铝电解过程的节能降耗

铝电解过程的节能降耗（精选五篇）

铝电解过程的节能降耗 篇1

关键词：铝电解,节能降耗,措施

铝电解的发展正在不断的壮大, 合理有效的控制生产中的废物排放, 有助于企业经济的可持续发展, 对社会来说也是一件保护社会生态及社会经济的很好举措。要进行铝行业的节能工作, 首先要先了解铝行业目前的发展状况, 同时分析它在应用中存在的能源消耗问题, 才能有针对性的实施相应的措施。

1 铝电解

1.1 铝电解对铝工业中推动作用

铝电解能为市场提供丰富的铝制品, 广泛运用于建筑、包装、航空和电力等领域上, 是保障国民经济持续、快速发展的原动力之一。铝电解在铝工业中生产规模极大, 其对铝工业的发展有着极大的促进作用。特别是近几年的铝电解为铝工业在全国的发展带来了强大的保障, 使我国成功的跨入了世界铝工业大国的行列。

1.2 铝电解在应用中存在的能源消耗问题

实际生产中, 铝电解能源消耗综合电耗一般为13700 k Wh/t-al, 交流电耗一般为1 33 00 k Wh/t-a l。现今, 冰晶石—氧化铝电解法应用于国内外铝工业生产中, 电耗成了铝电解成本的主要部分。如何缓解铝电解中的能源消耗问题成了促进经济发展重点问题。

2 铝电解节能降耗的措施

我国铝产业的提高, 随之而来的是工业中的巨大排放量。庞大的产业若不实施能源方面的节能降耗措施, 对企业的发展和社会的可持续发展都是严重的制约因素。以下就铝电解节能降耗提出一些可行的措施。

2.1 降低线路压降, 加强配电室管理

首先, 线路的电能损耗影响着电能供应的效率, 如果电路的电压过高, 则会加大电能的损耗, 所以, 铝电解的生产过程应注重降低平均电压。降低平均电压可以提高电流效率, 是降低吨铝直流电耗的有效途径, 从而可以节约能源。

此外, 配电室的管理直接影响着电源的供应问题, 加强配电室的管理能够有效的控制电流的使用并时刻监督生产流程的电能损耗, 以此才能更好的减少电能的浪费, 这对铝电解中的能源节能降耗有着重要的意义。

2.2 动力设备节电措施

(1) 建立“安全、平稳供电就是最大的节约”的思想, 加强对配电室、配电箱、动力电缆、滑线等供电设备的点检及定期检查工作对熔断器、灭弧罩、电缆、刀闸等关键部件一经发现异常立即处理;对电解槽短路口、母线绝缘、槽壳母线与地坪间隙处等部位定期检查, 清理杂物, 尽可能降低电流空耗, 发现异常立即处理, 不得因此而发生短路、断路、放炮等事故影响安全供电。

(2) 加强配电室管理, 配电室规定三相负载电流, 最大之差不得超过10%, 对超过规定10%的情况, 每周调整一次三相负载电流, 达到提高电网功率因数、节约电能的目的。

(3) 对于一些运行时间长, 故障率较高或不能满足生产需要的设备逐步进行大修改造, 降低设备的无功损耗。

2.3 重视铝电解生产中的烟气净化及回收利用

铝电解的生产过程伴随着一定的烟气排放, 国内目前已将铝电解净化系统应用于铝电解的流程中, 该系统能较好的解决电解过程中的烟气污染问题。重视铝电解过程中的烟气净化及回收利用, 不仅能够减少污染, 还能减少生产成本, 为企业带来更大的经济效益。重视铝电解生产中的烟气净化及回收利用, 对铝电解的节能降耗有着极大的促进作用。

2.4 加强新技术的开发

当今世界上的产铝大国, 近几年都非常的重视减低阳极效应频率和和阳极效应持续时间的延长问题。国外企业更为注重采用新技术达到在铝电解中更充分的利用能源和降低生产成本的问题。凭着专家的努力, 目前国外已能将阳极效应频率降低到0.007, 对于阳极效应的持续时间也已降低为1.6 min。但在中国, 在技术上还远远的落后于发达国家的技术水平。由此可见, 技术的提升在铝电解的发展及能源的降耗中发挥着重要的作用。所以企业应全面提高电解铝技术装备水平, 加强新技术的开发才能能源的减耗中有所成效。

