用于熔铝炉温度监测与优化运行控制的方法、系统及终端技术方案

本发明专利技术属于工业窑炉技术领域，公开了一种用于熔铝炉温度监测与优化运行控制的方法、系统及终端，采用接触式和非接触式测温分别获得同样熔炼工序条件下铝液内部温度和熔池铝液表面温度，形成该两种温度数据库；然后结合工艺运行参数以及大数据、神经网络算法构建出整个周期的铝液标准温度

【技术实现步骤摘要】
用于熔铝炉温度监测与优化运行控制的方法、系统及终端


[0001]本专利技术属于工业窑炉
，尤其涉及一种用于熔铝炉温度监测与优化运行控制的方法、系统及终端。

技术介绍

[0002]目前，根据《中国铝消费发展趋势及峰值预测研究》，2030年中国铝消费量将达到5000万吨。在铝加工的下游产业，熔铝炉作为铝加工设备中的最大能耗系统，能耗占铝加工流程设备总能耗的46.5％。随着工业炉窑煤改气的积极推进，现代熔铝炉大多以天然气为燃料，由于天然气的价格高企以及将来面临的碳排放控制问题，如何降低吨铝天然气耗量是企业共同关注的难题。
[0003]我国熔铝炉多以周期性工作为主，熔炼过程历经入料、加热、测温、除渣、加料、调质、精炼等多道工序，单个熔炼周期时间长达数小时，如何缩短熔炼周期以减少天然气的耗量是熔铝炉运行优化控制的重要方向。另一方面，铝锭在熔化过程中对温度控制要求较高，且对后续的铝加工产品质量有较大影响。铝锭在熔炼过程中，需要测定铝水温度以防止过烧、欠烧和开展调质、精炼工作，通常采用铸铁保护套管热电偶进行浸没式间断测量，这种测量不能实时显示铝液温度变化情况。此外，炉膛温度也是一项重要的监测和控制参数，炉温过高，铝水会发生过烧；炉温过低，燃烧和传热效果不好，铝锭熔化速度慢，采用炉膛温度来控制铝水的加热温度是当前熔铝炉熔炼控制的常用方法，但是炉膛温度和铝水温度差别较大，二者的变化趋势也不一定完全同步。因此，研发适用于熔铝炉的温度实时监测控制系统变得尤为重要。
[0004]申请号201220469407.5的中国专利提出了一种通过火焰图像和热电偶监控窑炉温度的装置用于陶瓷炉膛温度监测，采用了CCD相机和热电偶耦合测量炉膛温度，弥补了热电偶单点测量的缺点，但是该测量装置无法判定CCD监测的工质表面的温度是否准确，且不能用于存在渣层的工质温度测量，更不能对渣层覆盖后的工质实际温度进行预测。
[0005]申请号CN 104359312 A的中国专利提出了一种具有红外测温系统的真空熔炼炉，红外测温仪安装在炉膛上部，能够保证每次的测温方位一致。但由于熔铝炉铝工质熔炼过程中炉膛内的温度很高，炉内燃烧组织会出现传热不均和介质的流场扰动，同时由于熔炼周期中铝液上部渣层的存在，导致该方法也不能对铝液温度准确测量。
[0006]目前，熔铝炉的温度监测和运行控制主要存在以下问题：
[0007](1)铝液(或称之为铝水)温度的接触式测量存在费时费力的难题：目前现场主要依靠人工凭借经验采用接触式间歇操作测量铝液温度，每次测温均需打开炉门，造成一定的热量损耗，且需要对燃烧器进行关停，直接增加不必要的熔炼时间，影响熔铝炉的运行效率；另外依靠人工经验测量铝液温度难以保证铝液测温的准确性和一致性，从而需要增加测量次数和劳动强度，同时熔铝炉工作过程的高温环境对工作人员造成一定的安全隐患。
[0008](2)采用机械式热电偶测温的缺点：诚然，可以采用机械式可伸缩热电偶在不开启炉门的情况下从测温孔测定铝液温度，但是仍然存在测量点单一的问题，不能准确的反映
出铝液温度，同时，在入料和扒渣时需要将热电偶从铝液中拔出，多次的拔插会造成热电偶表面生成较厚的氧化铝层和熔渣包裹，热电偶使用寿命和响应速度遭到削弱。
[0009](3)非接触式铝液温度测量难以准确实现：在铝熔炼过程中，随熔炼时间的增加铝液表面氧化渣层不断增厚，当渣层达到一定厚度时，为保证铝液的高效吸热需进行扒渣处理，渣层的存在与否和渣层的厚度都会对非接触测温产生一定的影响，难以准确的实现非接触式测量。
[0010](4)生产过程中铝液温度无法追溯：目前对铝液进行测温的主要目的仅仅是了解铝液的温度，并进行有针对性的调质工艺操作和防止超温，因此临时测温的数据可能不会被准确的记录和分析，影响对熔炼过程和熔炼质量等生产状况的了解。
