[發明專利]一種槽幫預測量方法

在審

• 申請號: 201810238069.6
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108446501A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 張紅亮;王棋鈺;李劼;冉嶺;孫珂娜
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/20
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

本發明公開了一種槽幫預測量方法，包括如下步驟：獲取鋁電解槽的結構參數和工藝參數，并使用假設的初始槽幫形狀，采用有限元理論及方法建立有限元切片模型；獲取每班每臺槽現場測量的電解質溫度及各監測點的槽殼溫度參數；將電解質溫度及各監測點的槽殼溫度參數作為邊界條件輸入有限元切片模型中進行迭代求解，計算槽幫厚度；獲取對應溫度所計算的槽幫內形曲面的節點坐標，對所有節點坐標先進行二維插值預處理，再進行三維插值建模，得到三維槽膛整體形狀，并反饋槽幫形狀。本發明利用槽幫厚度與形狀的慢時變特點與槽幫預測量需要一段時間的特點，可以實現溫度測量與槽幫形狀計算的無縫銜接，既減少了計算，又保證了槽幫預測量的效果。

技術領域

本發明屬于鋁電解槽領域，尤其涉及一種槽幫預測量方法。

背景技術

我國鋁電解工業發展迅猛，目前原鋁產量連續十幾年保持世界第一，并且在電解槽設計、建造、控制與管理方面均取得創新性發展。我國鋁電解工業正呈現產業集中化、槽大型化以及操作工藝苛刻化的特征。槽幫是在電解槽內部沿四周槽膛逐漸形成的一層堅固的固態結殼。槽幫對于鋁電解槽的長壽命、低能耗及穩定運行影響重大。槽幫的存在避免了熔融的高溫電解質及鋁液對于側部炭塊的直接物理沖刷和化學侵蝕，保護了內襯材料，是槽壽命延長的先決條件；槽幫是電和熱的不良導體，規整的槽膛能抑制電流側漏，對節能意義重大；槽幫的生長與消融一定程度上能夠使電解質實現自適調節，從而及時調節電解槽內熱損失及電解質分子比，維持動態熱平衡與物料平衡。因此，測量槽幫形狀對槽況和生產的監控及問題的處理具有重要意義。

對應用于工業鋁電解槽槽幫的測量方法，主要有用工具直接測量和計算機模擬兩方面。工具直接測量較困難，難以及時測量。專利201110439642.8與專利CN201611055395.0均公開了一種鋁電解槽爐幫實時測量方法，但實際工業生產上，電解槽槽幫厚度與形狀是一個慢時變過程，無需實時監測。對于一個穩定生產的電解槽，其溫度波動不大，所以一般每臺槽一班人工測量一次溫度。專利申請“一種基于熱流耦合的鋁電解槽三維爐幫的評估方法”中公開了一種計算鋁電解槽爐幫的具體方法，但計算時間長，且沒有具體說明如何在工業生產中應用。因此有必要設計一個適用于工業生產需求的有效的槽幫預測量方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種槽幫預測量方法，以解決現有鋁電解工業生產中槽幫形狀難以有效測量的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供的一種槽幫預測量方法：包括下述步驟：

步驟1：獲取鋁電解槽的結構參數和工藝參數，并使用假設的初始槽幫形狀，采用有限元理論及方法建立有限元切片模型；

步驟2：獲取每班每臺槽現場測量的電解質溫度及各監測點的槽殼溫度參數；

步驟3：將步驟2中得到的電解質溫度及各監測點的槽殼溫度參數作為邊界條件輸入有限元切片模型中進行迭代求解，計算槽幫厚度；

步驟4：獲取對應溫度所計算的槽幫內形曲面的節點坐標，對所有節點坐標先進行二維插值預處理，再進行三維插值建模，得到三維槽膛整體形狀，并反饋槽幫形狀。

步驟1中采用有限元理論及方法建立的有限元切片模型的表達式如下所示：

式中，T為節點溫度，k_x、k_y、k_z為x、y、z軸方向的導熱系數，由步驟1獲得，q_s為熱源強度，對于設置電解質恒定溫度，q_s＝0。

進一步的，步驟4中所述二維插值的方法采用最小曲率法，其所采用的約束條件為：

式(2)中，x、y、z為各節點坐標值，f為曲面函數，E為曲面能或粗糙度，即要求對曲面函數的二次偏導數項的平方和在插值區域內的積分值為最小。對它的顯式全局解可寫作：