在加强新技术开发的同时, 目前国际上还是有很多不错的可运用的技术能对铝电解的能源节能降耗有所帮助。例如, 硼化钛-胶体氧化铝涂层阴极新技术, 与氮化硅结合的碳化硅耐火材料用作铝电解糟侧壁内衬新技术等都可运用到铝电解的生产中去。点解烟气干法净化技术、VPI反应器的使用和新鲜氧化铝吸附烟气中的F后再返回生产系统的日渐成熟都能用于实现降耗、减污、环保的目的。

2.5 建设新型电解槽, 提高电解槽集气效率

电解槽是铝电解过程的必要设备, 电解槽寿命的长短直接影响到电解槽大修渣的产生量。同时, 电解槽的工作效率也影响着铝电解的能源损耗量。目前, 中国是将电煅无烟煤加10%左右的石墨碎生产的半石墨质阴极炭块用作电解槽的阴极材料, 然而, 这与国际上普遍采用的半石墨化和石墨化阴极相比明显的存在差异与劣势, 相比之下, 国内的阴极材料抗热震性、抗腐蚀性等均不如国际水平, 而电阻率也相对偏高, 导热系数也相对较低。种种原因都导致了国内电解槽寿命较短。

因此, 要减少铝电解中能源的消耗和铝电解生产效率的提高, 就必须积极引进新的技术, 开发更优质的电解槽, 唯有新型的电解槽才能使铝电解在节能降耗上有更大的突破。根据上文所述, 提高电解槽阴极的材料或采用新一代的阴极内衬, 努力赶超国际水平都是中国铝行业的必然发展趋势, 也唯有如此, 才能彻底改变我国铝电解当前耗能量大的局势。

3 结语

综上所述, 我国铝行业的发展潜力是巨大的, 注重在铝电解生产中能源的有效利用, 做到最大限度的降低能源损耗, 有利于铝行业的持续发展。铝电解过程中的节能降耗问题依旧是个长远的战略目标。我国要加强铝行业的发展建设, 也必须高度重视铝电解技术的引进和开发, 将国际的先进技术作为推动自身发展的助力器。随着能源的日趋紧张, 铝电解的节能降耗刻不容缓。

参考文献

[1]张志军, 王天成, 肖述兵.浅谈铝电解节能降耗措施及节能产品的应用[J].有色冶金节能, 2008 (2) :21-24, 40.

[2]凌贤昌, 昌振利.铝电解生产中节能降耗措施的几点看法[J].新疆有色金属, 2010 (2) :51, 54.

[3]穆洁尘, 张旭东, 张丽鹏.铝电解节能研究进展[J].有色冶金节能, 2011 (6) :5-10.

铝电解生产降低能耗途径的探索 篇2

【关键词】铝电解；电能消耗；降低

1.铝电解生产的能源

铝电解的直流电能。在铝电解生产中，其能源主要是直流电能，约占整个消耗的97%左右。但在整个世界范围内，所有发电厂输出的电能均为高压交流电，要使之变成能用于电解生产的低压直流电，必须进行变压整流。我国目前各个铝电解企业的变压整流效率大多数为96.5～97.5%之间。通过整流后的直流电，可直接送入电解槽上用于铝电解生产。

3.提高电流效率的探索

3.1 低氧化铝浓度的探索

当Al2O3浓度进入高浓度敏感区时，随着Al2O3浓度升高而槽电压升高，此时系统误认为是Al2O3浓度在降低而引起的槽电压升高，系统进行过加工，会很快造成沉淀。所以当发现浓度进入高浓度区时（一般认为超过4%）要及时进行控料调整，防止沉淀的产生。

我们在生产过程中控制Al2O3的浓度范围要达到的目的是：“既不容易发生突发效应，又不会导致沉淀产生”。在CR低于2.5时，一般认为该范围是在1.5-3.5%。我们控制的范围是1.8-3%，可以得到较高的效应受控率，且不易产生沉淀[4]。

3.2 适宜的两水平

铝液水平对电流效率的影响大致趋势是，随着铝水平的提高，有利于电流效率的提高。

需要说明的是，生产实践指出，铝液水平要和生产实际相结合。操作中铝水平也不宜过高，以防止冷行程槽子的出现，引发病槽降低电流效率。

电解质水平在铝电解生产中非常重要，有电解槽“血液”之称。在电解过程中起着溶解氧化铝、导电和保持热量的作用。保持稳定的电解质水平，可以增强槽子的热稳定性和自调节能力。

