[發明專利]一種控制鋁電解槽內氧化鋁濃度穩定均勻的方法

有效

• 申請號: 201110372135.7
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN102400182A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 李旺興;張艷芳;趙慶云;邱仕麟;柴登鵬;張保偉;楊建紅
• 申請（專利權）人: 中國鋁業股份有限公司
• 主分類號: C25C3/20
• 分類號: C25C3/20
• 代理公司: 中國有色金屬工業專利中心 11028
• 代理人: 李子健;李迎春

技術領域

本發明涉及鋁電解領域，尤其涉及一種控制鋁電解槽內氧化鋁濃度穩定均勻的方法。

背景技術

在鋁電解生產過程中，氧化鋁濃度的控制極為重要。氧化鋁濃度過低時容易引發陽極效應，帶來電耗的增加、槽溫的上升，溫室氣體排放量增加等等問題，但濃度過高又容易引發槽底氧化鋁沉淀，造成電解槽的電壓擺動、冷槽等不穩定狀況。目前大型鋁電解預焙槽對氧化鋁濃度的控制主要依據氧化鋁濃度-電阻控制曲線，氧化鋁濃度的特征電阻曲線根據濃度從低到高被分為了幾個濃度區：效應區、敏感區、不敏感區、高濃度區，電解槽控制系統均是根據槽內氧化鋁濃度變化所反應出的槽電阻的變化來進行下料控制，采用低氧化鋁濃度控制，將濃度主要控制在敏感區。控制系統的下料方式主要分為欠量下料、正常下料、過量下料、停止下料等分階段進行，有的系統在每一下料方式又細分了幾個微調方式，如欠量1、欠量2等欠量下料的周期又略有不同。控制系統通過以上下料方式周期性的循環往復運行實現對氧化鋁濃度的控制。為了方便識別氧化鋁濃度，當前各種控制系統對電解槽濃度的控制主要是將濃度控制在敏感區域，使濃度的變化在電阻變化上的反映比較敏感，從而實現對氧化鋁濃度的識別和控制。所以目前的控制系統在是通過大量過量下料、欠量下料周期的切換將濃度控制在敏感區域，使槽內氧化鋁濃度一般在1.5-3.5之間往復波動。由于電流分布的不均勻導致電解槽各處氧化鋁消耗的不一致，以及從下料點到周圍的濃度擴散梯度的存在，氧化鋁濃度在槽內的分布不均勻。當前下料裝置對應的爐底處很容易形成氧化鋁的堆積，長期下來易形成槽內沉淀，影響電解槽的穩定性。當前控制系統對于電解槽存在的在槽內空間上的氧化鋁濃度不均勻暫無解決措施。

隨著國家節能減排政策的執行，高能耗的電解鋁生產過程通過低電壓運行實現降耗成為大勢所趨，傳統的控制系統將氧化鋁濃度控制在敏感區的同時，也將電解槽控制在了相對的濃度對應的高電阻區，不利于槽電壓的進一步降低；且大量的過量下料和欠量下料周期的不停切換使電解槽總是運行在周期性的波動狀態中；當電解槽濃度波動到相對較低的時候，由于電解槽氧化鋁濃度的不均勻性和不等消耗，會造成局部氧化鋁濃度過低；當前的下料裝置又易致在下料口形成的沉淀，這些都會對電解生產產生很多非常不利的影響。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術存在的問題，是提供一種控制鋁電解槽內氧化鋁濃度穩定均勻的方法。

一種控制鋁電解槽內氧化鋁濃度穩定均勻的方法，其特征在于，該方法將氧化鋁濃度控制目標設在低阻濃度區，采用對鋁電解槽在時間上按需給料空間上按需分配料量的控制方式對電解槽進行下料控制，同時改進下料裝置和或下料方式，減少下料口堆積沉淀的產生，使電解槽氧化鋁濃度長期穩定和均勻的運行在氧化鋁濃度-電阻控制曲線的低阻區。

根據上述控制鋁電解槽內氧化鋁濃度穩定均勻的方法，其特征在于，時間上按需給料和穩定在氧化鋁濃度-電阻控制曲線的低阻區運行，將氧化鋁濃度控制目標設在低阻濃度區，結合兩個主要的控制過程：長期的“按需下料”?和短期的“濃度校驗”來實現，具體實現方式如下：

1)“按需下料”：是在低阻濃度區按預測的電解槽電流效率進行長期的按需下料，保證濃度穩定在低阻濃度區；

2)“濃度校驗”：包括“濃度識別”、“效率預測”、“濃度校正”，短期的濃度校驗是為了防止長期按需下料帶來濃度的慢飄和對電流效率的預測修正，若出現濃度飄移則進行“濃度校正”的調整過程，將濃度調整回低阻濃度區，否則不必執行，“濃度校驗”通過以下方式具體實現：

3)“濃度識別”，是當電解槽根據效率按需下料一個長周期后，對電解槽進行短期的停止下料或欠量下料和過量下料，根據電解槽電壓電阻變化情況以及槽溫、分子比數據來識別出氧化鋁濃度；

4)“效率預測”是根據按需下料期運行中的濃度電阻變化情況、下料時間、以及校正過程識別的氧化鋁濃度，對上期預估電流效率進行修正預測，供下一按需下料周期使用；

5)“濃度校正”，是根據識別的氧化鋁濃度，在一段時間內通過過量下料、欠量下料或停止下料將飄移的氧化鋁濃度恢復至氧化鋁濃度-電阻控制曲線的低阻區。

根據上述控制鋁電解槽內氧化鋁濃度穩定均勻的方法，其特征在于，對電解槽空間上按需分配料量是對電解槽每一陽極進行等距壓降的在線連續測量，獲得陽極電流分布數據，在預估電流效率的基礎上分別計算出槽內各陽極的氧化鋁消耗速度，再根據每一下料點周圍陽極的氧化鋁消耗情況，調整各下料點的下料量分配比例，通過各下料點的非均勻下料，滿足陽極的不均勻消耗，來實現濃度的均勻分布。