CN117210879B - 一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法，包括以下步骤：数据准备：收集电解槽槽控系统的历史数据；槽型分类和管理：将电解槽根据阴极材料和上部结构特性划分为不同的槽型；基准添加量计算：按照槽龄可分为启动后期和正常期；目标分子比确定：根据电解槽稳定性排序；调整所需氟化铝计算：计算调整到目标分子比所需的氟化铝添加量；日氟化铝调整量计算：计算原料修正量。本发明综合考虑了物料、能量平衡，兼顾电解槽个别属性，在电解槽稳定的前提下选择相对低的分子比有利于提高电解槽运行技术经济指标，采用单个电解槽历史数据确定基准添加量较好地消除了电解槽氟化铝定容器定容量等经常发生因素对氟化铝添加量带来的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及铝电解槽领域，具体为一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法。
背景技术
电解质是现行铝电解槽的溶剂是铝电解反应的“血液”担负着导电、溶解氧化铝、维持热平衡的重任，维持一个相对稳定的电解质成分尤其是氟化钠和氟化铝摩尔数之比对电解槽的稳定性和技术经济指标都有重要意义，氟化铝添加量不足分子比上升、槽温上升、电解槽电流效率降低，添加量过多分子比急剧降低，电解槽稳定性变差、氧化铝溶解性能变差、电流效率、氟化铝单耗等经济指标恶化，因此合理调整氟化铝添加量既是维持电解质成分稳定、电解槽运行稳定也是优化技术经济指标，降低物料消耗的有效途径，现有的添加方法可以分为定值法、经验法两大类。
定值法就是在分子比分析结果出来后按照既定的公式选择不同的添加量，存在以下的不足之处：
1.不能根据不同电解槽的实际状况进行调整，经常出现个别电解槽分子比忽高忽低的现象；
2.在电解槽的运行技术条件、原料等发生给出的添加量对生产无指导意义；
3.没有充分挖掘现有槽控机等生产管理系统生成的大量数据财富进行综合分析研判，浪费了数据财富。
经验法就是用现场管理人员根据自身生产管理经验结合分子比分析值、槽控系统运行数据给出氟化铝添加量，存在以下的不足之处：
1、完全基于现场管理人员的经验，不同的人员给出的添加量差别很大；
2、人工进行槽控系统等大数据分析存在工作量大、准确性差等无法克服的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法，包括以下步骤：
步骤S1，数据准备：收集电解槽槽控系统的历史数据，其中包括槽温和电解质分子比，进行原材料检化验，以获取氟化铝和氧化铝的化学成分和物理性能数据，收集现场测量数据，其中，包括电解槽的实际状态和历史变化趋势；
步骤S2，槽型分类和管理：将电解槽根据阴极材料和上部结构特性划分为不同的槽型，其中包括高石墨质阴极和石墨化阴极，将相同的电解槽归为一类进行分类管理；
步骤S3，基准添加量计算：按照槽龄可分为启动后期和正常期，对于启动后期电解槽，基准添加量取同类型电解槽分子比小于3.0的所有电解槽的平均添加量，而对于正常期电解槽，根据最近两个月内同一厂家或质量牌号的氟化铝分子比分析值排序，选取分子比在技术条件范围内的氟化铝添加量平均值作为基准添加量；
步骤S4，目标分子比确定：对于正常期管理的电解槽，根据电解槽稳定性排序，确定目标分子比，可优先选取稳定性最优的前20%槽，目标分子比为本次分子比分析值减0.1，对于中等稳定性的20%～80%槽，目标分子比为本次分子比分析值减0.05，对于稳定性最差的80%槽，目标分子比为本次分子比分析值加0.1，但不得超过技术条件分子比范围的上下限；
步骤S5，调整所需氟化铝计算：计算调整到目标分子比所需的氟化铝添加量，计算公式为调整所需氟化铝添加量=2*电解质总量*(上次分子比分析值-目标分子比值)/(目标分子比值*(上次分子比分析值+2))；
步骤S6，日氟化铝调整量计算：计算原料修正量，包括周期内氧化铝中氧化钠含量与月平均值的差异，以及其他参数，计算周期内周日均氟化铝添加量，包括基准添加量、氟化铝松装密度、氟化铝和氧化铝质量变动带入的修正量，最终计算日氟化铝调整量，包括波动性和电解质温度修正率、运行电压差修正率、系列电流修正率。