保持适当较高的电解质水平，则电解质量大，溶解的AL2O3多，可免除炉底产生大量沉淀；同时热稳定性好，可使电解槽在较低温度下稳定运行，提高电流效率。在电解质的保持上，要避免电解质水平过高或过低的情况，这两种情况对生产都有不利影响，有碍于电流效率的提高。

在工业生产上，如果电解温度升高，则槽底和槽侧的沉淀和结壳熔化，使电解液水平升高而铝液水平降低；反之，如温度降低，则沉淀和结壳增多，造成电解质水平萎缩而铝液水平上升。我们现场操作的关键是要根据电解槽状况调整、保持好电解液水平和铝液水平。只有这样才能使电解槽的槽温保持稳定，各种技术条件保持平稳，进而使电解槽保持平稳，达到平稳生产：平稳出效率，平稳创指标，平稳降成本，平稳减能耗的目的。平稳生产是我们管理所追求的目标，可以减少（避免）病槽发生，很大程度上实现节能降耗的目标。

4.降低平均电压的实践探索

4.1降低设定电压

使用电解槽阴极新型结构进行低电压生产，目前，某厂某工区某180KA阴极新型结构电解槽启动后，两周时间内，设定电压已降到3.80mv左右，炉底压降320mv左右，阳极、阴极电流分布均匀，槽况平稳，最终要降到目标值3.75mv左右。

4.2降低效应分摊电压

阳极效应虽然有分离电解质中炭渣、清洁电解质、降低电解质压降及清理炉底的优点，但是它对电解生产过程的稳定性破坏很大：

阳极效应发生前的一段时间内，电压处在较剧烈的波动状态之中，使电解质、铝液的流动变得紊乱，铝的二次反应增加大大降低电流效率。

发生阳极效应时，槽电压较高，耗费大量的电能，其中一部分转化为热能，加热了电解质和铝液，且熔化炉帮，一定程度地破坏了电解槽的正常生产状态[5]。

5.结论

降低电解槽平均电压是降低电能消耗的很好途径，但要注重抓好电解槽各部分连接压降的定期处理工作和各项操作质量，力求实现电解槽的平稳生产，才是实现铝电解槽的生产低能耗的可靠途径。

使用电解槽新型结构，实行精细化管理，采取精耕细作的作业方法，严格操作规程保持稳定的技术条件是提高电流效率、降低电解槽能量消耗的最有效途径。 [科]

【参考文献】

[1]邱竹贤编著.预焙槽炼铝（第3版）.—冶金工业出版社，2005.

[2]田应莆编著.大型预焙铝电解槽生产实践—中南工业大学出版社.

[3]青铝人编著.现代大型预焙槽生产技术—东北工业大学出版社.

[4]冯乃祥编著.铝电解—化学工业出版社，2006.

铝电解过程故障诊断综述 篇3

铝电解槽是炼铝的主要设备，是一个非线性、多耦合、时变和大时滞的工业过程体系。铝电解槽内部复杂的物理变化、化学反应和生产过程中各种外界条件的干扰使其各种参数具有相当大的不确定性，复杂的槽况特征给铝电解的生产操作和过程监控带来很多技术难题。在铝电解过程中，电场、磁场、热场等交互干扰，物料平衡与能量平衡状态的不断变化及其相互影响和相互制约，形成了复杂多变的槽况特征，如阳极效应、阳极病变、冷槽、热槽和不稳定槽等，难以建立故障诊断的准确数学模型。故障种类多，难以检测，而且有些故障一旦发生，将会造成巨大的经济损失，影响安全生产。铝电解槽是铝厂生产的核心，铝电解槽运行情况的好坏直接影响到铝厂的生产和作业，有效地铝电解故障预报可减少经济损失，提高铝的产量和质量。

1 故障诊断的主要方法

一般的故障诊断系统的主要环节包括：信号的在线监测、信号的特征分析、特征量的选取、工况状态分类和故障诊断，如图一所示。

铝电解过程故障诊断主要包括：在线监测、特征提取、特征选择、故障分类等主要环节。铝电解故障诊断方法主要有基于解析模型的方法、基于知识的方法。

1.1 基于解析模型的方法

基于解析模型的故障诊断方法技术是最早发展起来的，其核心思想是用解析冗余取代硬件冗余。基于解析模型的故障诊断方法又称为基于深层知识的诊断方法，需要建立系统结构、行为和功能模型。该方法利用构造出来的观测器估计预测出系统的输出值或过程变量的估计值，再将估计值与实际值比较产生残差。在系统正常运行时，此残差应该是零值或接近零值的数，当有故障发生时残差量将明显偏离零值，超出容许范围。

