九区控制方案合作建议书

PAGEPAGE89区控制方案合作建议书对电解质温度、液相线温度、过热度和阴极压降进行测量并进行9区控制的实施方案目的：贺利氏电测骑士（简称HEN）与铝厂进行技术合作，共同开发一种完善的电解槽控制程序（试验合作协议在HEN与铝厂之间签定）。这个控制程序是基于对电解质温度、液相线温度、过热度和阴极压降的常规测量，并将测量结果应用到更准确的9区控制模型中。控制方案：这个建议书包括4个阶段的控制程序，并且重点研究第2和第3阶段。所有的阶段先作一个总结，阐述一下整个程序是如何用Cry-O-Therm复合式传感器,测温探头Positherm-Al和Cry-V-Therm复合式传感器作为常规的测量工具。然后在文章中再详细阐述该建议书完成本方案第2、3阶段的详细试验计划。2.1第1阶段：基准试验主要是构建一个频率分布图或一个电解系列过热度和液相线分布的“快照”。数据表明了该铝厂还有多少可提高改进的空间。在这个阶段也要弄清楚在目前的控制程序下过热度和液相线温度的变化幅度大小。因此这些数据为将来程序控制实验提供一个基础。第2阶段：模型创建和阶段响应试验首先判定电解质温度、液相线温度和过热度是如何被控制的。主要的控制工具是通过对阳/阴极距离（ACD）的调整（即调整电压）来调整电解质温度在指定的控制范围内。液相线的移动可通过结壳的动态变化来预测。如果电解质温度与目标温度偏差越大，电压调整就越大。次要的控制工具是根据液相线温度加权移动平均值变化到控制范围以外来调整AlF3加入量，这是因为此时由于电解质温度和过热度的限制不可能调整槽电压。此外，9区控制方案中不需要对熔池取样进行化学分析AlF3的量。先选择一个目标的电解质温度并且设定控制限度在这个目标范围内。还要选择一个目标的液相线温度加权平均值（基于4点测量）并且设定控制限度在这个目标范围内。我们使用的是液相线温度加权平均值而不是实际的液相线温度，因此化学添加剂是根据电解槽的变化趋势而不是实际的测量。这样避免了化学添加剂短期内大的波动对电解槽的过度反应所导致的超过目标控制限度和破坏电解槽的稳定性的后果。控制程序是以9区控制模型（参见图1）为基础，并随着试验的进行进一步修正。推荐每天用过热度测量传感器Cry-O-Therm或测温探头PosithermAl进行测量。检`5594595594596595596595593AlF<5IfSHV5IfSHCheckSHHighLiqHighTb3AlFV=SetpointHighLiqTbOKVHighLiqLowTb=Setpoint3AlFVIfSH>5CheckSHLiqOKHighTb=SetpointV=Setpoint3AlFLiqOKTbOK=Setpoint3AlFVLiqOKLowTbVIfSH>5CheckSHLowLiqHighTb3AlFV=SetpointCheckSHLowLiqTbOK20VSetpointSHVIfSH<203AlFCheckSHLowLiqLowTb987654321toPkcehC`559459高低559459659559高低659559熔池温度°C检`5594595594596595596595593AlF<5IfSHV5IfSHCheckSHHighLiqHighTb3AlFV=SetpointHighLiqTbOKVHighLiqLowTb=Setpoint3AlFVIfSH>5CheckSHLiqOKHighTb=SetpointV=Setpoint3AlFLiqOKTbOK=Setpoint3AlFVLiqOKLowTbVIfSH>5CheckSHLowLiqHighTb3AlFV=SetpointCheckSHLowLiqTbOK20VSetpointSHVIfSH<203AlFCheckSHLowLiqLowTb987654321toPkcehC`559459高低559459659559高低659559熔池温度°C四点加权平均液相线温度熔液温度OK高熔液温度四点加权平均液相线温度熔液温度OK高熔液温度低熔液温度321低液相线温度低液相线温度低液相线温度低液相线温度低液相线温度低液相线温度检查SH检查SH检查SHVIfSH<20检查SHV=设置点VIfSH<20检查SHV=设置点20V20V=设置点SHAlFVIfSH>53AlFAlFVIfSH>53AlF查3高熔液温度64查3高熔液温度64熔液温度OK熔液温度OK低熔液温度5电液相线温度OK液相线温度OK液相线温度OK电液相线温度OK液相线温度OK液相线温度OK检查SH检查SH=设置点VVIfSH>5V=设置点VVIfSH>5V解AlF3=设置点=解AlF3=设置点=设置点AlF=设置点3AlF=设置点3AlF3987987槽高熔液温度熔液温度OK低熔液温度槽高熔液温度熔液温度OK低熔液温度高液相线温度高液相线温度高液相线温度高液相线温度高液相线温度高液相线温度检查SH检查SHV=设置点IfSHV5IfSHV5V3AlFV3AlF3AlF<5IfSH3AlF<5IfSH图1：9区控制模型SH—过热度V—槽电压阴极压降的测量可用作槽底沉淀物和底部结晶形成的早期报警系统。