鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一信息模型及節(jié)能技術(shù)

前言

鋁具有特殊的化學(xué)、物理特性，是當(dāng)今最常用的工業(yè)金屬之一，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)原材料。2007年我國電解鋁年產(chǎn)量為1240萬t，占全球鋁產(chǎn)量的32％，行業(yè)用電量占全國工業(yè)總用電量的7％左右，可見降低鋁電解的能耗對我國單位GDP能耗的降低有著舉足輕重的作用。鋁電解槽的電流效率和槽電壓是決定直流電耗的重要指標(biāo)，因為其分別受鋁電解槽的穩(wěn)定性和極距的制約，所以提高鋁電解槽的穩(wěn)定性并同時降低極距是降低鋁電解槽能耗的關(guān)鍵。傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)中以降低鋁電解槽外圍材料的電阻率來實現(xiàn)節(jié)能，而對通過增加極距的均一性來降低極距同時提高電流效率實現(xiàn)節(jié)能的研究較少。我國鋁電解槽的極距所消耗的能耗占鋁電解槽總能耗的40％左右，極距平均值大致為4.5－5.5em，而國外極距的最低值為4cm以下，降低lcm極距就相當(dāng)于降低鋁電解槽總能耗的8％左右。因此，研究通過增加極距的均一性來降低極距并提高電流效率的關(guān)鍵極節(jié)能新方法也是降低我國鋁電解能耗進(jìn)而降低我國單位GDP能耗的一個極有潛力且能較快獲取效益的重要課題。鋁電解槽的槽電壓信號中隱藏了大量的槽況信息，所以建立非穩(wěn)態(tài)槽電壓波動模型可以找出提高鋁電解槽穩(wěn)定性的途徑，進(jìn)而為降低極距來實現(xiàn)節(jié)能提供了信息支持。

內(nèi)容概要

本書在簡單介紹鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一模型的概念和分類的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了這些模型的建立及其相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)，包括：鋁電解槽槽電壓與陽極電流波動模型及其動態(tài)槽況診斷系統(tǒng)、鋁電解槽鋁液界面波動模型及數(shù)值模擬、鋁電解槽實時非均一極距模型及極距和鋁液波動在線監(jiān)測系統(tǒng)、鋁電解槽信息的多數(shù)據(jù)庫集成技術(shù)、鋁電解槽操作優(yōu)化集成式智能型決策模型及系統(tǒng)、鋁電解槽關(guān)鍵極節(jié)能技術(shù)。    本書可供冶金工程、熱能工程、控制工程的研究生和科技人員參考，也可供鋁電解現(xiàn)場操作人員參考。

