專利名稱：鋁電解槽區域控制系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種電解槽的控制系統，尤其涉及應用區域控制方法對預焙陽極鋁電 解槽的物料平衡、陽極電流分布以及電解質鋁液界面穩定性分區域進行控制的鋁電解槽區 域控制系統和方法。
背景技術：
鋁電解槽內存在著復雜的物料平衡和物理場分布。只有將電解槽的盡可能多的參 數進行合理的控制才能使電解槽達到較好的物料平衡和熱量平衡，取得較好的技術經濟指 標。傳統控制方法是根據電解槽整體的電壓信號進行分析處理，采用各種控制策略來 對電解槽進行整體控制。隨著尺寸不斷變大，極距以及熔體的流速和界面波動等在空間上 存在嚴重不均衡性。傳統控制方法的缺點不斷暴露出來。氧化鋁在電解質中的濃度在空間 分布上不均勻，傳統控制方法對此缺乏針對性的控制，容易誘發陽極效應的發生；傳統控制 方法很難對陽極的電流分布進行實時的監控和調整，容易出現陽極嚴重偏流，造成能量浪 費；電解槽發生局部界面波動劇烈時，傳統控制方法只能對極距進行整體控制，電解槽的熱 平衡經常隨著整體極距的調整而受到破壞。這種不考慮電解槽的區域差異的傳統控制方法已經不能適應現在社會對降低鋁 電解過程的能源消耗，減少陽極效應中產生的有害氣體的排放量，以及鋁廠對進一步提高 電流效率和槽壽命的要求。因此研發新的鋁電解槽控制系統和方法是本領域技術人員急需 解決的技術問題。
發明內容
為了解決上述技術問題本發明提供一種鋁電解槽區域控制系統和方法，目的是為 了提高電解槽內氧化鋁濃度控制精度，有效的監控和消除電解槽局部出現的電解質鋁液界 面波動和陽極質量問題，使電解槽維持良好的穩定性和熱平衡，提高電流效率，降低能耗， 減少陽極效應。為達上述目的本發明鋁電解槽區域控制系統，包括電解槽和槽控機，將電解槽劃 分為兩個或兩個以上的控制區域，在每個控制區域內設有信號采集處理子系統、槽況診斷 子系統、區域氧化鋁加料子系統和區域極距控制子系統。所述的信號采集處理子系統為設在陽極導桿和/或陽極大母線上的信號采集裝 置，信號采集裝置采集電壓或電流信號。所述的槽況診斷子系統由下述結構構成槽控機，接收信號采集處理子系統發送 的信號，進行處理后向區域氧化鋁加料子系統和區域極距控制子系統發送控制信號；上位 機，接收槽控機的信號，進行處理后向槽控機反饋信號。所述的在每個控制區域內至少設置一個區域氧化鋁加料子系統。所述的區域氧化鋁加料子系統為氧化鋁加料裝置。
所述的每個控制區域設有陽極大母線，相鄰控制區域內的陽極大母線通過軟帶連接。所述的區域極距控制子系統為由槽況診斷子系統控制的陽極提升機構，在每個控 制區域內設有至少一臺陽極提升機構。鋁電解槽區域控制系統的控制方法，由下述步驟構成每個控制區域內的信號采 集處理子系統將采集的信號傳送到槽況診斷子系統，為槽況診斷子系統提供數據輸入，通 過槽況診斷子系統對槽況進行診斷，然后槽況診斷子系統對不同控制區域內的區域氧化鋁 加料子系統和區域極距控制子系統發出動作指令，由區域氧化鋁加料子系統和區域極距控 制子系統完成對電解槽的區域控制。所述的信號采集處理子系統為信號采集裝置；槽況診斷子系統為槽控機和上位 機；區域氧化鋁加料子系統為氧化鋁加料裝置；區域極距控制子系統為陽極提升機構。所述的不同控制區域的氧化鋁加料裝置接收槽控機的動作指令，根據電解槽不同 控制區域氧化鋁濃度進行有針對性的加料。所述的各控制區域的氧化鋁濃度是根據本控制區域的電阻斜率變化進行控制。所述的各控制區域電阻斜率變化只通過和本控制區域的陽極大母線和下一臺電 解槽陽極大母線的電壓差進行計算。