进一步的，所述步骤S1中，电解质总量是根据电解槽炉膛设计参数、极距、炉膛测量平均数据、平流层和气泡层、电解质高度的距离计算出液体电解质的总量。
进一步的，所述步骤S3中，当合格范围为2.4～2.6时，则选取分子比在2.4～2.6范围内的氟化铝添加量平均值作为基准添加量。
进一步的，所述步骤S4中，当合格范围为2.4～2.6，则最低目标分子比是2.4，最高目标分子比是2.6，本次分析分子比低于下限的按照下限加0.05作为目标分子比，当分析值为2.3，合格范围下限为2.4，则目标值为2.45，启动后期首次添加氟化铝的分子比按照本次分析值减0.05确定本次目标分子比，直至分子比分析值低于分子比保持范围上限纳入正常期电解槽进行管理。
进一步的，所述步骤S6中，原料修正量的计算公式具体如下：
原料修正量=（本周期内氧化铝中氧化钠含量-月平均氧化铝中氧化钠）*吨铝氧化铝单耗*（0.903+2.71/目标分子比）*周单槽平均出铝量/（本周氟化铝中F+Al）含量/氟化铝体积密度。
进一步的，所述步骤S6中，周日均添加量的计算公式具体如下：
周日均添加量=单槽基准日氟化铝添加量+（调整到目标分子比所需氟化铝总量/周期天数/氟化铝松装密度+氟化铝、氧化铝质量变动带入的修正量/氟化铝松装密度）*设计定容量/实际称重定容量。
进一步的，所述步骤S6中，日氟化铝添加量的计算公式具体如下：
日氟化铝添加量=周日均添加量*（100-波动性和电解质温度修正率+运行电压差修正率+系列电流修正率）。
进一步的，所述步骤S6中，波动性和电解质温度修正率是利用至少一月的技术条件数据按不同槽型对工区电解槽进行分子比和槽温排序，生成不同分子比范围对应的平均槽温，若2.45对应的平均温度为945℃，若2.44对应为942℃，选择目标分子比所对应的槽温作为目标槽温按照下表进行调整。
进一步的，所述步骤S6中，运行电压差等于电解槽日均工作电压减日均设定电压，可以表征电解槽的稳定性和过热度，超过一定范围时说明电解槽已经发生波动，过热度增大，如果不及时调整氟化铝添加量将会使炉帮融化，电流效率下降，技术经济指标虐化。
进一步的，所述步骤S6中，系列电流增加氟化铝消耗量增加，系列电流降低，槽温降低氟化铝消耗量减少。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明综合考虑了物料、能量平衡，兼顾电解槽个别属性，在电解槽稳定的前提下选择相对低的分子比有利于提高电解槽运行技术经济指标，采用单个电解槽历史数据确定基准添加量较好的消除了电解槽氟化铝定容器定容量等经常发生因素对氟化铝添加量带来的干扰；
2、本发明在目标分子比的确定、氟化铝添加量上综合考虑了槽温和电解槽稳定性影响因素，做到在电解槽稳定、低过热度时降低分子比以此取得高电流效率目的，在电解槽发生波动、过热度增大时减少氟化铝添加量防止电解槽炉膛融化，指标恶化的目标；
3、本发明将氧化铝和氟化铝这两种原料的氧化钠、水分、氟化铝氟、铝含量和松装密度拉入公式进行计算，提高了方法的准确性和对原材料变化时的适应性，采用的数据项为电解槽槽控系统日报数据，各企业均可采集；算法简洁软件程序开发难度较小；
4、本发明引入定容器修正参数，设计氟化铝定容量/称重定容量或者该电解槽正常状态月平均氟化铝加料次数/工区同类电解槽加料次数，对调整量进行修正较好的解决了氟化铝定容器定容量差别问题。
附图说明
图1为本发明一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法的整体流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法，包括以下步骤：
步骤S1，数据准备：收集电解槽槽控系统的历史数据，其中包括槽温和电解质分子比，进行原材料检化验，以获取氟化铝和氧化铝的化学成分和物理性能数据，收集现场测量数据，其中，包括电解槽的实际状态和历史变化趋势；
本实施例中，电解质总量是根据电解槽炉膛设计参数、极距、炉膛测量平均数据、平流层和气泡层、电解质高度的距离计算出液体电解质的总量。
步骤S2，槽型分类和管理：将电解槽根据阴极材料和上部结构特性划分为不同的槽型，其中包括高石墨质阴极和石墨化阴极，将相同的电解槽归为一类进行分类管理；