[0011](5)基于炉膛温度的燃烧运行控制不合理：目前熔铝炉的控制监测对象主要是炉膛温度，当炉膛温度超温时即切断燃料供应。然而，熔炼过程中的工艺制度是以铝液温度为监控对象的，这样以来熔铝炉的运行控制存在矛盾，即铝液温度是质量控制指标，但又以炉膛温度作为加热燃烧的控制依据，但是，在周期性的熔炼过程中，铝液温度和炉膛温度的变化并非完全一致，由于司炉工不能时刻有效的掌握铝液温度，在扒渣、精炼、调质过程中只能通过经验判断和临时测温，显然，临时停车和临时测温则延长了铝液熔炼周期，增加了能耗，因此，迫切需要改变熔铝炉加热控制方法和策略进而实现熔铝炉的运行优化。
[0012]因此，针对熔铝炉的运行条件和工艺制度，迫切需要一种真实、有效、及时的温度监测系统及燃烧优化运行控制方法。
[0013]通过上述分析，现有技术存在的主要问题及缺陷为：
[0014]采用热电偶进行接触式测温，无论是机械式还是人工手持式，都存在：不能连续测量、不能多点测量、铝液温度不能在线显示和存储和追溯；此外，测量过程费时费力，通常人工测量时需要关闭燃烧器，打开炉门，降低窑炉热效率，增加劳动强度。
[0015]采用非接触式测温，所得到的温度是熔池上层表面渣层的温度，该温度与铝液的内部温度并不相等，二者的温度差值与渣层的厚度、熔炼工序有关，因此，采用非接触式测温直接准确获得铝液实际温度非常困难。
[0016]目前熔铝炉的燃烧控制是根据炉膛温度的高低进行调节，而熔铝炉的工艺控制则是根据铝液温度来实施的，仅仅控制炉温并不能精确的控制铝液温度，不能同时满足防止炉膛超温和防止铝液超温，因为二者的变化并非线性，显然，需要将燃烧负荷控制与工艺铝液温度控制进行协同，才能达到降低熔铝炉能耗和提升铝液加热质量的双重目标。
[0017]解决以上问题及缺陷的难度为：
[0018]铝液温度是熔铝炉工艺控制的最关键指标，铝液温度过低则发生欠烧，反之则过烧，过烧和欠烧都会影响后期的铝合金产品质量。为了严格执行熔炼温度要求，在整个熔炼周期中，通常由司炉工根据经验不定期打开炉门采用浸没式热电偶测温，该方法费时费力影响熔铝炉经济高效运行，但是是目前运行过程中最为有效、可行的方法。
[0019]也可以通过在炉墙某一位置安装机械式可伸缩热电偶直接插入铝液测温，但在实际过程中，热电偶由于热应力、渣层粘结、熔池扒渣等问题降低了使用的可靠性和寿命。
[0020]采用非接触式测温，不影响熔铝炉工艺过程操作，不与熔池接触，可以避免上述接触式操作的各种问题，但是其只能获得熔池表面温度，该温度与铝液温度并非一致，其原因在于熔炼过程中表面渣层的生成、增厚与消失是动态变化的，如何通过非接触式测温获得
熔池表面温度得到准确的铝液实际温度，是非接触式测温的关键。
[0021]鉴于以上分析，采用非接触测温应成为铝液测温的首选，然而现有的方法和技术并不能直接准确测量铝液温度，进一步的，由于铝液温度无法可靠获得，也无法在实际运行过程中，根据铝液温度对燃烧和负荷调节进行控制。
[0022]解决以上问题及缺陷的意义为：熔铝炉是铝加工下游产业中最大的能耗设备，而铝液温度则是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于熔铝炉温度监测与优化运行控制的方法，其特征在于，所述用于熔铝炉温度监测与优化运行控制的方法采用接触式和非接触式测温分别获得同样熔炼工序条件下铝液内部温度和熔池铝液表面温度，分别形成铝液内部温度和熔池铝液表面温度对应各自的温度数据库；再结合工艺运行参数以及大数据、神经网络算法构建出整个周期的铝液标准温度
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铝液表面温度关系模型，通过铝液标准温度
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铝液表面温度关系模型以及非接触式测温中铝液表面温度的实测值计算出铝液实际温度；基于铝液实际温度、炉膛温度提出熔铝炉的双温度加热燃烧优化控制方法和系统，根据炉膛温度、铝液实际温度与设定值的差异，发出指令实现燃料流量和燃烧器热负荷调节。2.如权利要求1所述用于熔铝炉温度监测与优化运行控制的方法，其特征在于，所述用于熔铝炉温度监测与优化运行控制的方法具体包括：步骤一，通过多个可伸缩热电偶实现全周期加热过程中铝液温度的多点定时接触式测量，获得大量的熔炼周期过程中铝液实际温度数值与对应的工序时间；并将该方式下测定的铝液实际温度视为标准温度，形成接触式测温铝液标准温度