當電解質鋁液界面劇烈波動時，為了避免電流效率損失，所述的槽控機向各控制 區域陽極提升機構發送調整極距的動作指令。所述的電解質鋁液界面波動是否劇烈是根據各個陽極的電流的波動進行判斷。所述的槽控機和上位機根據信號采集裝置采集的各個陽極的實時電流分布數據， 比較通過各個陽極的電流偏差，然后找到和平均電流偏差較大的陽極，如果某個控制區域 陽極都有相似的偏差則向各控制區域陽極提升機構發送動作指令調整極距，如果只是單個 陽極偏差很大，利用天車對極距進行調整。所述的槽控機和上位機根據信號采集裝置采集的各個陽極的電流的波動特征，預 測即將發生陽極效應的控制區域；如果有即將發生陽極效應的控制區域，槽控機向即將發 生陽極效應的控制區域內的氧化鋁加料裝置發送加料指令，進行加料。所述的陽極電流是通過設在的陽極導桿和/或陽極大母線上的信號采集裝置采 集電壓或電流信號計算的。本發明的優點效果能對電解槽的各控制區域進行有針對性的控制，提高了控制 精度，對出現異常的區域能進行有效的監控和單獨區域控制，避免了整體操作對電解槽狀 態特別是熱平衡的破壞，有利于穩定電解槽運行，達到節能降耗，提高電流效率的效果。
圖1本發明的結構示意圖。圖中1、槽控機；2、氧化鋁加料裝置；3、陽極提升機構；4、陽極大母線；5、陽極； 6、信號采集裝置；7上位機；8、軟帶；9、陽極導桿；10、電解槽。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明。
實施例1 如圖1所示，本發明鋁電解槽區域控制系統，包括電解槽10和槽控機1，將電解槽 10劃分為兩個控制區域，在每個控制區域內設有信號采集處理子系統、槽況診斷子系統、區 域氧化鋁加料子系統和區域極距控制子系統；信號采集處理子系統為設在陽極導桿9和/ 或陽極大母線4上的信號采集裝置6，信號采集裝置6采集電壓或電流信號；槽況診斷子系 統由下述結構構成槽控機1，接收信號采集處理子系統發送的信號，進行處理后向電解槽 發送控制信號；上位機7，接收槽控機1的信號進行處理后向槽控機1發送反饋信號；區域 氧化鋁加料子系統為氧化鋁加料裝置2 ；每個控制區域設有陽極大母線4，相鄰控制區域內 的陽極大母線4通過軟帶8連接；區域極距控制子系統為由槽況診斷子系統控制的陽極提 升機構3，在每個控制區域內設有一臺陽極提升機構。鋁電解槽區域控制系統的控制方法，由下述步驟構成每個控制區域內的信號采 集處理子系統將采集的信號傳送到槽況診斷子系統，為槽況診斷子系統提供數據輸入，通 過槽況診斷子系統對槽況進行診斷，然后槽況診斷子系統對不同控制區域內的區域氧化鋁 加料子系統和區域極距控制子系統發出動作指令，由區域氧化鋁加料子系統和區域極距控 制子系統完成對電解槽的區域控制。信號采集處理子系統為信號采集裝置；槽況診斷子系統為槽控機和上位機；區域 氧化鋁加料子系統為氧化鋁加料裝置；區域極距控制子系統為陽極提升機構。當對氧化鋁濃度進行控制時，不同控制區域的氧化鋁加料裝置接收槽控機的動作 指令，根據電解槽的不同控制區域氧化鋁濃度進行有針對性的加料，各控制區域的氧化鋁 濃度是根據本控制區域的電阻斜率變化進行控制，各控制區域電阻斜率變化只通過和本控 制區域的陽極大母線和下一臺電解槽陽極大母線的電壓差進行計算。當電解質鋁液界面波動劇烈時，槽控機向各控制區域陽極提升機構發送動作指令 調整極距，避免電流效率損失，電解質鋁液界面波動是否劇烈是根據各個陽極的電流的波 動進行判斷。