書籍目錄

1 鋁電解槽模型概述  1.1 鋁電解槽模型的分類  1.2 鋁電解槽穩(wěn)態(tài)均一模型  1.3 鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一模型  1.4 發(fā)展鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一模型的意義  1.5 本書的主要內(nèi)容  參考文獻(xiàn)2 鋁電解槽穩(wěn)態(tài)均一模型  2.1 概述  2.2 建立鋁電解槽穩(wěn)態(tài)和均一模型的意義  2.3 鋁電解槽內(nèi)物理場耦合關(guān)系分析  2.4 解析模型與計算方法    2.4.1 電流場解析    2.4.2 磁場解析    2.4.3 熱場解析    2.4.4 流場解析  2.5 耦合解析方法  2.6 仿真實例    2.6.1 主要工藝參數(shù)    2.6.2 仿真結(jié)果及其分析  2.7 本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)3 鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一模型的發(fā)展過程  3.1 鋁電解槽模型的發(fā)展過程    3.1.1 鋁電解槽熱電及熱應(yīng)力模型的研究進(jìn)展    3.1.2 鋁電解槽電磁流動模型的研究進(jìn)展    3.1.3 鋁電解槽熱、電、磁、流動耦合模型的研究進(jìn)展  3.2 鋁電解槽模型存在的問題  3.3 鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)和非均一模型的研究進(jìn)展    3.3.1 鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一模型的分類    3.3.2 槽電壓波動信息元分析模型    3.3.3 鋁液波動模型    3.3.4 實時陽極電流波動及其非均一分布模型    3.3.5 實時非均一極距模型    3.3.6 操作優(yōu)化集成式智能型決策模型  3.4 鋁電解槽節(jié)能技術(shù)的研究進(jìn)展  參考文獻(xiàn)4 開發(fā)鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一模型的方法  4.1 開發(fā)鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一模型的傳統(tǒng)方法    4.1.1 開發(fā)鋁電解槽模型的仿真方法    4.1.2 開發(fā)鋁電解槽模型的混合編程方法    4.1.3 開發(fā)鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一控制模型的方法    4.1.4 開發(fā)鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一在線檢測模型的方法    4.l.5 開發(fā)鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一故障診斷模型的方法  4.2 開發(fā)鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一模型的新方法    4.2.1 小波包和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法    4.2.2 模糊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法  ……5 鋁電解槽電壓波動信息元分析模型與動態(tài)槽況診斷系統(tǒng)6 鋁電解槽鋁液界面波動模型及數(shù)值模擬7 鋁電解槽實時非均一極距軟測量模型的建立8 鋁電解槽極距和鋁液波動在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用9 鋁電解槽操作優(yōu)化IIDSS的開發(fā)與應(yīng)用10 鋁電解槽的多數(shù)據(jù)庫研究11 鋁電解槽關(guān)鍵極節(jié)能技術(shù)研究12 鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一模型的研究成果及今后發(fā)展方向

章節(jié)摘錄

1 鋁電解槽模型概述1.1 鋁電解槽模型的分類我國鋁電解技術(shù)水平的提高有兩個重要的原因：鋁電解槽數(shù)學(xué)模型的建立和操作制度的完善。計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值仿真技術(shù)為鋁電解槽物理場的設(shè)計提供了有力的工具，首先初步確定鋁電解槽的母線結(jié)構(gòu)和內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，然后建立數(shù)學(xué)模型，對鋁電解槽的電場、磁場、溫度場、流場和熱應(yīng)力場進(jìn)行求解，根據(jù)求解的結(jié)果重新修改鋁電解槽的母線結(jié)構(gòu)和內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，直到得到最優(yōu)結(jié)構(gòu)。這些數(shù)學(xué)模型的基本假設(shè)都是穩(wěn)定的。穩(wěn)態(tài)的數(shù)學(xué)模型對鋁電解槽的設(shè)計優(yōu)化起了很大的作用，但在實際生產(chǎn)過程中，各種生產(chǎn)參數(shù)都是不穩(wěn)定的，如要更大程度地提高鋁電解槽的穩(wěn)定性和挖掘其節(jié)能的潛力，就必須建立非穩(wěn)態(tài)模型。非穩(wěn)態(tài)模型既包括電場、磁場、流場和熱應(yīng)力場的非穩(wěn)定求解，又包括對某個生產(chǎn)參數(shù)的動態(tài)信息進(jìn)行數(shù)字處理，比如電壓波動信息元分析模型、陽極電流波動的快速傅里葉分析模型等。鋁電解槽模型的類型如圖1-1所示。1.2 鋁電解槽穩(wěn)態(tài)均一模型傳統(tǒng)的鋁電解槽模型基本上都是基于穩(wěn)態(tài)和均一的，即鋁電解槽的電場、磁場、流場、熱場和應(yīng)力場都是穩(wěn)態(tài)的，電場中的電流分布也看成是固定不變的。而在生產(chǎn)過程中電流是變化的，這樣就會影響電場、磁場、熱場和流場的分布；鋁液界面也是波動的，在建立模型時沒有考慮鋁液界面的波動，只考慮了流場在水平方向的流動；還有極距是按一個平均值來處理的，而實際上每個陽極下的極距都是不一樣的，所以均一模型是對實際生產(chǎn)情況的一種假設(shè)。

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《鋁電解槽非穩(wěn)態(tài)非均一信息模型及節(jié)能技術(shù)》由冶金工業(yè)出版社出版。

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