[发明专利]一种铝电解的氧化铝浓度异常低检测方法及装置

说明书

本发明公开了一种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及装置，该方法包括：根据每个综合下料周期内表观氧化铝浓度的极大值与极小值的分布状态，确定表观氧化铝浓度与下料状态之间对应的关系类别；根据对应的关系类别、以及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为正值，且超过预设的正常范围之外达到预设阈值时，确定氧化铝浓度偏低。本发明通过各综合下料周期的表观溶解滞后时间量化氧化铝溶解性能，提升氧化铝浓度的检测性能。

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氧化铝浓度异常低检测方法及装置。

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，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。

同时，电解槽中的氧化铝浓度非常重要。氧化铝浓度过低易引发阳极效应，使槽电压急剧上升，破坏电解槽的能量平衡。常用的阳极效应预报方法有：基于槽电压(或槽电阻)斜率跟踪法和以槽电阻斜率为主要依据，以物料平衡估算等为辅助依据等方法。本申请将这类方法统称为基于斜率的方法(简称斜率法)。氧化铝浓度过高又会造成槽底沉淀，危害电解槽的稳定性，降低电流效率，而很少有针对工业电解槽中高氧化铝浓度在线检测的报道。目前，在线测量工业电解槽内氧化铝浓度很困难，常用的氧化铝浓度偏低的检测方法有基于模型的方法和数据驱动的方法。由于铝电解生产过程中很多关键参数无法在线测量，因此很难建立适应性强的在线系统模型，而数据驱动的方法和基于信号的方法不需要精确或完整的模型，应用较多。其中，常见的方法有专家系统，多元统计方法和智能算法等。

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在线测量困难，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。数据驱动的方法面临高计算代价和对异常数据不敏感等问题。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，而氧化铝浓度的异常检测主要是依据斜率法。

因此如何量化氧化铝溶解性能，并有效地用于氧化铝浓度偏低的异常检测，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氧化铝浓度异常低检测方法及装置，以量化氧化铝溶解性能，并有效地提升氧化铝浓度偏低时的检测性能。

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氧化铝浓度异常低检测方法，包括：