买专利,只认龙图腾
首页 专利交易 科技果 科技人才 科技服务 商标交易 会员权益 IP管家助手 需求市场 关于龙图腾
 /  免费注册
到顶部 到底部
清空 搜索

【发明授权】一种铝电解的电解质温度监测方法及装置_中南大学_201910122321.1 

申请/专利权人:中南大学

申请日:2019-02-19

公开(公告)日:2020-06-23

公开(公告)号:CN110106530B

主分类号:C25C3/20(20060101)

分类号:C25C3/20(20060101)

优先权:["20190203 CN 2019101086515"]

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.06.23#授权;2019.09.03#实质审查的生效;2019.08.09#公开

摘要:本发明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。

主权项: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;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;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。

全文数据:一种铝电解的电解质温度监测方法及装置技术领域本发明涉及铝电解领域,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。背景技术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。发明内容有鉴于此,本发明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,本发明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。本发明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。本发明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发明的实施例,并且与描述一起用于解释本发明的原理。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发明的一些实施例,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为本发明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,aU2的正常化槽电压-表观氧化铝浓度-下料综合曲线bU3时的正常化槽电压-表观氧化铝浓度-下料综合曲线cU2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为本发明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发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。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,可求得温度Tc与溶解速度K的关系。α-Al2O3的溶解速度为γ-Al2O3的溶解速度为:由式1和式2可知α-Al2O3和γ-Al2O3的溶解速度均随温度升高而增大的定性关系。通常情况下,工业电解槽内电解质温度变化较缓慢,因此氧化铝溶解性能的中长期变化受到电解质温度变化的影响,溶解速度的增加可反映电解质温度的升高。其次,溶解速度与已有氧化铝浓度无关。氧化铝浓度在5%以下范围内时,氧化铝溶解为零级反应,氧化铝的溶解速率与己溶解在电解质中的氧化铝浓度无关。工业电解槽中氧化铝浓度的目标控制范围一般为1.5%~3.5%左右,氧化铝溶解属于零级反应,可以认为工业电解槽中氧化铝溶解速率与电解质中已有氧化铝浓度关系很小或无关。因此,在工业电解槽中,电解质中氧化铝浓度变化对氧化铝的溶解性能的影响可以忽略。反之,氧化铝溶解速率直接影响了电解槽中氧化铝浓度变化的快慢。特别是在大型电解槽中,单位产铝量的电解质使用量的减少,使得氧化铝溶解速率对电解质中的氧化铝浓度变化影响更大,因此氧化铝浓度的变化在大型槽中更为明显。综上所述,工业电解槽中氧化铝的溶解性能如下机理知识mechanism:M1:熔体运动对氧化铝溶解性能有短期的影响,且氧化铝溶解性能随熔体运动强烈程度变化而变化。M2:电解质温度变化对氧化铝溶解性能有着中长期的影响,且氧化铝溶解性能随温度升高而逐渐增大。M3:电解质中已有氧化铝浓度对氧化铝的溶解性能的影响可以忽略,反之,氧化铝溶解性能可直接影响电解槽中氧化铝浓度变化的快慢,且槽型越大影响越明显。2、氧化铝浓度与槽电压关系。铝电解槽控机可在线测量的数据有槽电压和系列电流;槽控机自动记录的数据有:下料信息、阳极升降信息、阳极效应等;而电解质温度由人工用热电耦每天测量一次,并以报表的形式记录下来。目前,很难实现氧化铝浓度、电解质温度的在线检测,而槽电压广泛使用的参与铝电解自动控制的在线信号。槽电压、氧化铝浓度之间存在的“U”型曲线使得通过槽电压变化检测氧化铝浓度变化成为可能。氧化铝浓度与理论槽电电压或槽电阻呈“U”形关系,称为“U”型曲线,即在中等浓度区中存在一个理论槽电压极低值UThLow,对应浓度CLow。槽电压UThLow对应的浓度CLow的位置随电解质的组分、温度等工艺条件的不同在3%~5%的范围内波动。当浓度高于或低于CLow时,槽电阻都会升高。在极值点左侧,槽电压随浓度的降低而显著增加。