如果电解操作是在较高的AlF3水平下进行的，那么这种现象极有可能发生。每4天一次的测量频率通常会满足要求。在实施这个模型之前，需要确定氧化铝下料、阳极作业、出铝、电压调整和氟化铝（AlF3）加入量对电解槽电解质温度、液相线温度和过热度的影响。2.3第3阶段：模型的确认试验精确地建立9区控制模型和控制电解槽的程序表，以及追踪整个进程情况需要3个月的时间。建议至少用20个电解槽进行试验。测量应该在电解槽处于热平衡受最小程度地干扰下的稳定状态下完成，热平衡通常就在更换阳极之前改变。以4天为一个测量周期：第一天：用过热度测量传感器Cry-O-Therm测量电解质温度、液相线温度第二天：用测温探头PosithermAl测量电解质温度第三天：用过热度测量传感器Cry-O-Therm测量电解质温度、液相线温度第四天：用阴极压降测量仪C-V-Therm测量电解质温度，阴极压降在不测量液相线温度的工作日里，9区控制程序将用来预测过热度和液相线温度。对比一下另外的用原来程序控制的20个电解槽（不用9区控制方案），每周用过热度测量传感器Cry-O-Therm监测一次，这样可以根据电解质温度、液相线温度和过热度的平均值和标准偏差来比较试验槽的性能。2.4第4阶段：节约工业成本的试验一旦精确建立好控制模型，最后阶段就是约定监控电解槽性能的方法和如何测定所希望的成本节约所带来的效益。有可能用旧的控制程序对相同部分电解槽进行性能监控。新的控制程序（9区控制方案）应该进行4～6个月的测试以评估一下应用新方案后可能获得的费用节约。按计划试验需要50～100个电解槽或一个电解车间，软件装入生产过程控制计算机中，直接通过工厂计算机而不是手册式的程序表来直接控制电解槽。在第4阶段末可以决定是否将这个控制方案引进到整个电解铝厂。3．第2阶段的试验计划：本试验采用3×8小时的轮班生产方式。实际的班次变化会因阳极作业、出铝等而改变，这个因素应该考虑进去并且可能调整一下测量进度、测量频率和探头的消耗。然而，这个建议书是用于计划所需的时间和实施这个9区控制方案所需的大概费用。氧化铝下料的影响每3小时填料一次，在原来稳定的电解槽中2个完整的填料周期内追踪观察原料填入对电解质温度、液相线温度、过热度的影响。每10分钟测量一次，6次/小时×8小时=48次2个电解槽需要2×48=96个COT传感器阳极作业的影响在原来稳定的电解槽中追踪观察阳极作业对电解质温度、液相线温度、过热度的影响并且确定电解槽从干扰状态下（指由于阳极作业所引起的）恢复所需的时间。更换阳极应该选择最接近测量位置（出铝口）和最远的角落处（2种阳极作业模式）以观察最大和最小影响。在阳极作业之前2小时（1个传感器/小时）=2次测量在阳极作业之后的前12小时（1个传感器/小时）=12次测量在阳极作业之后的12-32小时（2个传感器/8小时班次）=6次测量20个传感器/电解槽×2种阳极作业模式×2个电解槽=80个COT传感器出铝的影响在原来稳定的电解槽中追踪观察出铝对电解质温度、液相线温度、过热度的影响并且确定电解槽从干扰状态下（指出铝所引起的）恢复所需的时间。在出铝之前2小时（1个传感器/小时）=2次测量在出铝之后的前12小时（1个传感器/小时）=12次测量在出铝之后的12-32小时（2个传感器/8小时一班）=6次测量20个传感器/电解槽×2个电解槽=40个COT传感器（4）电压调整的影响“诊断法电解槽控制”需要冰晶石温度测量仪每48小时的测量，最好刚刚在阳极更换之前进行。每天测量电解质温度而液相线温度和过热度根据模型来预测。因此，如果电压需要变化，可以相应的每24小时进行调整。电压调整大小将依据电解质温度与目标值的偏离和过热度大小。需要确定长时间对电压调整的反应。