Многокритериальный метод оптимизации процесса производства алюминия

• Автор: Бунтин, Олег Валентинович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Братск
• Количество страниц: 209 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЛИЗА АЛЮМИНИЯ.О

1.1 .Металлургия алюминия

1.2.Электролитическое производство алюминия

1.3.Постановка задачи оптимизации управления процессом получения алюминия

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ МЕТОДОВ СИНТЕЗА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

МНОГОСВЯЗНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

2.1 Анализ методов синтеза сложных многосвязных систем управления

2.2 Моделирование физических процессов современного электролизного производства.

2.3. Топологический метод синтеза сложных систем.

2.4. Метод синтеза сложных систем с применением регрессионного анализа.
ГЛАВА 3. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
3.1. Принципы построения моделей.
3.2. Определение структуры модели количества выливаемого металла.
3.3. Определение объема тестовых данных для построения адекватной модели
3.4. Проверка модели на статистическую значимость
3.5. Построение модели расхода фтористого алюминия.
3.5.1. Проверки адекватности модели расхода фтористого алюминия
3.6. Построение модели значения среднего напряжения
3.6.1. Проверки адекватности модели значения среднего напряжения.
ГЛАВА 4. АЛГОРИТМ ОПТИМИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТОМ ПО
ТРЕМ КРИТЕРИЯМ УПРАВЛЕНИЯ
4.1. Принципы управления объектом.
4.2.Управление электролизером по количеству вылитого металла
4.3.У правление электролизером по расходу фтористого алюминия
4.4.Управление электролизером по значению среднего напряжения
4.5.Управление электролизером по трем критериям управления.
4.6. Система управления процессом электролиза алюминия по обобщенному критерию управления
4.6.1. Пример управления электролизером по трем критериям
оптимальности
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Твердый металлический алюминий легче твердого криолита и его сплавов с глиноземом. В расплавленном же состоянии плотность металла становится выше плотности криолита и криолит-глиноземных расплавов, поэтому выделяющийся в процессе электролиза алюминий собирается под слоем электролита на подине ванны. Если в твердом состоянии при °С плотность криолита составляет 2. С она снижается до 2. С- до 2. В твердом состоянии при СС плотность алюминия чистотой . В присутствии СаР2 в электролите алюминиевой ванны увеличивается его плотность, и плотности электролита и расплавленного алюминия сближаются. Однако при содержании % (по массе) СаИ2 при температуре промышленного электролиза это сближение незначительное. Фтористый магний в несколько меньшей степени, чем СаРЧ, повышает плотность криолитового расплава, а фтористый литий, хлористый натрий и хлористый магний понижают плотность расплавленного криолита. Плотность промышленного электролита при °С (К. О.=2. А0з и 4-6% СаР2) равна 2. Вязкость - важное свойство расплавленного электролита, так как от нее зависят скорость диффузии компонентов электролита, полнота отделения от него металла, удаление от него анодных газов и другие процессы, сопровождающие электролиз. Исследование вязкости расплавленных смесей фторидов натрия и алюминия показывает, что при увеличении содержания А1Р3 в этих смесях от чистого №Р до криолита значительно повышается вязкость расплава. Максимум вязкости соответствует чистому криолиту. Вязкость криолитовых расплавов возрастает под влиянием СаР2 и М§Р2, но снижается под влиянием ИаС1 и ВаС. Если вязкость чистого расплавленного криолита при °С составляет около 2. СаР2 она возрастает до 3. Однако величина вязкости электролита алюминиевой ванны определяется в значительной степени глиноземом, содержащимся в электролите. Так, при добавлении к криолиту % (по массе) А увеличивается вязкость криолит-глиноземного расплава на % по сравнению с вязкостью чистого расплавленного криолита при °С. Вязкость промышленного электролита при °С (К. О.=2. А0з и 4-6% СаР2) составляет 3. Электропроводность расплавленного электролита имеет весьма существенное значение, так как именно в слое электролита происходит наибольшее падение напряжения и развивается джоулевое тепло, необходимое для поддержания требуемой температуры ванны. Измерение удельной электропроводности расплавленной смеси фторида натрия и алюминия показывают, что наиболее высокой электропроводностью обладает чистый ЫаР. Удельная электропроводность падает с возрастанием фторида алюминия, подчиняясь линейной зависимости. Электропроводность расплавленного криолита несколько снижается под влиянием СаР2 и М^2. Удельная электропроводность криолит-глиноземного расплава является линейной функцией содержания глинозема. Промышленный электролит несколько загрязнен взвесью из угольных частиц, окислов и карбидов, повышающих его удельное электрическое сопротивление. Электропроводность криолитовых расплавов может быть повышена под влиянием 1л и ЫаС1. Процесс электролиза состоит в электролитическом разложении глинозема, растворенного в электролите (АОз=2А1+1. На катоде выделяется алюминий, на аноде происходит окисление выделяющимся кислородом углерода с образованием смеси С и СО. А+1. С=2А1+1. Расплавленный электролит в рабочем состоянии представляет собой сложный по составу расплав, состоящий из многочисленных ионов, образующихся при электролитической диссоциации его компонентов. А1 и О , образующиеся при электролитической диссоциации растворенного в электролите глинозема. Выделяющийся на аноде суммарный кислород тут же вступает во взаимодействие с угольным анодом и сжигает его с образованием смеси СО и СО 2. Это приводит к постепенному расходованию анода. Газовые пузырьки при хорошем смачивании анода электролитом как бы смываются циркулирующем расплавом. По мере снижения в электролите концентрации глинозема смачиваемость анода расплавом ухудшается, и газовые пузырьки начинают закрепляться на поверхности раздела его с расплавом, электросопротивление на границе раздела скачкообразно возрастает. Рис.