當對陽極的電流偏差進行控制時，槽控機和上位機根據信號采集裝置采集的各個 陽極的實時電流分布數據，比較通過各個陽極的電流偏差，然后找到和平均電流偏差較大 的陽極，如果某個控制區域陽極都有相似的偏差則向各控制區域陽極提升機構發送動作指 令調整極距，如果只是單個陽極偏差很大，利用天車對極距進行調整。當對陽極效應進行控制時，槽控機和上位機根據信號采集裝置采集的各個陽極的 電流的波動特征，預測即將發生陽極效應的控制區域；如果有即將發生陽極效應的控制區 域，槽控機向即將發生陽極效應的控制區域內的氧化鋁加料裝置發送加料指令，進行加料。陽極電流是通過設在的陽極導桿和/或陽極大母線上的信號采集裝置采集電壓 或電流信號計算的。實施例2 實施例1中的電解槽10劃分為三個控制區域，在每個控制區域內設有二臺陽極提 升機構，在每個控制區域內設置兩個氧化鋁加料裝置。其它同實施例1。實施例3 實施例1中的電解槽10劃分為四個控制區域，在每個控制區域內設有三臺陽極提升機構，在每個控制區域內設置四個氧化鋁加料裝置。其它同實施例1。實施例4:實施例1中的電解槽10劃分為六個控制區域，在每個控制區域內設置三個氧化鋁 加料裝置，其它同實施例1。本發明的控制原理如下電流通過電解槽時，各個陽極組成并聯電路。因此電解槽 內電解質水平，電阻率，伸腿和沉淀等在空間上的分布不均勻和陽極的電流分布和變化有 密切聯系。電解槽局部的氧化鋁濃度變化，電解質鋁液界面不穩定性，陽極質量的差異都會 在通過各個陽極的電流大小以及變化的頻率和幅度上表現出不同的特征，為電解槽的區域 控制提供了理論依據。每個氧化鋁加料裝置2受槽控機1控制，可以單獨加料。每個陽極提升機構3受 槽控機1控制，可以單獨升降一段陽極大母線4。信號采集裝置6將信號輸送到槽控機1和 上位機7中，由槽控機1和上位機7對信號進行分析處理和診斷，然后由槽控機1對不同控 制區域的氧化鋁加料裝置2和不同控制區域的陽極提升機構3發出有針對性的指令，氧化 鋁加料裝置2和陽極提升機構3根據指令對電解槽進行操作。
權利要求
1.鋁電解槽區域控制系統，包括電解槽和槽控機，其特征在于將電解槽劃分為兩個或 兩個以上的控制區域，在每個控制區域內設有信號采集處理子系統、槽況診斷子系統、區域 氧化鋁加料子系統和區域極距控制子系統。
2.根據權利要求1所述的鋁電解槽區域控制系統，其特征在于所述的信號采集處理子 系統為設在陽極導桿和/或陽極大母線上的信號采集裝置，信號采集裝置采集電壓或電流 信號。
3.根據權利要求1所述的鋁電解槽區域控制系統，其特征在于所述的槽況診斷子系統 由下述結構構成槽控機，接收信號采集處理子系統發送的信號，進行處理后向區域氧化鋁 加料子系統和區域極距控制子系統發送控制信號；上位機，接收槽控機的信號，進行處理后 向槽控機反饋信號。
4.根據權利要求所述的鋁電解槽區域控制系統，其特征在于所述的在每個控制區域內 至少設置一個區域氧化鋁加料子系統。
5.根據權利要求1或4所述的鋁電解槽區域控制系統，其特征在于所述的區域氧化鋁 加料子系統為氧化鋁加料裝置。
6.根據權利要求1所述的鋁電解槽區域控制系統，其特征在于所述的每個控制區域設 有陽極大母線，相鄰控制區域內的陽極大母線通過軟帶連接。
7.根據權利要求1所述的鋁電解槽區域控制系統，其特征在于所述的區域極距控制子 系統為由槽況診斷子系統控制的陽極提升機構，在每個控制區域內設有至少一臺陽極提升 機構。