当浓度降低到效应临界浓度CAE时,槽电压会急剧升高,而发生阳极效应。氧化铝浓度区间[CAE,CLow]形成的低氧化铝浓度区间称为氧化铝浓度可控区,本申请称为氧化铝浓度正常区域。随氧化铝浓度变化的槽电压成分主要有阳极过电压theanodicoverpotential、电解质电阻率theohmicpotentialdropinthemelt和反应电势thereactionpotential,相应地,有如下机理知识:M4:在CLow的左侧低浓度侧,槽电阻随浓度的降低而显著增加的主要原因是阳极过电压随浓度的降低而显著升高。阳极过电压中对槽电阻影响最大的是由气膜电阻所致的过电压πfilm。M5:在CLow的右侧高浓度侧,过电压受浓度变化的影响很小,槽电阻随浓度升高而升高的主要原因是电解质电阻率随浓度的升高而升高当浓度升高到一定程度时,沉淀的产生还会成为高浓度区电阻升高的重要原因。为排除系列电流变化所产生的干扰,在工业生产中用正常化槽电压UNk作为电解槽自动控制的主要信号,即其中,是tk时刻的表观槽电阻,Uk是采样槽电压,Ik是采样槽电流,Ib是基准系列电流,B是表观反电动势。3、正常化槽电压和下料状态的关系可以用如下机理知识表述:M6:当氧化铝浓度正常时在低浓度区,正常化槽电压与下料状态有“欠升过降”的规律,即欠量下料时正常化槽电压升高,过量下料时正常化槽电压下降。M7:当氧化铝浓度正常时,正常化槽电压变化趋势由上升变为下降,对应于电解质中氧化铝浓度由降低变为升高,即正常化槽电压的峰值对应着氧化铝浓度的最低值。M8:氧化铝浓度异常时,正常化槽电压与下料状态间的“欠升过降”规律遭到破坏。基于上述机理知识,通过长期工业现场调研及大量历史数据分析,本申请发明人发现:正常化槽电压由上升趋势变为下降趋势的时间稍稍滞后于下料状态的欠量下料期进入过量下料期的转换时间,且在每个综合下料周期内的滞后时间不同。在电解槽中,氧化铝的下料直接影响了电解质中的氧化铝浓度。为了进一步获取在线氧化铝浓度信息,本实施例针对下料状态定义了综合下料频率周期,构造出了实际综合下料频率周期的形式化表示。通常情况下,欠量下料期末期和过量下料前期是电解质中氧化铝浓度最低的时段,此时正常化槽电压对氧化铝浓度变化非常敏感。为了将此敏感时段作为小波分析的对象,本实施例做如下定义。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IntegralFeedPeriod,IFP,用四元组表示。其中,tusi为第i个欠量下料期开始位置,tuei为第i个欠量下料期结束位置,tosi为第i个过量下料期开始位置和toei为第i个过量下料期结束位置向量。tosi=tuei+k1和tusi+1=toei+k2,k1,k2∈N+。k1是转换因子1,表示第i个实际综合下料周期中欠量下料tuei转入过量下料tosi所用采样点个数;k2是转换因子2,表示第i个实际综合下料周期中过量下料结束toei转入第i+1个实际综合下料周期的欠量下料开始tuei+1所用的采样点个数。其中,tusitueitositoei。通常情况下,在每个实际综合下料周期的中部即欠量下料期末期和过量下料前期之间的一段时间内氧化铝浓度最低。定义实际综合下料周期长度为过量下料期结束位置与欠量下料开始位置之差,即设采样时间间隔为Δt,第i个实际综合下料周期持续时间为第i个实际综合下料频率为设F0是与正常化槽电压U0对应的槽控机记录的时间间隔为Δt的下料状态序列。F0中有nifp个综合下料周期,定义下料状态F0的实际综合下料矩阵其中定义下料状态F0的实际综合下料周期持续时间向量和实际综合下料频率向量具体如图1为氧化铝浓度正常时的正常化槽电压U1和下料状态FU1。FU1有6个实际综合下料周期Tifp,U1i,i=1,…,6,实际综合下料矩阵Mfeed,U1为则Tifp,U1i的过量下料开始位置为tos,U1=[17240963081410191242]T。由如图1可知,U1在ttr,U1=[18943566083410581253]T附近由上升趋势转为下降趋势。在所有Tifp,U1i中,ttr,U1均滞后于tos,U1,且滞后时间不一致。由上述机理知识M1、M2和M3可知:1可以用这个滞后时间来表征工业电解槽内电解质溶液对氧化铝颗粒的在线溶解能力;2由欠过下料转换导致的氧化铝浓度变化对此时的溶解能力影响很小,可以忽略不计;3不一致的滞后时间是由电解槽内熔体运动强烈程度导致的氧化铝溶解性能的短期变化所致。由于正常化槽电压包含了铝液波动等多种信息,如图1中的U1振荡剧烈,无法由U1直接确定氧化铝浓度变化趋势转换的精确位置。本实施例各图中如图1STV为设定电压,STVL为设定电压上限或下限。在图2中,PAC曲线为与U1、FU1对应的表观氧化铝浓度PU1,他们之间有如下特点:1PU1与U1变化趋势相同;2PU1与FU1有明显的“欠升过降”关系;3在每个Tifp,U1i内,PU1的趋势转换时间滞后于FU1的欠过量下料的转换时间;4PU1仅有一个极大值,且这个极大值出现在过量下料期内离tos,U1i不远的位置。为了能确定氧化铝浓度变化趋势转换的精确位置,不直接使用正常化槽电压,而是用与其对应的表征氧化铝浓度趋势变化的表观氧化铝浓度来计算滞后时间。关于表观氧化铝浓度的解释说明可以参见本申请之前关于铝电解的相关专利申请。如图3所示,本实施例提供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,其包括:S301: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;S302,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;具体地,本申请实施例定义表观溶解滞后系数位置为与正常化槽电压UN相关的用来计算表观溶解滞后系数时所用序列位置,它是表观氧化铝浓度P和下料状态F的函数。