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工序时间数据库；步骤二，通过非接触式测温获得大量的熔炼周期过程中熔池上表面温度，与步骤一中的工序时间相对应，并将该方式下测定的熔池表面温度视为铝液表面温度，形成非接触式测温铝液表面温度
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工序时间数据库；步骤三，基于步骤一和步骤二获得的铝液标准温度
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工序时间数据库和铝液表面温度
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工序时间数据库，基于大数据分析、人工智能和神经网络算法构建整个周期的铝液标准温度和铝液表面温度的关系模型；步骤四，基于步骤三获得的铝液标准温度
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铝液表面温度模型，建立起准确可靠的非接触式铝液测温方法，将非接触测温测量出的铝液表面温度值带入步骤三获得的铝液标准温度
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铝液表面温度关系模型，进行铝液标准温度计算，进而获得铝液实际温度；步骤五，基于铝液实际温度、炉膛温度实施双温度反馈运行控制，使得在炉膛升温过程和熔炼过程中，避免炉膛超温、铝液超温现象出现。3.如权利要求2所述用于熔铝炉温度监测与优化运行控制的方法，其特征在于，步骤三中，所述关系模型同时考虑熔铝工序、燃烧器热负荷、炉膛温度、工序进行的时间，拟合出铝液标准温度与铝液表面温度的非线性函数，所述关系模型公式如下：T
als
＝f(P
i
、Q
f
、T
lt
、t)*T
alsf
；其中，T
als
为铝液标准温度；P
i
为熔铝工序，P1为入料、P2为铝液搅拌、P3为预扒渣、P4为入辅料、P5为合金搅拌、P6为扒渣，P7为精炼；Q
f
为燃烧器热负荷；T
lt
为炉膛温度；t为工序P
i
所运行的时间；T
alsf
为铝液表面温度。4.如权利要求2所述用于熔铝炉温度监测与优化运行控制的方法，其特征在于，步骤五中，所述基于铝液实际温度、炉膛温度实施双温度反馈运行控制策略，包括监测控制系统设定炉膛温度为t
lts
，设定铝液温度为t
als
，记炉膛实际温度为t
ltp
，铝液实际温度为t
alp
；(1)当炉膛实际温度低于设定炉温
‑
50℃，t
ltp
<t
lts
‑
50℃，铝液实际温度低于铝液设定温度
‑
50℃，t
alp
<t
als
‑
50℃，燃烧器满负荷运行，燃料管道流量调节阀全开；(2)当炉膛实际温度高于炉膛设定温度
‑
50℃，t
ltp
>t
lts
‑
50℃，铝液实际温度低于铝液设定温度，t
alp
<t
als
‑
50℃，燃烧器满负荷运行，燃料管道流量调节阀全开；(3)当炉膛实际温度高于炉膛设定温度
‑
50℃，t
ltp
>t
lts
‑
50℃，铝液实际温度高于铝液
设定温度，t
alp
>t
als
，停止燃烧器运行，燃料管道流量调节阀关闭；(4)当炉膛实际温度高于炉膛设定温度，t
ltp
>t
lts
，铝液实际温度高于铝液设定温度，t
alp
>t
als
，停止燃烧器运行，燃料管道流量调节阀关闭；(5)当炉膛实际温度高于炉膛设定温度
‑
50℃，t
ltp
>t
lts
‑
50℃，铝液实际温度高于铝液设定温度
‑
50℃，t
alp
>t
als
‑
50℃，采用基于铝液实际温度的分段调节燃料管道流量调节阀开度来改变燃料流量；(6)当炉膛实际温度低于炉膛设定温度
‑
50℃，t
ltp<
t
lts
‑
50℃，铝液实际温度高于铝液设定温度
‑
50...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘豪，黄璞，涂垚杰，罗自学，张世红，张立麒，程强，徐顺塔，任豪，仝雨航，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：