一种铝电解工艺参数优化方法以及铝电解槽组技术

本发明专利技术涉及一种铝电解工艺参数优化方法以及铝电解槽组，方法包括如下步骤：1)根据预设的最优标准寻找一个或多个运行最优铝电解槽；2)获取所述运行最优铝电解槽的工艺参数作为优化工艺参数；3)按照所述优化工艺参数对其他被控电解槽进行控制；所述最优标准至少包括，电流效率高于设定电流效率值，且槽平均工作电压低于设定槽平均工作电压值；所述优化工艺参数包括以下参数中的一个或者两个以上的组合：电解质温度、电解质分子比、氧化铝浓度和极距。本发明专利技术的方法通过直接将现有运行良好的电解槽的工艺参数复制到其他运行一般的电解槽上，跳出复杂的工艺参数控制模型和相关计算，实现电解槽控制上的精简。实现电解槽控制上的精简。实现电解槽控制上的精简。

【技术实现步骤摘要】
一种铝电解工艺参数优化方法以及铝电解槽组


[0001]本专利技术涉及一种铝电解工艺参数优化方法以及铝电解槽组，属于铝电解槽节能


技术介绍

[0002]铝电解工业生产采用冰晶石—氧化铝融盐电解法。所谓冰晶石—氧化铝融盐就是以冰晶石为主的氟化盐作为熔剂，氧化铝为熔质组成的多相电解质体系。以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在920℃-970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应。化学反应主要通过以下方程进行：2Al2O3+3C＝4Al+3CO2。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，阴极产物是铝液。
[0003]如图1所示的铝电解槽示意图，包括阴极1、阳极导电棒2、阳极母线3、打壳下料机构4、集气罩5、阳极碳块6、槽帮结壳7、侧壁内衬8、阴极棒9、槽壳10、防渗隔热材料11、电解质12、铝水13、烟道口14。通电后，电流依次通过阳极碳块6、电解质12、铝水13、阴极1、阴极棒9，电解生成的铝水形成在阴极1上。电解质12开始结晶时的温度为初晶点或初晶温度，电解质12的温度和初晶点的差为过热度。阳极碳块6到铝水13表面的距离为极距。电解过程中，电解质通过槽侧壁散热，靠近槽侧壁的电解质凝固形成槽帮结壳7，槽帮结壳7的形状由电解质温度决定，温度高则熔化一部分，温度低则槽帮结壳7变厚。
[0004]2017年我国铝电解用电量高达5000亿kWh，整个电解铝行业耗电量占到全国总用电量的9％以上，电解铝能量利用率不到50％，因此，铝电解生产的高能耗、低能效是一个较为严重的问题。
[0005]吨铝的直流电耗等于2980
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平均电压/电流效率。低温及低电压工艺，是实现电解铝节能的两大途径。研究表明，电解温度每降低10℃，电流效率约提高1％，吨铝节电140度。但是，低温状态下电解质导电性能、氧化铝溶解性能、添加剂种类及添加方法等均对电解过程产生影响，因没有找到适宜的低温电解质体系，制约了低温电解在大型铝电解槽上的工业化应用。
[0006]而平均电压每降低0.1V，吨铝节电320度，因此，降低铝电解槽的槽电压，提高电流效率，从而实现节能是目前电解铝行业实现节能的主要途径。
[0007]然而，在铝电解生产过程中，槽电压是电解槽能量平衡中众多相互耦合的变量之一，电解槽能量平衡中任何变量的改变都会引起电解槽现有的平衡被打破，若不能控制其他变量使电解槽达到新的能量平衡，槽内铝电解反应会受到影响，电解槽的运行也会变得不稳定甚至电解槽遭到损坏。例如，极距的减小会减小槽电压，导致输入到电解槽中的能量减少，直接影响就是使电解质的温度降低和过热度降低，同时导致槽帮结壳及伸腿变厚，改变炉帮形状，影响槽内电流分布和电解槽的电磁稳定性。而能量平衡的打破和改变又会影响到槽内的物料平衡(氧化铝和氟化铝成分的稳定)，例如槽帮结壳和伸腿的熔化或变厚会影响电解质水平，改变氧化铝浓度，电解质温度的改变会影响氧化铝的溶解度；最终会改变电解质的分子比和初晶点，而初晶温度的改变又会反过来影响过热度，过热度又会引起一
