基于鋁電解槽熱平衡分析的氟化鋁添加量控制策略研究.pdf

1、鋁冶金是有色金屬工業(yè)的重要組成部分。鋁及鋁加工材作為有色金屬基礎(chǔ)材料，被廣泛應(yīng)用于建筑、電力、交通、機械、國防等眾多領(lǐng)域。近年來，我國鋁冶金工業(yè)得到了迅速的發(fā)展，目前已成為世界主要的鋁生產(chǎn)國。然而，鋁冶金工業(yè)一直以來都是能耗大戶。在鋁冶金工業(yè)的所有流程中，電解工序占整個鋁生產(chǎn)用能的80％～89％。因此，采取各種措施降低鋁電解的能耗是鋁冶金工業(yè)節(jié)能的關(guān)鍵，也是制約我國鋁冶金工業(yè)健康發(fā)展的主要因素。 鋁電解生產(chǎn)節(jié)能的有效途徑是在維持

2、電解槽熱平衡穩(wěn)定的條件下降低電解溫度。降低電解溫度的最佳方法之一是選擇合適的添加劑，形成初晶溫度較低的電解質(zhì)體系。在所有的添加劑中，氟化鋁所占比例最大，因此對電解質(zhì)成分和電解溫度的影響十分顯著。本論文通過對鋁電解槽熱平衡特性與氟化鋁添加量之間耦合關(guān)系的分析，尋求并應(yīng)用適當(dāng)?shù)姆X添加量控制策略，在維持鋁電解槽熱平衡穩(wěn)定的條件下，通過降低電解溫度實現(xiàn)鋁電解生產(chǎn)過程節(jié)能的目的。本論文完成的研究主要工作和創(chuàng)新點如下： （1）在大量查閱

3、中外文獻的基礎(chǔ)上，綜述了鋁電解槽熱平衡分析的各種方法，評述了用于鋁電解槽內(nèi)傳熱分析的物理模型和數(shù)值模型。從鋁電解槽內(nèi)物料和能量平衡的角度出發(fā)，首次研究了過剩氟化鋁含量與電解溫度之間的特征聯(lián)系，運用傳熱學(xué)規(guī)律建立了鋁電解槽內(nèi)耦合物料和能量平衡的理論模型，并通過適當(dāng)?shù)暮喕@式地給出了實用表達式，最后通過現(xiàn)場試驗驗證了該模型的正確性。 （2）采用多項式回歸分析方法，以鋁電解槽實測參數(shù)為依據(jù)，以氟化鋁添加量為因變量，以電解溫度為自變量，

4、提出了基于回歸分析的氟化鋁添加量控制模型，利用該模型可根據(jù)前一天電解溫度預(yù)測當(dāng)天的氟化鋁添加量。現(xiàn)場試驗表明，該氟化鋁添加量控制策略對于穩(wěn)定電解溫度有利，有助于提高電流效率和節(jié)約電能。 （3）首次運用遺傳算法對氟化鋁添加量進行控制，以日均槽電壓和氟化鋁添加量作為遺傳操作變量，以過熱度最小作為氟化鋁添加量控制目標(biāo)，以過熱度的倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，得到不同槽電壓下對應(yīng)的氟化鋁添加量最佳值。建模過程中，引入了最優(yōu)保存策略，使適應(yīng)度最好的

5、個體盡可能地保留到下一代種群中。試驗結(jié)果表明，該氟化鋁添加量控制方法較之目前工業(yè)常規(guī)使用的方法具有明顯的優(yōu)勢，可以使過熱度大大降低。 （4）首次將支持向量機引入到氟化鋁添加量控制問題的研究，建立了以電解溫度、初晶溫度、槽電壓作為輸入，以氟化鋁添加量作為輸出，分別以多項式函數(shù)和徑向基函數(shù)為核函數(shù)的支持向量機模型。試驗結(jié)果表明，經(jīng)過訓(xùn)練后的支持向量機能夠較好地預(yù)測氟化鋁添加量，核函數(shù)的不同對支持向量機性能的影響不大。 （5）