[00134947]高效能铝电解槽多元物理场协同耦合优化及动态管控技术

(1)铝电解槽多物理场之间相互作用机理 该成果利用电解槽电-热耦合模型研究了电解槽温度分布、压降分布、散热量分布等热平衡特性;基于电-磁-流物理场耦合研究了铝电解槽的稳定性影响因素;根据热-力-流物理场耦合研究了铝电解槽氧化铝浓度均匀性关联因子;建立热力流物理场耦合模型研究了铝电解槽结构特征;通过铝电解槽电磁场模型,研究了铁磁物质（槽壳、摇篮架）、换阳极、不同阴极结构、相邻槽、邻列槽以及过道母线等对铝电解槽磁场分布的影响。实现了电-磁-热-力-流多场之间的耦合,揭示了多物理场之间的相互作用机理。 （2）超大型电解槽优化设计方案 基于电-磁-热-力-流多物理场协同耦合机理,采用多物理场协同耦合分析软件,和综合测试得到的边界条件,对高效能超大型节能槽进行仿真设计优化,获得良好的炉膛内型及合理的等温线分布、优异的磁场环境,提高了氧化铝浓度的均匀性及电解槽抗热冲击的能力,经过实践验证,设计的电解槽实现稳定、高效、低耗的良好指标。 （3）电解槽工艺技术优化与管控策略研究 基于统计过程控制方法,优化了铝电解工艺生产运行参数,采用数据挖掘的方式探明了不同工艺参数之间的关联性。开发了保温管控技术、换极管控技术、出铝管控技术、氟化盐下料管控技术有效指导了铝电解生产过程控制。起草了多项生产操作规范及标准,提高了生产操作的规范性及安全性。 （4）电解槽寿命预测模型研究 该成果依据提供的建模需求和现场样本数据,利用数据挖掘技术构建了铝电解槽的槽寿命预测模型,以及相应的槽寿命预测软件。槽寿命预测模型能反映槽寿命相关的定性规律性、体现敏感因素和样本的定量规律性及内在关联性,输出结果包括“电解铝系列槽的内衬使用年限（最大槽寿命）、经济槽寿命以及每台铝电解槽的在线剩余槽寿命”。该系统在多家电解铝生产企业得到应用,能够有效地预报电解槽的生命周期阶段,有利于采取阶段性电解槽管控措施。 该成果涉及铝冶炼、材料学、控制学、大数据等多学科技术交叉,利用建立的多物理场耦合仿真分析模型,研究了铝电解槽多物理场间相互作用机理,形成了高效节能铝电解设计、工艺管控技术方案,解决了困扰铝电解行业的多物理场耦合、动态过程分析和工艺管控等关键技术难题。通过对十余家电解铝生产企业的调研跟踪,并对已投产的电解槽运行指标进行统计,结果表明,已投产400-500kA电解槽的平均电流效率达到93.54%,吨铝平均电能消耗为12500kwh,技术指标先进。按照贵阳院近五年技术改造项目与新增设计产能已投产的项目进行计算,参照未改造前的相关生产指标,按照节省电能消耗与提高产量两部分综合统计,每年产生经济效益近20亿元。