当氧化铝浓度正常时,表观溶解滞后系数位置是表观氧化铝浓度P由上升趋势转换为下降趋势时的序列位置即P在某个综合下料周期内的全局极大值出现位置,表征了氧化铝浓度变化趋势由逐渐降低转换到逐渐升高时的序列位置,意味着此时的氧化铝浓度达到了本综合下料周期的最低值,如图1和图2中的ttr,U1i。S303,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;具体地,本实施例定义表观溶解滞后系数pseudodissolutionhysteresiscoefficient,PDHC为每个综合下料周期内表观溶解滞后系数位置与过量下料开始时的序列位置之间的差值,即具体地,本申请实施例定义表观溶解滞后时间pseudodissolutionhysteresistime,PDHT其中fs为采样频率。如图2中tpdhc,U1=ttr,U1=[18943566083410581253]T,Dpdhc,U1=tpdhc,U1-tos,U1=tpdhc,U1-Mfeed,U1·e3=[172630203911]T,当时,U1的每个Tifp,U1i的表观溶解滞后时间PDHT与现场实验得到的结果相当,基本符合化学实验的结果。电解质温度、电解质成分变化缓慢,它们对溶解性能的短期影响可忽略。因此,每个Tifp,U1i的PDHC值虽各不相同,但波动较小。由M1可知,熔体运动强烈程度是溶解滞后时间的主要影响因素。PDHC和PDHT较小,表示该综合下料周期内电解槽内熔体运动较强烈,电解质中氧化铝颗粒扩散良好,溶解能力强;PDHC和PDHT较大,表示该综合下料周期内电解槽内熔体运动较缓,电解质中氧化铝颗粒扩散不好,溶解能力较弱。综上所述,通过PDHC量化了氧化铝溶解性能,可在线表征工业铝电解槽中氧化铝的相对溶解能力。PDHC是由在线采集的正常化槽电压和在线记录的下料状态获得,所以,PDHC也可在线获取。正常化槽电压包含了电解槽的电流强度、电解质组分、温度等工艺条件的影响,PDHC同样也包含相应工艺条件的影响。同一电解槽的工艺条件相对稳定,PDHC也相对稳定;不同电解槽的工艺条件不同,PDHC会有不同。所以,PDHC具有普遍性。S304,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。具体检测方法可以参见如下描述:在氧化铝浓度正常时的表观氧化铝浓度与下料状态之间有着明显的“欠升过降”关系,即在每个综合下料周期内表观氧化铝浓度只有一个极大值,且这个极大值出现在过量下料期内离tos,U1i不远的位置,见图2所示。S305,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。具体监测原理及方法如下:电解槽中电解质温度变化缓慢,由机理知识M2可知,若长时间追踪PDHC和PDHT,可获得在线温度信息。为分析不同电解质温度下PDHC值的变化,选取氧化铝浓度正常时电解质温度分别为K=965℃图4a和K=973℃图4b时,有明显“欠升过降”规律的正常化槽电压U2和U3,并计算它们的PDHC为DPDHC,U2=[32383141445333552642]T,DPDHC,U3=[18404125332537302730]T。分别对DPDHC,U2和DPDHC,U3升序排序后绘制图4c。图4c中“·”表示排序后的DPDHC,U2,“*”表示排序后的DPDHC,U3。图4c显示较低电解质温度时的PDHC明显高于电解质温度较高时的PDHC,这与由机理分析得到的氧化铝溶解速度随温度升高而增大的定性关系一致。因此,跟踪较长时间段的PDHC可获得在线电解质温度变化信息。为了进一步分析电解质温度与PDHC的关系,根据人工测量的电解质温度数据选取大量具有较低温度955℃~965℃和较高温度966℃~978℃电解槽的连续24小时内正常化槽电压数据计算PDHC。为了避免人工操作和特殊槽况对PDHC性质分析的影响,选取连续前三个综合下料周期IFP中无出铝、换极、抬母线等操作、无阳极效应等特殊槽况,且氧化铝浓度正常时的表观溶解滞后系数,并绘制较高和较低电解质温度下的各200个PDHC的箱线图和对应的次序统计量,如图5和表1所示。表1不同电解质温度下PDHC的次序统计量分类中位数下四分位点上四分位点四分位极差三均值下截断点上截断点低温LT3624452135.25-7.576.5高温HT211427.513.520.875-6.2547.75图5中,上面的虚线为200个低温时的PDHC的中位数,下面的虚线为200个高温时的PDHC的中位数,其他的次序统计量见表1。图4c、图5和表1PDHC对较高和较低电解质温度的区分度大:低温时的PDHC的次序统计量绝对值均明显大于高温时PDHC,即氧化铝在低温电解质中的溶解速度明显慢于高温电解质。可以理解的是,对于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。以及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。上述步骤中的第一系数参数值可以根据多个高电解质温度的样本PDHC得到,第二系数参数值可以根据多个低电解质温度的样本PDHC得到。在其他工艺条件不变的情况下,氧化铝在电解质的溶解能力受电解质温度影响较大。如果长时间追踪PDHC变化,可获知工业电解槽中电解质的在线温度变化。PDHC的这个性质可以用于电解质温度的在线监测,改变由人工使用热电耦每天测量一次电解质温度的现状,缓解无法在线测量电解质温度变化的难题;也可以作为特征值用于与电解质温度、过热度相关的多种槽况识别算法中或作为智能算法中自动标注的依据。本实施例通过PDHC量化了氧化铝溶解性能,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。