一种铝电解槽非均匀下料方法 |
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| 申请号 | CN201610414638.9 | 申请日 | 2016-06-13 | 公开(公告)号 | CN105839145A | 公开(公告)日 | 2016-08-10 |
| 申请人 | 中南大学; | 发明人 | 张红亮; 梁金鼎; 杨帅; 李劼; 丁凤其; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 铝 电解 槽 非均匀下料方法，根据槽内 电解质 流动形态和 氧 化铝浓度分布的特征，选择各下料点的定容器容量大小，并使用仿真方法对得到的定容器配置进行对比评估，确定出合适的非均匀定容器配置；同时根据所选择的定容器容量大小，调节下料间隔时间，以保证 电解槽 一定时间内的总下料量不变。应用本发明方法可以根据槽内电解质各区域流动特性的不同，针对性地调节各个定容器的大小，减小电解质中氧化铝的区域浓度差，优化氧化铝浓度分布，促进电解槽的平稳运行。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种铝电解槽非均匀下料方法，其特征在于：根据槽内电解质流动形态和氧化铝浓度分布的特征，选择各下料点的定容器容量大小，并使用仿真方法对得到的定容器配置进行对比评估，确定出合适的非均匀定容器配置；同时根据所选择的定容器容量大小，调节下料间隔时间，以保证电解槽一定时间内的总下料量不变。 |
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| 说明书全文 | 一种铝电解槽非均匀下料方法技术领域背景技术[0002] 铝电解槽运行中需要不断补充反应原料氧化铝，现代铝电解槽正在往大型化发展，带来的首要问题是氧化铝浓度控制问题。大型化使得铝电解槽的尺寸越来越大，相应增加了氧化铝在电解槽内的传输距离与传输范围，使得氧化铝在电解质中的浓度梯度明显增大。 [0003] 现行铝电解槽上还不能实现连续下料，必须依靠多个下料器(又称定容器)进行间隔加料，但在现行多下料器的应用中，均采取多个下料点同时动作或者分成两组相继进行动作，且每个下料器的大小和下料量是完全一样的，没有考虑到不同位置电解质流动特性的差异。铝电解槽的大型化发展到现今程度，槽内氧化铝浓度的分布问题和区域性差异已是不可回避的问题，而现行下料系统的设计思路已经不能完全满足大型铝电解槽对于物料浓度的控制要求，特别是对于不同区域浓度偏差来说完全没有适应性。 [0004] 铝电解相关的设计中，针对氧化铝在熔体中的扩散路径和留存位置来优化下料器配置的研究仍然非常少。专利CN102851704A中公布了一种铝电解槽下料器单点控制下料方法，将下料口分为不同的区域，通过分析不同区域阳极电流从而对各下料口区域的状态进行有区别的下料控制。但上述专利仅仅是在下料控制方法上对不同位置的下料器进行区别控制，各下料口采用的仍是同样的定容器。使用较大的定容器有助于浓度分布在空间上更为均匀，但使用较大的定容器时高浓度区域的面积变化明显加大，槽内整体氧化铝浓度梯度随时间的变化更剧烈，同时加大了氧化铝在垂直输运过程中的早期沉淀风险。 发明内容[0005] 本发明所要解决的技术问题是提出一种能减小电解质中氧化铝的区域浓度差，优化氧化铝浓度分布的铝电解槽非均匀下料方法。 [0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供的铝电解槽非均匀下料方法，根据槽内电解质流动形态和氧化铝浓度分布的特征，选择各下料点的定容器容量大小，并使用仿真方法对得到的定容器配置进行对比评估，确定出合适的非均匀定容器配置；同时根据所选择的定容器容量大小，调节下料间隔时间，以保证电解槽一定时间内的总下料量不变。 [0007] 所述的下料间隔时间用式(1)和式(2)进行描述和计算： [0008] [0009] [0010] 其中mt为电解槽总下料量，应保持不变；mi为各点的下料量；t为总时间；T为下料间隔；mv为下料器的定容器大小；n为下料点的个数。 [0011] 所述的定容器容量大小为0.8kg、1.0kg、1.2kg、1.6kg、1.8kg和2.0kg中的一种或多种。 [0012] 用仿真方法对定容器配置进行对比评估，所述的对比评估的指标为槽内氧化铝的平均浓度、浓度标准差和浓度区间。 [0013] 采用上述技术方案的铝电解槽非均匀下料方法，具备如下优点： [0014] (1)能根据槽内电解质各区域流动特性的不同，针对性地调节各个定容器的大小，从而减小电解质中氧化铝的区域浓度差，优化氧化铝浓度分布，促进电解槽的平稳运行。 [0015] (2)通过调节下料间隔时间，确保总下料量不变，能够保证反应原料的收入和支出仍保持平衡。 [0016] (3)使用仿真方法对定容器配置组合进行对比分析，可在设计阶段评估各方案的理论优化效果，从而选择出最为合适的定容器组合。 [0017] 综上所述，本发明是一种根据槽内电解质各区域流动特性的不同，针对性地调节各下料点使用的定容器容量大小，以减小电解质中氧化铝的区域浓度差，优化氧化铝浓度分布的铝电解槽非均匀下料方法。附图说明 [0018] 图1为使用原有的统一定容器配置得到的氧化铝浓度分布图。 [0019] 图2为使用不统一定容器配置得到的氧化铝浓度分布图。 具体实施方式[0020] 下面结合附图对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围不受实施例所限。 [0021] 本发明提供的铝电解槽非均匀下料方法，根据槽内电解质流动形态和氧化铝浓度分布的特征，选择各下料点的定容器容量大小，并使用仿真方法对得到的定容器配置进行对比评估，确定出合适的非均匀定容器配置；同时根据所选择的定容器容量大小，调节下料间隔时间，以保证电解槽一定时间内的总下料量不变。定容器容量大小为0.8kg、1.0kg、1.2kg、1.6kg、1.8kg和2.0kg中的一种或多种。用仿真方法对定容器配置进行对比评估，对比评估的指标为槽内氧化铝的平均浓度、浓度标准差和浓度区间。 [0022] 具体地，根据某400kA根据槽内电解质流动形态和氧化铝浓度分布的特征，选择各下料点的定容器容量大小，对下料器容量大小配置进行优化；具体配置为：改变原有的6×1.6kg下料器系统，根据浓度分布特征，将下料点FD1、FD3、FD4、FD6的定容器容量增大至 1.8kg，而将下料点FD2、FD5的定容器容量缩小至1.2kg。 [0023] 对于铝电解槽来说，一定时间内的下料总量和各个点的下料量用式(1)和式(2)进行描述和计算： [0024] [0025] [0026] 其中mt为所有总的下料量，mi为各点的下料量，t为总时间，T为下料间隔，mv为下料器的定容器大小，n为下料点的个数。通过计算，对本方案来说可保持原有的下料间隔为136s。 [0027] 使用仿真方法对得到的定容器配置进行对比评估，确定出合适的非均匀定容器配置。为了与原有的统一定容器配置进行对比，通过数值计算得到原有统一定容器配置的区域浓度偏差如图1，各区域氧化铝的平均浓度、浓度标准差以及浓度区间列于表1。使用本发明方法优化定容器配置后，得到的区域浓度偏差示于图2，各区域浓度相关数据也列于表2。 [0028] 表1原有统一定容器均匀下料得到的区域浓度偏差 [0029] [0030] [0031] 表2不统一定容器非均匀下料得到的区域浓度偏差 [0032] [0033] 对比图1和图2，图示中高浓度分布区域(E、F)面积和低浓度区域(A、B、C、D)面积都相应有所减小，这意味着整个区域内浓度分布变得更为均匀。 [0034] 对比表1和表2，各子区域的浓度均匀性有了一定的改善，平均浓度与总平均浓度之间的差值明显减小、区域内部的浓度标准差全部都有所减小、各子区域的浓度范围除第三区外也都呈现了减小的趋势，全槽浓度区间的最低值有所升高、最高值有所下降，槽内的氧化铝浓度分布区间减小了0.2％。 [0035] 因此，对于这种不统一定容器非均匀下料的方法来说，理论上在优化浓度分布上是可以产生明显效果的，特别是在减小电解质中的区域浓度差上具有一定的作用。 |
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