[发明专利]用于铝电解的正常化槽电压数据时频分析方法及设备

说明书

本发明公开了一种用于铝电解的正常化槽电压数据时频分析方法，所述方法包括：对正常化槽电压历史数据进行时频分析，在尺度图的基础上使用能量谱密度，得到与氧化铝浓度对应的频率范围以及与槽稳定性相关的低频槽噪声频率划分及其频带宽度。实施本发明，不仅能够克服前述现有技术的不足和缺陷，而且本发明得到的正常化槽电压中包含了多种信号分量及其对应的频率范围，与现有技术相比，该频率范围更窄，相关信号分量分布更加精确，并且还覆盖了现有技术未涉及的其他因素造成的次低频噪声。

技术领域

本发明铝电解槽过程控制领域，特别涉及一种用于铝电解的正常化槽电压数据时频分析方法及设备。

背景技术

冰晶石-氧化铝熔盐电解是铝电解工业生产原铝的唯一方法，铝电解槽是铝电解生产过程的“心脏”。电解所用的原料为氧化铝，电解质为熔融的冰晶石，采用炭素阳极。电解结果是阴极上得到熔融铝和阳极上析出二氧化碳。由于铝电解槽内部涉及复杂的电化学、物理化学反应，冰晶石-氧化铝熔盐具有高温、强腐蚀性等特点，导致众多关键参数不能直接测量。同时，现代铝电解生产的“五低三窄一高”高效节能技术与铝电解槽大型化、超大型化趋势的出现，使得铝电解过程控制面临着在更苛刻的条件下，实现氧化铝浓度、槽稳定性和槽温控制的挑战，亟需正确、有效和实用性强的过程控制参数加入铝电解槽的过程控制系统中，以提高铝电解槽运行效率。

在机理知识方面，前人在实验室实验、热力学计算等实验与机理分析的基础上，得到表观槽电阻、氧化铝浓度和极距之间存在如图1所示的定性关系，简称“U”型曲线。在极距一定的条件下，氧化铝浓度与槽电阻呈“U”型关系，即在氧化铝中等浓度区存在一个槽电阻最小值。该最小值的位置随电解质的组成与温度等工艺条件的不同在3％～5％的范围内波动。当氧化铝浓度高于或低于槽电阻最低值点对应的浓度时，槽电阻均会升高。在极值点左侧，槽电阻随浓度的降低而显著增加。当浓度降低到效应临界浓度时，槽电阻会急剧升高，而发生阳极效应。效应临界浓度和槽电阻最低值对应的氧化铝浓度形成的氧化铝浓度区间称为氧化铝浓度敏感区，也称为氧化铝浓度可控区。

在铝电解过程中，电解质组分、电解温度、极距等条件不同，U型曲线的位置也会不同。极距的调整会造成U型曲线的上下漂移，温度的变化则会使U 型曲线左右平移。这些移动量很难定量计算，使得槽电阻与氧化铝浓度很难建立数值上对应关系。虽然坐标系中的U型曲线位置不固定，但形状基本不变，因此利用槽电阻变化率可间接得到氧化铝浓度的高低[6]。所以在工业铝电解槽过程控制系统中槽电阻斜率/累斜是关键控制参数，直接影响着槽温控制[4,7]、氧化铝浓度控制[8,9,42,43]及阳极效应预报[10]等。