1.2 基于知识的方法

1.2.1 基于神经网络的故障诊断方法

目前将神经网络用于控制系统故障诊断主要有如下形式：(1)神经网络逼近系统的动态并作为输出估计器产生残差;(2)神经网络评价残差;(3)神经网络进行诊断决策并产生误差补偿。近年来出现了基于神经网络故障诊断的一些新成果，如：具有混合结构的动态多层感知器构造的神经网络观测器，基于动态RBF网络的神经网络观测器等新型观测器。

1.2.2 基于模糊逻辑的故障诊断方法

基于模糊信息处理的方法应用到控制系统故障诊断中的优点体现在：模糊逻辑在概念上易于理解，在表达上接近人的自然思维，从而使人的故障诊断知识能很容易地通过模糊逻辑的方式表达和应用;具有T-S形式的模糊模型和神经网络一样具有对任意非线性的逼近能力。模糊逻辑的方法具有对不确定性、不准确的信息的处理能力，从而可以提供鲁棒性更高的诊断与故障决策。

1.2.3 基于专家系统的故障诊断方法

专家系统应用到故障诊断领域一般是使用专家知识由推理机直接根据故障征兆推理诊断出故障原因等结果。专家系统通常由三个部分构成：(1)数据库：它是专家系统的主要的数据结构，存储与求解问题有关的已知的或推导出的数据;(2)知识库：存储与求解问题有关的特殊专家知识;(3)推理机：它的任务是选择最合适的控制或推理步骤，从而实现问题的求解过程。

2 铝电解故障诊断国内外研究现状

2.1 国外研究现状

近年来，随着故障诊断技术的不断进步和计算机技术的发展，美国、英国、挪威等国家采用了基于人工智能、专家系统、神经元网络等技术对铝电解尤其是阳极进行了综合分析和诊断，取得了较好的诊断效果。加拿大和挪威等国家利用专家监控系统对铝电解槽槽况进行了全面的解析和诊断，并根据结果对铝电解槽生产过程进行控制，使电流效率达到了96%以上，取得了较好的经济效益。

在诊断阳极及阳极效应方面：美铝(Alcoa)介绍了快速灭效应技术,可在1秒内熄灭效应;Elkem公司采用“灵巧下料器”(Smart feeders)，可避免锤头被电解质粘糊，打壳时有更大打击力，能监测活塞位置并调节下料动作循环，出现故障时会报警，槽控机配合可使效应系数由0.4降至0.1;同时还采用“偶发事故列表”的统计方法，从电解槽高破损率中确定出：高破损率与槽子侧部绝缘材料及母线连接点损坏有关，可信度大99%。

在铝电解故障研究的过程控制方面，俄罗斯学者采用自己开发的过热度测定设备及其专用软件，开发出基于过热度测定的自动控制系统，可根据过热度自动发送指令给电解槽控制系统完成ALF3添加和电压调节动作;Rual介绍了根据温度分布数据进行电解槽控制的进展。

2.2 国内研究现状

我国故障诊断技术起步较晚，80年代才逐步发展起来。

近年来，随着工业过程智能控制理论的发展，模糊控制、神经网络和专家系统等智能技术在铝电解槽控制中得到了广泛的关注，并体现出巨大的应用前景。

由清华大学承担的“流程工业典型设备的故障诊断与预测维护系统”课题，顺利通过了863计划CIMS主题专家组的验收。课题研究和开发了具有知识产权的铝电解智能健康诊断系统。其核心算法水平均达到国内领先水平，在相关理论研究方面也取得了具有国际水平的理论成果。铝电解槽智能健康诊断系统可以有效预报铝电解槽的阳极效应，从而改善对铝电解槽的监控，对阳极效应的发生次数、节能和保障铝产品产量均起到了积极的作用。铝电解槽智能健康诊断系统分别在甘肃省白银铝厂续建工程项目部和河南省神火集团铝电工程建设指挥部铝厂项目部进行了试应用。

中南大学与中铝公司平果分公司联合开发的基于小波包变换预处理的铝电解槽针振信息元诊断系统，针对铝电解槽电压波动信号的频谱特点，采用小波包分析方法提取了电压信号的特征向量，进行预处理得到频段能量特征向量，采用BP神经网络建立特征向量到振针信息元之间的映射。仿真结果表明，能够及时发现铝电解槽的早期不良症状。

清华大学开发的基于SDG(符号定向图)模型和模糊融合的诊断系统，根据生产经验建立了铝电解槽槽况SDG模型，辨识不同的故障模式并计算其可能性，增加了诊断结果的准确性。