系列的参数和变量的改变。也就是说电解槽的能量平衡和物料平衡不是相互独立的，而是能量平衡和物料平衡中每个参数每个变量之间都存在耦合关系，是互相关联互相影响的，因此在现有技术中，同时控制好电解槽的能量平衡和物料平衡才能取得好的技术经济指标和保证电解槽稳定运行。
[0008]对于电解槽能量平衡和物料平衡的控制，在目前的铝电解生产过程中，如图2所示的现行铝电解工艺与临界稳定控制系统，通过采集槽状态参数判断槽况，然后通过调整极距、电压、电流、铝水平来调整电解槽的能量平衡；继续基于槽况预估再通过氧化铝和氟化盐的合理加料制度来调整电解槽的物料平衡。通过槽内两种平衡的协调配合下，保证电解槽电化学反应的基本条件，同时维持电解槽及电解反应的稳定，并且尽可能的提高电流效率实现节能。即从输入端进行调节，实现电解铝稳定性及节能控制。
[0009]但是由于电解槽可用于控制系统的实时采集数据极少，加之能量平衡和物料平衡互相影响，很难同时实现电解反应的稳定和提高电流效率实现最大程度的节能，现实情况往往是为了保证电化学反应的基本条件和电解槽及电解反应的安全稳定，而去牺牲电流效率提高能耗。能量平衡这一电解过程最基本的工艺条件无法独立实时调节，就很难保证电解过程处于优化的状态；难以实现铝电解过程的稳定和节能平衡下的最优。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种铝电解工艺参数优化方法和铝电解槽组，以及一种基于过热度的铝电解工艺参数优化方法和实现过热度控制的铝电解槽组。用于实现铝电解槽稳定的同时进一步降低能耗。
[0011]为实现上述目的，本专利技术的方案包括：
[0012]本专利技术提供一种铝电解工艺参数优化方法，包括如下步骤：
[0013]1)根据预设的最优标准寻找一个或多个运行最优铝电解槽；
[0014]2)获取所述运行最优铝电解槽的工艺参数作为优化工艺参数；
[0015]3)按照所述优化工艺参数对其他被控电解槽进行控制；
[0016]所述最优标准至少包括，电流效率高于电流效率阈值，且槽平均工作电压低于槽平均工作电压阈值；所述优化工艺参数包括以下参数中的一个或者两个以上的组合：电解质温度、电解质分子比、氧化铝浓度和极距。
[0017]本专利技术还提供一种铝电解槽组，包括一组电解槽和电解槽组控制器，所述电解槽组控制器用于采集各个电解槽的参数，以及控制各个电解槽的工艺参数，所述电解槽组控制器执行实现上述用于铝电解槽的工艺参数优化方法的指令。
[0018]本专利技术的技术效果：
[0019]铝电解生产过程中，铝电解槽的各个工艺参数(包括电解质分子比、氧化铝浓度和极距)互相耦合，在调节过程中相互影响，控制极为复杂，很难通过工艺参数将电解槽调整到最优状态(槽况稳定、节能且效率高)。本专利技术的方法通过直接将现有运行良好的电解槽的工艺参数复制到其他运行一般的电解槽上，跳出复杂的工艺参数控制模型和相关计算，实现电解槽控制上的精简。
[0020]本专利技术的方法在应用后，各电解槽过热度控制在8-12℃、氧化铝浓度1.5-2.5％、极距35-40mm；电流效率达到93-95％，最终实现吨铝节电200-300kwh。
[0021]作为对铝电解工艺参数优化方法和铝电解槽组的进一步改进，步骤1)中，寻找运行最优铝电解槽的方法为：首先对比各铝电解槽电流效率，找到电流效率最高的一个铝电解槽，然后将该铝电解槽的电流效率与电流效率阈值进行比较，若该铝电解槽的电流效率大于电流效率阈值，则将该铝电解槽的槽平均工作电压与槽平均工作电压阈值进行比较，若该铝电解槽的槽平均工作电压小于槽平均工作电压阈值，则认定该铝电解槽为运行最优铝电解槽；
[0022]其中，若找到电流效率最高的两个以上的铝电解槽，将对应两个以上的铝电解槽的电流效率与电流效率阈值进行比较，若对应两个以上的铝电解槽的电流效率大于电流效率阈值，则将对应两个以上的铝电解槽的槽平均工作电压分别与槽平均工作电压阈值进行比较，若本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝电解工艺参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据预设的最优标准寻找一个运行最优铝电解槽；2)获取所述运行最优铝电解槽的工艺参数作为优化工艺参数；3)按照所述优化工艺参数对其他被控电解槽进行控制；所述最优标准至少包括，电流效率高于电流效率阈值，且槽平均工作电压低于槽平均工作电压阈值；所述优化工艺参数包括以下参数中的一个或者两个以上的组合：电解质温度、电解质分子比、氧化铝浓度和极距。