PDHC是隐含在正常化槽电压信号与下料状态中的机理与工艺知识的显性化表示。PDHC值具有特定的含义,使用PDHC进行电解质温度在线监测,具有通用性高、计算代价小、可解释性好等优点,建立起氧化铝溶解机理研究、工艺知识与工业在线应用的桥梁,是知识自动化在工业铝电解生产中的应用案例。如图6所示,本发明实施例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,图1-图5所示实施例的解释说明均可以应用于本实施例,该装置包括:关系确定单元601,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602,用于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;系数确定单元603,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604,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605,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。进一步地,所述温度监测单元包括:第一监测模块图中未示出,用于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。进一步地,所述温度监测单元还包括:第二监测模块图中未示出,用于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。进一步地,所述关系确定单元,具体用于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。具体地,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系。本实施例通过进行探索性分析,发现氧化铝溶解性能、氧化铝浓度、电解质温度与槽电压之间隐含的本质关系,并将其显性化得到表观溶解滞后系数。表观溶解滞后系数体现了槽电压与氧化铝溶解性能、氧化铝浓度、电解质温度等三者间深层次的关系。PDHC量化了工业电解槽中氧化铝溶解性能,填补了无法表征在线氧化铝溶解能力的空白。使用PDHC可解决铝电解行业尚不能实现的在线监测电解质温度的问题。本领域普通技术人员可以理解,实现上述实施例的全部或者部分步骤单元模块可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述程序可以存储于计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述实施例各单元中对应的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光碟等各种可以存储程序代码的介质。以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求: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。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,其中,tusi为第i个欠量下料期开始位置,tuei为第i个欠量下料期结束位置,tosi为第i个过量下料期开始位置和toei为第i个过量下料期结束位置向量;tosi=tuei+k1和tusi+1=toei+k2,k1,k2∈N+;k1是转换因子1,表示第i个实际综合下料周期中欠量下料tuei转入过量下料tosi所用采样点个数;k2是转换因子2,表示第i个实际综合下料周期中过量下料结束toei转入第i+1个实际综合下料周期的欠量下料开始tuei+1所用的采样点个数;其中,tusitueitositoei。7.一种机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测装置,其特征在于,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。8.如权利要求7所述的机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测装置,其特征在于,所述温度监测单元包括:第一监测模块,用于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。9.如权利要求8所述的机理与工艺知识驱动的铝电解的电解质温度监测装置,其特征在于,所述温度监测单元还包括:第二监测模块,用于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。10.如权利要求7-9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装置,其特征在于,所述位置确定单元,具体用于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;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。

百度查询: 中南大学 一种铝电解的电解质温度监测方法及装置

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息,力求客观、公正,但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解,仅供参考使用,不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

相关技术
相关技术
相关技术