沈阳铝镁设计院和东北大学联合开发的铝电解槽模糊专家系统，把铝电解的专家知识和经验作为规则引入到系统之内，对槽况进行实时在线诊断。在铝电解槽阳极效应的预测方面，提出了通过对碳阳极气泡振动信号的频谱分析来预报铝电解槽的阳极效应的方法。

近年来，我国很多专家学者也开始了铝电解故障诊断的研究，主要分为两大方向：基于知识的方法和基于信号驱动的方法。

刘敏华、萧德云在2006年将符号定向图SDG节电偏差模糊化为定性模糊偏差，并从子节点向父节点对其进行数据融合，得到父节点故障源可能性。分析了该模糊融合传递信息的特性和处理各种发生故障的情形的优点，建立了基于SDG模型和模糊融合的故障诊断方法。中南大学的陈伟文针对铝电解槽槽电压振动以及电解质温度波动的宏观表现，研究一种基于模糊神经网络的铝电解槽故障诊断系统，利用先进的自控控制技术进行监视和预测，对于提高电流效率、降低能耗、提高劳动生产率、改进生产管理水平具有重要的意义。

3 铝电解槽故障诊断技术发展方向

铝电解槽是个多变量、非线性、大滞后、时变的复杂系统，不能确定其数学模型。因此，将基于知识的故障诊断方法或者基于信号处理的故障诊断方法应用于铝电解过程的故障诊断，用多种故障诊断方法的融合能够更好的进行诊断。因此，铝电解槽故障诊断技术主要有以下几种发展趋势：

一是把模糊逻辑与人工神经网络相结合，充分利用模糊控制与神经网络的优点，构造模糊神经网络。

二是遗传算法与神经元网络相结合，构造遗传神经网路，这是目前这门技术的最新发展趋向。

将神经网络技术应用于故障诊断，一方面依赖于新型高效的神经网络和学习算法以及神经网络硬件实现的发展，另一方面如何将系统知识和诊断知识融入到神经网络的设计和诊断算法中也是当前一个明显的研究趋势。

铝电解过程的节能降耗 篇4

关键词:铝电解多功能机组;自重载荷;起升载荷;冲击载荷

中图分类号:TF821 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)10-0104-01

铝电解多功能机组能完成铝电解生产中的打壳、换极、下料、清渣、出铝、辅助提升阳极母线、吊运电解槽和其机构零星吊运作业。再加上其工作环境本身具有高温高磁场,粉尘大等特点。因此铝电解多功能机组的金属结构所受的载荷非常复杂。

铝电解多功能机组的金属结构始终所受和经常作用的载荷,包括自重载荷、起升载荷、冲击载荷和惯性载荷等属基本载荷。机组正常工作状态下受到的不经常作用在金属结构上的载荷,包括风载荷、工艺性载荷、机组偏斜运行侧向力载荷以及由于温度磁场造成的载荷等将其归属到附加载荷;由于试验载荷,安装、地震及碰撞载荷出现几率较低,只在特殊情况下出现,属特殊载荷。

1自重载荷

自重载荷包括铝电解多功能机组大车小车的金属结构重量、配套件重量、料箱里物料的重量。配套件的自重载荷可由配套厂商提供的产品样本查询, 按均布载荷处理。

例如:计算一大车主梁受的自重均布载荷qj:

主梁的自重G1,主梁上布置的固定电葫芦G2,主梁上方电控箱G3,主梁上栏杆等总重G4。

大车主梁自重按均布载荷处理,其值为:qj=,式中 L为主梁跨度。

2起升载荷

出铝车吊运铝包,抓斗捞渣,固定电葫芦吊运电解槽,提升阳极母线都可按其起升所承受重量计算载荷。

例如,出铝车钢丝绳所受的最大拉力:Smax = 。

式中,Q为额定起重量,kg;GD为吊钩组重量,kg; M为滑轮组倍率;ηh为机械效率。

根据所选钢丝绳型号查相关手册确定钢丝绳的最小断裂载荷 F0,钢丝绳的安全系数 n =。

根据用户提供的多功能机组的工作制度,计算的工作循环总数以及相关经验来确定整机和起升机构工作级别,根据工作级别来确定最小的安全系数 [n] ,我们要求n>[n]。

工作循环总数N=。

N为工作循环总数;Y为起重机使用寿命,年;A1、A2为30年;A3、A4、A5为25年;A6、A7为20年。

D为起重机一年工作天数;H为起重机每天工作小时数,h;T为起重机一个工作循环的时间,s。

3冲击载荷

起升冲击系数1。

当机组起升机构变速升降重物时,金属结构受到垂直方向的冲击作用,使结构重量发生变化,通常用起升冲击系数乘以自重载荷来表示: 0.9 -11.1;

