[发明专利]铝用炭阳极焙烧工艺控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种铝用炭阳极焙烧工艺控制方法及系统，该方法包括：在新火焰周期开始后，利用预先建立的初始控制模型对工艺参数进行控制并周期性采集各炉室的温度；根据采集的各炉室的温度计算升温速率；对所述温度及升温速率进行同一性无量纲化处理，得到二维状态信号；根据所述二维状态信号构建矩阵控制模型；在达到设定时间后，利用所述矩阵控制模型对所述炉室的工艺参数进行控制。利用本发明，可以对各炉室火道温度实现柔性控制，有效提高焙烧炉热效率、降低燃气单耗；而且火焰柔性较好，益于延长火道墙寿命。

技术领域

本发明涉及炭阳极焙烧控制领域，具体涉及一种铝用炭阳极焙烧工艺控制方法及系统。

背景技术

炭阳极焙烧过程有四个阶段：低温预热、负压管理、高温烧结、冷却。焙烧温度曲线是控制焙烧炉运行的重要工艺参数，以焙烧过程中阳极各种理化性能指标变化、炉体结构、阳极规格、填充材料、运行的炉室数等为依据而制定。阳极焙烧温度控制的目的是让烧制过程完全按照理论温度/时间曲线进行，传统的铝用炭阳极焙烧控制系统大都采用PID(比例、积分、微分)控制算法。

焙烧工艺属于流体动力学与传热学领域，其本质规律是“非稳态、非线性、滞后性”，工艺控制的对象不能简单化理解为火道温度，而应涵盖“火道中心线—火道墙—填充料—阳极中心线”整个体系单元，其传热过程可以描述为：一、燃烧器喷射的火焰(高温烟气)与耐火砖表面之间，主要依靠辐射传热与对流传热，将热量传递至耐火材料表面(火道侧)，传热强度取决于火焰温度、对流系数与黑度等，一般来讲，火道侧的砖基表面温度典型范围为1250～1280℃，可满足制品的热处理程度，过高则会接近耐火材料荷重软化点，将严重影响火道墙寿命，同时也存在过度焙烧的问题；温度过低，则表明焙烧不足；二、热量在耐火材料火道侧表面传导至耐火材料的料箱侧表面，这遵守傅立叶导热定律，传热强度主要取决于耐火砖的导热系数，料箱端的砖基温度典型范围为1150～1200℃；三、热量在填充料中的传递，此过程更加复杂，需要构建模拟电路微分方程的方式来求解和耦合；四、阳极内部热传导与均温化处理，也遵守傅立叶导热定律，最终制品(商品阳极)温度要达到1080℃以上。由此可见，从火道中心线至阳极中心线之间，传热体系非常复杂，各种传热过程绝非同步性，充分体现了非线性、非稳态、滞后性的特点，这一切都应以热效率为核心。

传统的铝用炭阳极焙烧控制系统大都采用PID(比例、积分、微分)控制算法，等同于将火道从传热体系单元中游离开来。阳极焙烧工艺控制的本质对象是阳极炭块，这离不开传热体系氛围。因此PID并不适合于焙烧工艺控制，或者说容易对焙烧工艺控制对象产生误判。

发明内容

针对现有的PID控制方式并不适用于炭阳极焙烧工艺控制的问题，本发明提供一种铝用炭阳极焙烧工艺控制方法及系统。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种铝用炭阳极焙烧工艺控制方法，所述方法包括：

在新火焰周期开始后，利用预先建立的初始控制模型对工艺参数进行控制并周期性采集各炉室的温度；

根据采集的各炉室的温度计算升温速率；

对所述温度及升温速率进行同一性无量纲化处理，得到二维状态信号；

根据所述二维状态信号构建矩阵控制模型；

在达到设定时间后，利用所述矩阵控制模型对所述炉室的工艺参数进行控制。

可选地，所述初始控制模型包括：各火道及其对应的燃气功率分布参数、负压参数。

可选地，所述初始控制模型为表格形式。

可选地，所述对所述温度及升温速率进行同一性无量纲化处理，得到二维状态信号包括：

根据预先设定的各炉室的曲线温度误差范围及焙烧温度曲线对所述炉室的温度进行同一性无量纲化处理，得到温度状态信号；