期的表观溶解滞后系数，对相应综合下料周期的电解质温度监测的步骤包括：在待监测的多个所述氧化铝浓度正常时的综合下料周期的表观溶解滞后系数比第一系数参数值小时，则所述待监测的多个所述氧化铝浓度正常时的综合下料周期的电解质温度偏高。3.如权利要求2所述的机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测方法，其特征在于，所述利用所述氧化铝浓度正常时的综合下料周期的表观溶解滞后系数，对相应综合下料周期的电解质温度监测的步骤还包括：在待监测的多个所述氧化铝浓度正常时的综合下料周期的表观溶解滞后系数比第二系数参数值大时，则所述待监测的多个所述氧化铝浓度正常时的综合下料周期的电解质温度偏低。4.如权利要求1-3中任一项所述的机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测方法，其特征在于，所述氧化铝浓度正常时的关系、以及每个综合下料周期内表观氧化铝浓度的分布状态，确定相应综合下料周期的表观溶解滞后系数的序列位置的步骤包括：在所述对应的关系为氧化铝浓度正常时的关系时，将综合下料周期内过量下料期的局部极大值的序列位置作为相应综合下料周期的表观溶解滞后系数的序列位置。5.如权利要求4所述的机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测方法，所述综合下料周期为发生阳极效应前且无出铝、无换极以及无抬母线的下料周期。6.如权利要求5所述的机理与工艺知识驱动的铝电解的氧化铝浓度异常低检测方法，其特征在于，所述过量下料开始时的序列位置为过量下料期开始位置，根据如下定义得到：设下料状态F0，定义F0的第i个欠量下料期和紧接着的一个过量下料期为F0的第i个实际综合下料周期，用四元组表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓方，曾朝晖，谢永芳，岳伟超，李理，吴仁超，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43