动载系数。

当起升机构做变速升降运动时,金属结构将产生振动,起升载荷静力值增大,增大后值用动载系数×纯静力值表示,动载系数可由理论和试验研究获得,与起升速度、操作情况、结构质量和刚度、起升质量和钢丝绳的弹性都有关系确定起来十分麻烦。通常按起升物品离地时的工况根据动态理论分析得物品悬挂点动载系数2,2==1+cv+。

V为额定起升速度(m/s);C为操作系数,出铝起升取0.25,零星吊运和阳极提升取0.5,抓斗捞渣取0.75;G为重力加速度;为物品离地时起升载荷对结构的物品悬挂点和起升钢丝绳滑轮组产生的静位移之和,0=0+0。对于出铝车,0近似按公式0=(～)L,L为大车跨度;d为金属结构计算点动位移;为结构质量影响系数。

对于多功能机组出铝车,离地起升比下降制动2要大一些,突然离地和点动升降2值更大,出铝车和固定电葫芦一般用简化式2=1+0.7计算,一般不大于1.4。

突然卸载冲击系数3。

突然卸载冲击系数小于1,用下面公式计算:

3=1-(1+3)。

m为突然卸掉的质量;m2为起升质量;3为卸载系数。

运行冲击系数4。

机组沿车间轨道运行时,由于轨道接头的影响对结构产生垂直方向的冲击作用。冲击力用4×自重载荷来计算,4=1.1+0.058。

式中,V为运行速度;H为轨道接头高度差;机组大车运行速度0～1 m/s;工具小车运行速度0～0.5 m/s;出铝小车运行速度0～0.5 m/s。通常的工况下运行速度都小于1,4根据经验取1即可满足。

4惯性载荷

机组的惯性载荷主要由大车运行,小车运行和工具小车回转产生水平惯性力PH,运行制动产生的的水平惯性力PH=1.5Ma,M和a根据不同工况来确定。

例如,当求出铝小车水平惯性力时,大车不动,工具小车不动,单出铝车吊着铝包水平运行。

M为出铝车总重加上铝水和包的重量;a为出铝小车水平运行平均加速度。

当求大车水平运行时机组水平惯性力时,M 为机组总重,a为机组水平运行平均加速度。水平惯性力不得大于滑动摩擦力即PHPZ。

PZ为轮子静轮压之和;为滑动摩擦系数。

工具小车回转采用的沿回转轨道运行,产生水平惯性力PH也可用上式计算。

5侧向力载荷

机组运行过程中,由于轨道不直、跨度不准、车轮安装不正以及两边运行阻力不同等原因,使一侧车轮超前,造成偏斜运行,形成作用于水平轮的侧向力P5,在桥架水平面内形成力偶P5B0(图1),并与超前牵引力力偶PWL相平衡。

P5=P

式中,P为发生侧向力一端的端梁上与有效;轴距有关的相应车轮静压之和;为侧向力系数,按L/B0的值取;L为机组跨度;B0为有效轴距等于水平导向轮的间距。

6碰撞载荷

机组在刹车失灵状况下,缓冲器碰撞产生碰撞载荷Pa。

碰撞动能:E=mjp2;

缓冲器做功:W=Pas。

式中,mj为碰撞计算质量,看工况来定机组空载时为机组总重。出铝小车负载时,等于机组总重加上负载的计算质量m 。因出铝小车出铝行程全部在垂直导向架行程内,起升质量影响系数=1;m为起升质量;p为碰撞时的实际碰撞速度;S为碰撞制动距离;为碰撞系数,根据缓冲器类型而定,选用弹簧、橡胶缓冲器时=0.5;选用液压缓冲器时=1.0。

根据能量守恒原理E=W,则=Pamjp2。

7结语

计算机组合金属结构时,应根据不同的工况对各种载荷进行合理的组合。结构强度和疲劳强度计算时只需将基本载荷组合即可;结构的强度、刚度和稳定性计算需同时考虑基本载荷和附加载荷;验算机组抗倾覆稳定性时,必须计算特殊载荷。设计机组时根据用户提供的条件合理组合载荷,既保证机组的安全性,又要兼顾经济和适用性。

