铝电解过程的建模与控制

发布时间：2020-10-20 02:19

　　作为全球最大的电解铝生产和消费国,我国铝电解产业目前依然存在着低电流效率、高电能消耗、生产率较低等问题,如何在保持电解过程稳定的同时降低能耗、控制生产成本是铝电解生产企业的目标。本文以工业铝电解槽为背景,针对铝电解槽建模、铝电解过程的控制、铝电解半实物仿真平台的开发等进行了研究,主要工作如下:介绍了工业电解铝的原理、经济技术指标及重要工艺参数等内容,并以此为基础,采用机理分析的方式建立了电压平衡方程和能量平衡方程,由此得到铝电解槽模型,该模型能够反映极距与电解槽电压、电解系列电流的变化关系。设计了铝电解过程控制系统。选取槽电阻和系列电流作为控制目标以保证生产过程中的能量平衡并提高电解槽的平稳性,根据铝电解槽模型的特点确定了PID控制策略并引入无扰动切换思想,给出控制系统的总体结构并基于Matlab/Simulink平台进行仿真研究,控制效果良好。开发了铝电解半实物仿真平台控制装置,利用西门子S7-300系列PLC和铝电解槽模型搭建了铝电解槽电阻控制系统,并基于西门子视窗控制中心WinCC完成了控制系统监控界面的设计,能够实现对铝电解过程控制系统的实时监控,方便操作人员的管理。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TF821
【部分图文】：

预焙阳极铝电解槽

炭阳极种类（自焙阳极和预焙阳极［８］）进行划分，具体可分为侧部导电自焙阳极电解??槽、上部导电自焙阳极电解槽、连续预焙阳极电解槽和不连续预焙阳极电解槽［９］。??现代铝电解常用的预焙阳极铝电解槽结构如图１．１。??—＿??＾Ａｌｒ?ｃｙｌｉｎｄｅｒ??Ｆｅｅｄｅｒ?ｌ－＾＾ＡＩｕｍｉｒｖａ??Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｓｕｐｐｌｙ?＾?ｙＦｕｍ？?ｃ〇｝）ｅｃ（（〇ｎ??Ｘ?／?Ａｎｏｄｅ?ｒｏｄｓ??Ｃｍｓｔ?ｂｒｅａｋｅｒ?＂＂丄丄麯一?Ｒｅｍｏｖａｂｌｅ??、?ｕｉｌＯ?ｃｏｖｅｒｓ??ａ?ｅ，ｕ，ｔ??Ｅｌｃｃｋｏｌｙｔｅ?Ｃａｒｂ〇ｎ?ａｎ〇ｄ〇?Ｆｒｏｚｅｎ?ｌｅｃｆｇａ??．：■?Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｔｌｅｃｌｏｒ?ｂａｒ?｜??Ｉ???Ｔｈｅｒｍａｔ?ｉｎｓｕｌａｌｍｎ?Ｉ??Ｓｔｅｅｌ?ｓｈｅｌｌ??图１．１预焙阳极铝电解槽结构简图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｒｅｂａｋｅｄ?ａｎｏｄｅ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ?ｃｅｌｌ??霍尔－埃鲁特法的原理是：冰晶石－氧化铝熔体作为电解质，炭阳极作为电解??槽阳极，铝液层与炭块阴极共同构成阴极，直流电能由炭阳极通过熔融电解质至??阴极，在９４０－９６０°Ｃ的高温下，使溶解于电解质中的氧化铝在槽内的阴阳两极发??生电化学反应，阳极电解出碳的氧化物，阴极电解出液态金属铝。由于电解槽内??液态铝密度要比熔融电解质大，故液态铝会沉在炭阴极表面，随着铝液的不断增??多，将定期地由真空抬包吸出，送至铸造车间，通过净化澄清后，被浇铸为铝锭；??对于产生的阳极气体

电解槽,总控系统,绪论,铝电解

第１章绪论??节系统、ＰＬＣ总控系统、人机交互界面平台等。铝电解半实物仿真平台如下图所??图１．３综合控制柜??Ｆｉｇ．?１．３?Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｃａｂｉｎｅｔ??图１．４模拟电解槽??Ｆｉｇ．?１．４?ｓｉｍｕｌａｔｅｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ?ｃｅｌｌ??本文的主要研宂意义体现为以下两大方面：??（１）

综合控制,电解槽,意义