步骤S3，基准添加量计算：按照槽龄可分为启动后期和正常期，对于启动后期电解槽，基准添加量取同类型电解槽分子比小于3.0的所有电解槽的平均添加量，而对于正常期电解槽，根据最近两个月内同一厂家或质量牌号的氟化铝分子比分析值排序，选取分子比在技术条件范围内的氟化铝添加量平均值作为基准添加量；
本实施例中，当合格范围为2.4～2.6时，则选取分子比在2.4～2.6范围内的氟化铝添加量平均值作为基准添加量。
步骤S4，目标分子比确定：对于正常期管理的电解槽，根据电解槽稳定性排序，确定目标分子比，可优先选取稳定性最优的前20%槽，目标分子比为本次分子比分析值减0.1，对于中等稳定性的20%～80%槽，目标分子比为本次分子比分析值减0.05，对于稳定性最差的80%槽，目标分子比为本次分子比分析值加0.1，但不得超过技术条件分子比范围的上下限；
本实施例中，当合格范围为2.4～2.6，则最低目标分子比是2.4，最高目标分子比是2.6，本次分析分子比低于下限的按照下限加0.05作为目标分子比，当分析值为2.3，合格范围下限为2.4，则目标值为2.45，启动后期首次添加氟化铝的分子比按照本次分析值减0.05确定本次目标分子比，直至分子比分析值低于分子比保持范围上限纳入正常期电解槽进行管理。
步骤S5，调整所需氟化铝计算：计算调整到目标分子比所需的氟化铝添加量，计算公式为调整所需氟化铝添加量=2*电解质总量*(上次分子比分析值-目标分子比值)/(目标分子比值*(上次分子比分析值+2))；
步骤S6，日氟化铝调整量计算：计算原料修正量，包括周期内氧化铝中氧化钠含量与月平均值的差异，以及其他参数，计算周期内周日均氟化铝添加量，包括基准添加量、氟化铝松装密度、氟化铝和氧化铝质量变动带入的修正量，最终计算日氟化铝调整量，包括波动性和电解质温度修正率、运行电压差修正率、系列电流修正率；
本实施例中，原料修正量的计算公式具体如下：
原料修正量=（本周期内氧化铝中氧化钠含量-月平均氧化铝中氧化钠）*吨铝氧化铝单耗*（0.903+2.71/目标分子比）*周单槽平均出铝量/（本周氟化铝中F+Al）含量/氟化铝体积密度；
本实施例中，周日均添加量的计算公式具体如下：
周日均添加量=单槽基准日氟化铝添加量+（调整到目标分子比所需氟化铝总量/周期天数/氟化铝松装密度+氟化铝、氧化铝质量变动带入的修正量/氟化铝松装密度）*设计定容量/实际称重定容量；
本实施例中，日氟化铝添加量的计算公式具体如下：
日氟化铝添加量=周日均添加量*（100-波动性和电解质温度修正率+运行电压差修正率+系列电流修正率）；
本实施例中，波动性和电解质温度修正率是利用至少一月的技术条件数据按不同槽型对工区电解槽进行分子比和槽温排序，生成不同分子比范围对应的平均槽温，若2.45对应的平均温度为945℃，若2.44对应为942℃，选择目标分子比所对应的槽温作为目标槽温按照下表进行调整；运行电压差等于电解槽日均工作电压减日均设定电压，可以表征电解槽的稳定性和过热度，超过一定范围时说明电解槽已经发生波动，过热度增大，如果不及时调整氟化铝添加量将会使炉帮融化，电流效率下降，技术经济指标虐化；系列电流增加氟化铝消耗量增加，系列电流降低，槽温降低氟化铝消耗量减少。
数据项示意如下所示：
计算公式示意如下所示：
波动性和槽温修正率示意如下所示：
运行电压差修正率示意如下所示：
系列电流修正率示意如下所示：
实施例一
如下表所示，一种500KA系列1223#铝电解槽氟化铝添加量，计算推荐值为68Kg，上次分析分子比为2.62，目标分子比2.58，本次分析值为2.56；
实施例二
如下表所示，另一种500Ka系列电解槽1143#电解槽氟化铝添加量，计算推荐值为58Kg，上次分析分子比为2.7，本次目标为2.60，分析值为2.62；
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，数据准备：收集电解槽槽控系统的历史数据，其中包括槽温和电解质分子比，进行原材料检化验，以获取氟化铝和氧化铝的化学成分和物理性能数据，收集现场测量数据，其中，包括电解槽的实际状态和历史变化趋势；
步骤S2，槽型分类和管理：将电解槽根据阴极材料和上部结构特性划分为不同的槽型，其中包括高石墨质阴极和石墨化阴极，将相同的电解槽归为一类进行分类管理；
