[发明专利]一种基于铝电解槽的氧化铝浓度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及自适应控制领域，特别是涉及一种基于铝电解槽的氧化铝浓度控制方法。

背景技术

电能消耗是电解铝生产工艺上能源消耗最大的地方，随着电费价格越来越高，其在铝成本中的比重越来越大，因此，降低电解铝电耗是全国各个电解铝厂降低铝锭成本、增加经济效益的有效途径，也是国家重点攻关课题。

铝电解过程中伴随着复杂的电化学反应，物质和能量转换复杂，生产环境极其恶劣，生产过程机理不清楚，难以建立数学模型；而且生产过程具有高度非线性、干扰大、不确定性强、未知因素多、可在线监测信息量少，这些都增加了生产过程准确控制的难度。

现有多种测定氧化铝浓度的方法，包括取样化验法(包括氯化铝溶出法、X-射线衍射法、测定总氧量法等)、电化学法(包括计时电位法、临界电流密度法、阳极效应电压法、电动势法等)、槽电阻推算法以及模糊推理控制法。在这些方法中，取样化验法中的氯化铝溶出法在工业上已广泛应用，其特点是廉价并且方便，其缺点是分析时间长，不能就地及时得到在线的氧化铝浓度。已有的电化学法一般只是局限于实验室的研究，且误差较大，难以用于工业电解槽浓度测定。现阶段的铝电解槽一般通过测定槽电阻而间接推算电解槽中的Al₂O₃浓度，从而进行自动控制，这种方法存在误差及干扰较大。模糊推理控制法是采集电解槽工作状态参数并控制进料，这种方法误差较大，不适用于精确控制。

此外，在相关密度测量领域，现有密度传感器测量存在误差，存在噪点；同时，现有数字滤波常规做法为求平均值，在实时变动的数据测量中存在较大测量误差。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于铝电解槽的氧化铝浓度控制方法，旨在提供氧化铝浓度监控新方法。在该方法中，通过测试电解液密度，根据密度与浓度的关系曲线换算得到氧化铝浓度，并进行投料控制。此外，密度与浓度关系曲线的建立以及采集密度的数据处理也是本发明解决的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于铝电解槽的氧化铝浓度控制方法，包括如下步骤：

S1：模型建立；模型建立包括：建立电解液密度/浓度关系曲线，建立电解液密度/温度补偿曲线；

S2：密度传感器采集电解液的抽样密度并发送至控制单元；温度传感器采集电解液的抽样温度并发送至控制单元；

S3：控制单元对所述抽样密度进行数字滤波，过滤异常采集点；计算过滤后的抽样密度的加权均值；根据密度/温度补偿曲线，获得密度补偿指数；计算密度补偿指数与电解液密度加权平均值之和，获取等效密度值；

S4：控制单元依据所述浓度/密度关系曲线，获取氧化铝浓度值；

S5：控制单元依据所述氧化铝浓度，控制槽控机向电解槽投料。

本发明提供了一种基于铝电解槽的氧化铝浓度控制方法，首先获得密度/浓度关系曲线，密度/温度补偿曲线，然后再通过测试电解液密度，根据密度与浓度的关系曲线换算得到氧化铝浓度，并进行投料控制。该方法相比较于通过测定槽电阻而间接推算氧化铝浓度，具有更优的精确性。

进一步而言，建立电解液密度/浓度关系曲线的方法为：非通电状态下，向电解槽投入原料，加热至电解质处于熔融状态，将电解槽溶液控制在第一温度T₁；持续添加氧化铝，并实时采集氧化铝总投入总量及电解液总质量，实时采集电解液密度，建立在第一温度下的密度/浓度关系曲线；其中，氧化铝浓度为氧化铝总投入量与电解液总质量的比值；

在本发明中，电解液密度/浓度关系曲线的建立是非在线建立的。通过实验测试出在一定温度下，氧化铝密度和氧化铝浓度关系并拟合出关系曲线。在不同配比的电解原料，氧化铝密度和浓度关系也不尽相同，故而本发明公开了关系曲线的建立方法，以满足不同配料比下关系曲线的确定。优选的，本发明构建设备工艺相对较优的工作温度，即第一温度，构建密度/浓度关系曲线。

进一步而言，建立电解液密度/温度补偿曲线的方法为：非通电状态下，将氧化铝浓度控制在第一浓度下，控制电解槽温度从第二温度T₂变化至第三温度T₃并实时采集电解液温度及其电解液密度，建立在第一浓度下电解液密度/温度关系曲线ρ＝g(T)；建立在第一浓度下电解液密度/温度补偿曲线Δρ＝h(T)＝g(T)-g(T₁)；其中，Δρ为密度补偿指数，所述T介于T₂、T₃之间。