参考文献:

铝电解过程的节能降耗 篇5

关键词：铝电解,氟化铝添加量,出铝量,模糊决策

铝电解生产过程中,每天都要给控制系统提供控制参数,其中最重要的参数是氟化铝添加量和出铝量,因为它们直接影响电解槽的能量平衡和物料平衡,具体体现在电解质的分子比和电解温度上。目前工业生产过程是依靠现场技术人员的经验来确定这些参数,有一定随机性,同时由于管理者的技术水平导致决策量的不科学。

近年来以低分子比、低温为主要特征的工艺技术条件被铝电解生产厂家广泛接受,这对铝电解控制系统的控制精度提出了更高的要求。在控制系统的硬件配置上已普遍采用 “集中操作-分散控制”方式;在控制模型方面,人们开始应用一些先进控制理论与技术来建立电解槽的控制算法,其中在氧化铝浓度的控制方面取得了重大进展[1]。由于电流效率和电能消耗无法实时监测,大型铝电解槽目前依然通过控制最佳的工艺条件,来取得高电流效率和低能量消耗[2],其中分子比和温度是最重要的技术指标,而分子比和温度在一定程度上受氟化铝添加量、出铝量影响。大型铝电解槽热惯性大,是非线性、强耦合的复杂系统,铝电解温度控制是一个难题。铝电解过程电流和电压是不能轻易改变的,现场操作中只能通过调节氟化铝添加量、出铝量来控制温度。这是因为铝是热的良导体,出铝量减少时,电解槽中存铝量较多,有利于散热,降低电解温度;同时氟化铝添加时一方面大量吸收热量,一方面降低电解质分子比。

1出铝量、氟化铝添加量对温度的影响

为了确定出铝量、氟化铝添加量对温度的影响程度,在生产现场选择典型电解槽观测出铝量、氟化铝添加量对温度的影响,即通过现场调整工艺参数,分析它们对温度的响应,为确定模糊规则打下基础。图1所示为25d内出铝量、氟化铝添加量和温度的关系,说明出铝量减少时,温度升高,则需要增加氟化铝添加量。这种定性的关系在电解槽中普遍存在,但没有定量关系,不同电解槽,曲线的形状也有差异。

需要指出的是,在工业电解槽上所有的工艺参数都是相互影响的,考察一个参数时很难消除其他因素的影响,建立相关的数学模型。而在生产过程中不可能进行单因素试验,只能选主要因子,忽略次要因子,通过采用多元辨识方法,得到温度影响的半定量关系。实践表明,这种关系没有普遍适用性,无法建立用于决策的数学模型。

根据现场工艺技术人员的经验及铝电解的基本原理可知,出铝量、氟化铝添加量的确定除与温度有关外,还与其他工艺参数有关,这些参数主要是:分子比、铝水平、炉底压降、氟化铝累积添加量、炉膛形状、物料性能等。生产过程完全由操作者凭经验来决策。通过与技术人员反复交流,我们发现虽然找不到合适的数学模型来描述这些关系,但是可以用规则的形式来描述。

2专家规则库的建立

2.1变量及其论域

根据现场工艺技术人员的经验和我们对电解槽长时间运行情况的分析,系统输入变量采用:温度、分子比、铝水平、炉底压降、3日氟化铝添加量。输出变量采用:每日出铝量、每日氟化铝添加量。

为了将论域限制在当前应用所关心的范围内,我们定义温度(℃)的论域为[930 1010],分子比[2.0 2.6],铝水平(cm)[20 24], 炉底压降(mV)[200 400],3日氟化铝添加量(kg)[50 250],日出铝量(kg)[1800 2400],日氟化铝添加量(kg)[0 100]。

2.2模糊语言变量的隶属度函数

对不同的语言变量采用不同的隶属度函数,模糊子集的数目根据需要确定,例如温度分13个子集,氟化铝添加量分13个子集,炉底压降只有2个子集。以温度为例,隶属度函数的数目取13个。本文采用C1到C13来分别表示温度变量从小到大的各语言值。隶属度函数的形状定义成三角形隶属函数, 图2所示为温度三角形隶属函数。

2.3模糊规则的建立

采用“IF X is A and Y is B,THEN Z is C”的模糊规则形式,其中A表示输入X的隶属函数;B表示输入Y的隶属函数;C表示输出Z的隶属函数。由于输入参数多,如果采用所有参数各个模糊子集的全排列,会导致规则库庞大,运行效率低,因此,我们采用主元素分类来排列,如果主元素满足推理条件时能给出结论,就不再考虑次元素。根据现场测量情况和铝电解的生产实际,选择温度为主元素,分子比、铝水平为次元素,炉底压降、3日氟化铝添加量为辅助元素来设计规则库。