步骤S3，基准添加量计算：按照槽龄可分为启动后期和正常期，对于启动后期电解槽，基准添加量取同类型电解槽分子比小于3.0的所有电解槽的平均添加量，而对于正常期电解槽，根据最近两个月内同一厂家或质量牌号的氟化铝分子比分析值排序，选取分子比在技术条件范围内的氟化铝添加量平均值作为基准添加量；
步骤S4，目标分子比确定：对于正常期管理的电解槽，根据电解槽稳定性排序，确定目标分子比，可优先选取稳定性最优的前20%槽，目标分子比为本次分子比分析值减0.1，对于中等稳定性的20%～80%槽，目标分子比为本次分子比分析值减0.05，对于稳定性最差的80%槽，目标分子比为本次分子比分析值加0.1，但不得超过技术条件分子比范围的上下限；
步骤S5，调整所需氟化铝计算：计算调整到目标分子比所需的氟化铝添加量，计算公式为调整所需氟化铝添加量=2*电解质总量*(上次分子比分析值-目标分子比值)/(目标分子比值*(上次分子比分析值+2))；
步骤S6，日氟化铝调整量计算：计算原料修正量，包括周期内氧化铝中氧化钠含量与月平均值的差异，以及其他参数，计算周期内周日均氟化铝添加量，包括基准添加量、氟化铝松装密度、氟化铝和氧化铝质量变动带入的修正量，最终计算日氟化铝调整量，包括波动性和电解质温度修正率、运行电压差修正率、系列电流修正率；
所述原料修正量的计算公式具体如下：
原料修正量=（本周期内氧化铝中氧化钠含量-月平均氧化铝中氧化钠）*吨铝氧化铝单耗*（0.903+2.71/目标分子比）*周单槽平均出铝量/（本周氟化铝中F+Al）含量/氟化铝体积密度；
所述周日均氟化铝添加量的计算公式具体如下：
周日均氟化铝添加量=单槽基准日氟化铝添加量+（调整到目标分子比所需氟化铝总量/周期天数/氟化铝松装密度+氟化铝、氧化铝质量变动带入的修正量/氟化铝松装密度）*设计定容量/实际称重定容量；
所述日氟化铝调整量的计算公式具体如下：
日氟化铝调整量=周日均氟化铝添加量*（100-波动性和电解质温度修正率+运行电压差修正率+系列电流修正率）。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法，其特征在于：所述步骤S1中，电解质总量是根据电解槽炉膛设计参数、极距、炉膛测量平均数据、平流层和气泡层、电解质高度的距离计算出液体电解质的总量。
3.根据权利要求1所述的一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法，其特征在于：所述步骤S3中，当合格范围为2.4～2.6时，则选取分子比在2.4～2.6范围内的氟化铝添加量平均值作为基准添加量。
4.根据权利要求1所述的一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法，其特征在于：所述步骤S4中，当合格范围为2.4～2.6，则最低目标分子比是2.4，最高目标分子比是2.6，本次分析分子比低于下限的按照下限加0.05作为目标分子比，当分析值为2.3，合格范围下限为2.4，则目标值为2.45，启动后期首次添加氟化铝的分子比按照本次分析值减0.05确定本次目标分子比，直至分子比分析值低于分子比保持范围上限纳入正常期电解槽进行管理。
5.根据权利要求1所述的一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法，其特征在于：所述步骤S6中，波动性和电解质温度修正率是利用至少一月的技术条件数据按不同槽型对工区电解槽进行分子比和槽温排序，生成不同分子比范围对应的平均槽温。
6.根据权利要求1所述的一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法，其特征在于：所述步骤S6中，运行电压差等于电解槽日均工作电压减日均设定电压，可以表征电解槽的稳定性和过热度，超过一定范围时说明电解槽已经发生波动，过热度增大，如果不及时调整氟化铝添加量将会使炉帮融化，电流效率下降，技术经济指标虐化。
7.根据权利要求1所述的一种铝电解槽用氟化铝添加量计算方法，其特征在于：所述步骤S6中，系列电流增加氟化铝消耗量增加，系列电流降低，槽温降低氟化铝消耗量减少。
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