选择原来稳定的电解槽测量如下：在电压改变之前2小时（1个传感器/小时）=2次测量在电压调整之后的前12小时（1个传感器/小时）=12次测量在电压调整之后的12-32小时（2传感器/8小时一班）=6次测量每个电解槽需要的传感器数=20个电压调整计划：mV需传感器数量＋502个电解槽×32小时=2×20个传感器=40个＋1002个电解槽×32小时=2×20个传感器=40个＋2002个电解槽×32小时=2×20个传感器=40个＋3002个电解槽×32小时=2×20个传感器=40个－502个电解槽×32小时=2×20个传感器=40个－1002个电解槽×32小时=2×20个传感器=40个－1502个电解槽×32小时=2×20个传感器=40个－2002个电解槽×32小时=2×20个传感器=40个所需传感器总数=8种电压调整水平×40=320个COT传感器氟化盐添加的影响采用3×8小时的轮班生产方式，每24小时测量电解质温度。因此，如果由于电解质温度和过热度的限制不允许改变槽电压，这时可以调整氟化物的加入量使液相线加权平均在某一限度内移动。对氟化物加入量的改变建议每24小时一次，并立即进行测量。填加比例由工厂决定。标准填加量（STD）是保持熔液化学成分稳定所需的氟化铝填加量，熔液化学成分稳定达到目标的液相线温度，例如每24小时加20kg的氟化铝，这个数值将依赖于电解槽槽龄，这样每一个电解槽有其独自的氟化铝填加量设置值。有必要追踪观察氟化物添加对电解质温度、液相线温度、过热度的短期和长期影响。建议对预定的氟化物加入量监控1个月。计划第一周第二周第三周第四周A标准填加量½标准填加量标准填加量标准填加量B标准填加量标准填加量标准填加量标准填加量C标准填加量1½标准填加量标准填加量标准填加量D标准填加量2倍标准填加量标准填加量标准填加量选择原来稳定的电解槽：每种填加水平2个电解槽。每24小时的测量刚好在阳极作业之前。每24小时设置填加量，立即用冰晶石温度测量仪进行测量。如果因填加比例造成电解槽不稳定的，应将这些电解槽排除在试验之外。4周所需传感器总数=28次测量/槽×2槽/填加水平×4种填加水平=224个传感器第2阶段所需传感器总数=840个COT传感器4．第3阶段的试验计划：基于9区控制模型和第2阶段试验数据进行为期12周的模型确认试验。这个试验是以3×8小时的轮班生产方式为基础（这可以根据工厂的实际生产情况改变）。例如，20个试验用电解槽，每24小时测量一次，测量通常是在阳极作业之前，时间表还可以根据工厂的实际情况改变。再选择20个对比试验槽，每周用冰晶石温度测量仪测量一次。如果需要的话，根据第2阶段的电压模型每24小时进行电压调整。根据第2阶段的氟化物模型每24小时进行氟化物填加。开始氟化物的填加量依据电解槽的槽龄，然后依据第2阶段的氟化物模型进行调整。电解质温度目标值—由工厂来选择（举例来说960°C，那么控制范围为955～965°C）液相线温度加权平均（基于4点测量）目标值—由工厂来选择（举例来说950°C，那么控制范围为945～955°C）每月测量时间表：第一周第二周第三周第四周星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期日COTCVTCOTPosPosCOTCVTCOTCOTPosCOTCVTCVTCOTPosCOTCOTCVTCOTPosPosCOTCVTCOTCOTPosCOTCVT12周试验每个电解槽所需的传感器数量：过热度测量传感器Cry-O-Therm(COT)45测温探头PosithermAl(Pos-Al)21阴极压降测量传感器C-V-Therm(CVT)21第3阶段所需传感器总数=45×20个电解槽=900个COT传感器13×20个电解槽=260个COT传感器（比较槽每周一次）21×20个电解槽=420个Pos-Al传感器21×20个电解槽=420个CVT传感器5．总结5.1让我们总结一下第2和第3阶段所需的传感器总数=2000个COT传感器（包括可选的用于比较的260个传感器）=420个Pos-Al传感器=420个CVT传感器考虑总的成功率、训练使用和传感器的包装损耗，以下为推荐的传感器使用数量：=2205个COT传感器（63箱）=500个Pos-Al传感器（10箱）=500个CVT传感器（10箱）5.2时间表：从计划开始：1个月——第2阶段模型创建和阶段响应试验1个月——数据评估和创建模型程序表3个月——第3阶段—模型确认试验完成2+3阶段需6个月时间6两方（HEN和铝厂）共同合作建议书铝厂承担所有以上试验所需的传感器费用。贺利氏电测骑士将提供2周人力支持（至少2人）来帮助铝厂进行第2阶段的试验。铝厂应该提供人力进行第2、3阶段的试