基于前面试验的输入-输出数据,电解槽经一段时间运行后的实际生产技术指标和现场技术人员的经验,建立了该系统的一系列模糊规则。系统正常运行时规则库共有240条规则。

3模糊决策

针对大型铝电解槽的非线性、大滞后、参数测量精度不高、下料器下料有误差、出铝操作有误差的特点,本研究采用自适应模糊控制方案。整个系统包括参数预处理、参数辨识、模糊推理机、决策器和专家知识库五个部分。决策系统框图如图3所示。

系统功能主要是根据电解槽的运行历史数据决策下一步的氟化铝添加量、出铝量。

3.1参数预处理

鉴于电解槽测量参数的特点,测量数据不一定能直接使用,为此,开发了一个铝电解槽模糊专家系统数据预处理程序。首先对输入模型的参数进行处理。如:电解温度采用3日加权平均,不直接使用温度值,而是使用电解温差;平均4d测一次分子比,其余时间的分子比要使用最近一次的分子比和最近几日氟化铝添加量和温度等数据进行计算才能得到。另一方面,模糊专家系统推理出的数据需要在输出前进行各种计算。参数预处理主要采用简单的数学方法,如加权平均、移动平均、一阶滤波等进行数学计算。

3.2模糊逻辑推理

近些年,研究者提出了多种模糊推理算法,本文采用的是“Product-Sum-Gravity”模糊推理算法[3],模糊关系的合成运算采用“求和”运算。

前面我们得到了240条规则,对于每次输入分别求出每个规则中每个前件的隶属度,再求出该规则前件的隶属度,由此求出该输入作用于这条规则的输出,取所有规则输出的集合作为该输入的输出。

3.3模糊决策

采用面积重心法计算精确量,找出所截隶属函数曲线与横坐标围成面积的重心,就把输出模糊集合化成精确的输出值,即系统的决策量。具体算法与文献[4]相同。

3.4参数辨识及模糊规则自适应

电解过程是不断变化的,由于槽龄不同、季节变化、系列电流变动、工艺改进、原材料性能不同,电解槽的最佳工艺条件会发生变化,要使系统能对不同场合、不同时期的电解槽进行有效的决策,系统就必须具备自适应能力。本系统在传统的模糊技术上增加了基于参数辨识的模糊规则自适应等模块,通过决策量的自修正模块和非对称变论域技术模糊推理来实现。具体做法是,综合考虑前一阶段技术条件变化情况、当前槽况等,根据前一阶段经济技术条件,分析电解槽的最佳工艺参数,进一步修改变量的论域,实现决策量的优化调整。以铝水平的论域为例,原来设定的铝水平(cm)的论域为[20 24],运行一段时间(一般为2个月)的统计结果表明,铝水平在23cm时铝电解槽温度控制较好,电流效率较高,模糊决策系统自动把铝水平(cm)论域调整为[21 25],基准值为23cm。这样通过改变论域就可以达到改变模糊决策量的目的。

4系统运行结果

该模糊决策系统已集成在我们开发的铝电解槽诊断和控制系统中[5,6],并在某厂300kA电解槽运行一年多。图4和图5给出了系统在2006年3月至11月之间实验槽和对比槽以及整个工段的电流效率和电能消耗对比。结果表明,系统投入运行后电流效率稳步升高,电能消耗不断下降,使温度稳定在945～955℃,电流效率大于94.5%,吨铝直流电耗小于13000kW·h。与车间其它电解槽相比,电流效率提高0.7%,吨铝直流电耗下降127kW·h。需要说明的是,图中7月份指标下滑,是由于供电系统7月份出现故障,造成停电事故而引起的。

该系统已于2006年12月通过省级专家鉴定。下一步将完善非对称变论域技术模糊推理功能和工艺参数的在线优化。

参考文献

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[3]Mizumoto M.Product-sum-gravity method—fuzzy single-ton-type reasoning method—simplified fuzzy reasoningmethod[C]∥IEEE International Conference on FuzzySystems.NJ:USA IEEE Piscataway,1996:2 098-2 102.

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[5]ZENG Shui-ping,LI Jin-hong.Adaptive fuzzy control sys-tem of 300 kA aluminum production cell[J].TMS LightMetals,2007(136):559-563.