2.根据权利要求1所述的铝电解工艺参数优化方法，其特征在于，步骤1)中，寻找运行最优铝电解槽的方法为：首先对比各铝电解槽电流效率，找到电流效率最高的一个铝电解槽，然后将该铝电解槽的电流效率与电流效率阈值进行比较，若该铝电解槽的电流效率大于电流效率阈值，则将该铝电解槽的槽平均工作电压与槽平均工作电压阈值进行比较，若该铝电解槽的槽平均工作电压小于槽平均工作电压阈值，则认定该铝电解槽为运行最优铝电解槽；其中，若找到电流效率最高的两个以上的铝电解槽，将对应两个以上的铝电解槽的电流效率与电流效率阈值进行比较，若对应两个以上的铝电解槽的电流效率大于电流效率阈值，则将对应两个以上的铝电解槽的槽平均工作电压分别与槽平均工作电压阈值进行比较，若仅有一个铝电解槽的槽平均工作电压小于槽平均工作电压阈值，则认定该铝电解槽为运行最优铝电解槽；若有多个铝电解槽的槽平均工作电压小于槽平均工作电压阈值，则认定槽平均工作电压最小的铝电解槽为运行最优铝电解槽。3.根据权利要求1所述的铝电解工艺参数优化方法，其特征在于，步骤1)中，寻找运行最优铝电解槽的方法为：首先对比各铝电解槽槽平均工作电压，找到槽平均工作电压最低的一个铝电解槽，然后将该铝电解槽的槽平均工作电压与槽平均工作电压阈值进行比较，若该铝电解槽的槽平均工作电压小于槽平均工作电压阈值，则将该铝电解槽的电流效率与电流效率阈值进行比较，若该铝电解槽的电流效率小于电流效率阈值，则认定该铝电解槽为运行最优铝电解槽；其中，若找到槽平均工作电压最低的两个以上的铝电解槽，将对应两个以上的铝电解槽的槽平均工作电压与槽平均工作电压阈值进行比较，若对应两个以上的铝电解槽的槽平均工作电压小于槽平均工作电压阈值，则将对应两个以上的铝电解槽的电流效率分别与电流效率阈值进行比较，若仅有一个铝电解槽的电流效率大于电流效率阈值，则认定该铝电解槽为运行最优铝电解槽；若有多个铝电解槽的电流效率小于电流效率阈值，则认定电流效率最大的铝电解槽为运行最优铝电解槽。4.根据权利要求1所述的铝电解工艺参数优化方法，其特征在于，步骤1)中，寻找运行最优铝电解槽的方法为：首先对比各铝电解槽的电流效率和槽平均工作电压，找到满足所述最优标准的一个或多个铝电解槽；若仅有一个满足最优标准的铝电解槽，则认定该铝电解槽为运行最优铝电解槽；若有两个以上满足最优标准的铝电解槽，则选择电流效率最高的一个铝电解槽为运行最优铝电解槽；或者选择槽平均工作电压最低的一个铝电解槽为运行最优铝电解槽；或者为电流效率和槽平均工作电压分别设置权重，结合权重从两个以上满足最优标准
的铝电解槽中选择一个作为运行最优铝电解槽。5.根据权利要求1～4任一项所述的铝电解工艺参数优化方法，其特征在于，电流效率阈值为93～95％；槽平均工作电压阈值为3.8～4.0V。6.一种铝电解槽组，包括一组电解槽和电解槽组控制器，所述电解槽组控制器用于采集各个电解槽的参数，以及控制各个电解槽的工艺参数，其特征在于，所述电解槽组控制器执行实现如权利要求1～5任一项所述铝电解工艺参数优化方法的指令。7.一种基于过热度的铝电解工艺参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据预设的最优标准寻找一个或多个运行最优铝电解槽；2)获取所述运行最优铝电解槽的过热度形成标准过热度区间；3)采集被控铝电解槽内电解质的过热度测量值；4)将所述过热度测量值与所述标准过热度区间比较，若所述过热度测量值高于标准过热度区间上限，则控制槽壁换热装置使槽壁换热量增加；若所述过热度测量值低于标准过热度区间下限，则控制槽壁换热装置使槽壁换热量减少；若所述过热度测量值在标准过热度区间范围内，则不做调整；所述槽壁换热装置为调节槽壁散热量的换热装置；所述最优标准包括，电流效率高于电流效...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁学民，曹志成，冯冰，刘战生，
申请(专利权)人：郑州轻冶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：