8.根據權利要求1所述的鋁電解槽區域控制系統的控制方法，其特征在于由下述步驟 構成每個控制區域內的信號采集處理子系統將采集的信號傳送到槽況診斷子系統，為槽 況診斷子系統提供數據輸入，通過槽況診斷子系統對槽況進行診斷，然后槽況診斷子系統 對不同控制區域內的區域氧化鋁加料子系統和區域極距控制子系統發出動作指令，由區域 氧化鋁加料子系統和區域極距控制子系統完成對電解槽的區域控制。
9.根據權利要求8所述的鋁電解槽區域控制系統的控制方法，其特征在于所述的信號 采集處理子系統為信號采集裝置；槽況診斷子系統為槽控機和上位機；區域氧化鋁加料子 系統為氧化鋁加料裝置；區域極距控制子系統為陽極提升機構。
10.根據權利要求9所述的鋁電解槽區域控制系統的控制方法，其特征在于所述的不 同控制區域的氧化鋁加料裝置接收槽控機的動作指令，根據電解槽的不同控制區域氧化鋁 濃度進行有針對性的加料。
11.根據權利要求10所述的鋁電解槽區域控制系統的控制方法，其特征在于所述的各 控制區域的氧化鋁濃度是根據本控制區域的電阻斜率變化進行控制。
12.根據權利要求11所述的鋁電解槽區域控制系統的控制方法，其特征在于所述的各 控制區域電阻斜率變化只通過和本控制區域的陽極大母線和下一臺電解槽陽極大母線的 電壓差進行計算。
13.根據權利要求9所述的鋁電解槽區域控制系統的控制方法，其特征在于當電解質 鋁液界面劇烈波動時，為了避免電流效率損失，所述的槽控機向各控制區域陽極提升機構 發送調整極距的動作指令。
14.根據權利要求13所述的鋁電解槽區域控制系統的控制方法，其特征在于所述的電解質鋁液界面波動是否劇烈是根據各個陽極的電流的波動進行判斷。
15.根據權利要求9所述的鋁電解槽區域控制系統的控制方法，其特征在于所述的槽 控機和上位機根據信號采集裝置采集的各個陽極的實時電流分布數據，比較通過各個陽極 的電流偏差，然后找到和平均電流偏差較大的陽極，如果某個控制區域陽極都有相似的偏 差則向各控制區域陽極提升機構發送動作指令調整極距，如果只是單個陽極偏差很大，利 用天車對極距進行調整。
16.根據權利要求9所述的鋁電解槽區域控制系統的控制方法，其特征在于所述的槽 控機和上位機根據信號采集裝置采集的各個陽極的電流的波動特征，預測即將發生陽極效 應的控制區域；如果有即將發生陽極效應的控制區域，槽控機向即將發生陽極效應的控制 區域內的氧化鋁加料裝置發送加料指令，進行加料。
17.根據權利要求14、15或16所述的鋁電解槽區域控制系統的控制方法，其特征在于 所述的陽極電流是通過設在的陽極導桿和/或陽極大母線上的信號采集裝置采集電壓或 電流信號計算的。
全文摘要
本發明公開了一種電解槽的控制系統，尤其涉及應用區域控制方法對預焙陽極鋁電解槽的物料平衡、陽極電流分布以及電解質鋁液界面穩定性分區域進行控制的鋁電解槽區域控制系統和方法。包括電解槽和槽控機，將電解槽劃分為兩個或兩個以上的控制區域，在每個控制區域內設有信號采集處理子系統、槽況診斷子系統、區域氧化鋁加料子系統和區域極距控制子系統。本發明的優點效果能對電解槽的各控制區域進行有針對性的控制，提高了控制精度，對出現異常的區域能進行有效的監控和單獨區域控制，避免了整體操作對電解槽狀態特別是熱平衡的破壞，有利于穩定電解槽運行，達到節能降耗，提高電流效率的效果。
文檔編號C25C3/20GK102102212SQ200910248510
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月17日 優先權日2009年12月17日
發明者劉偉, 劉銘, 劉雅鋒, 周東方, 張欽菘, 朱佳明, 楊曉東, 鄒智勇 申請人:沈陽鋁鎂設計研究院有限公司