СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ ГЛИНОЗЕМА
SYSTEMS AND METHODS FOR DETERMINING ALUMINA PROPERTIES

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[0001] Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет по заявке на патент США № 13/107557, озаглавленной "СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ ГЛИНОЗЕМА", поданной 31 января 2011 г., которая полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Глинозем используется в качестве сырья в производстве металлического алюминия в алюминиевых электролизерах. Качество глинозема может меняться, иногда значительно, в зависимости от поставщика и/или сорта, помимо прочих факторов. Это непостоянство качества глинозема может влиять на работу алюминиевых электролизеров. Одним из параметров, которые могут меняться, является сыпучесть глинозема. Например, фиг.1 иллюстрирует изменчивость в сыпучести глинозема для одного электролизера за однолетний период. Сыпучесть меняется в диапазоне от примерно 65 секунд до примерно 160 секунд. Сыпучесть может также сильно меняться от партии к партии. Например, как показано в Таблице 1, приведенной ниже, пять различных партий на одном и том же металлургическом предприятии реализовали среднюю сыпучесть от 59 секунд до 152 секунд, даже при том, что все измерения проводились примерно в одно и то же время.
Таблица 1
Электролизер
Сыпучесть (время протекания через воронку)
A
109
B
152
C
118
D
87
E
59
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В широком смысле настоящая заявка относится к системам и способам для определения одного или более свойств глиноземного сырья. Эти свойства могут использоваться для изменения рабочих параметров одного или более алюминиевых электролизеров (например, в попытке улучшить эксплуатационных характеристики одного или более алюминиевых электролизеров).
[0004] В одном аспекте система включает в себя блок хранения глинозема, содержащий или приспособленный содержать глиноземное сырье. Система может включать в себя узел подачи глинозема, сообщающийся с блоком хранения глинозема. Узел подачи глинозема может также сообщаться с алюминиевым электролизером. Например, узел подачи глинозема может включать в себя проход, имеющий дальнюю концевую часть, ближнюю концевую часть и среднюю часть. Дальняя концевая часть может сообщаться с блоком хранения глинозема. Ближняя концевая часть может сообщаться с алюминиевым электролизером. Средняя часть расположена между дальней концевой частью и ближней концевой частью. Глиноземное сырье из блока хранения глинозема может периодически протекать через узел подачи глинозема (например, через проход) в алюминиевый электролизер. С узлом подачи глинозема может сообщаться измерительное устройство. Это измерительное устройство может быть выполнено с возможностью измерять свойство узла подачи (например, температуру глиноземного сырья) и передать первый сигнал процессору. Процессор может быть выполнен с возможностью принимать первый сигнал и получать данные о свойстве узла подачи (например, данные о температуре глиноземного сырья), основанные, по меньшей мере отчасти, на первом сигнале. Эти данные могут использоваться, чтобы спрогнозировать свойство глинозема (например, сыпучесть глинозема). Например, система может включать в себя анализатор данных, выполненный с возможностью анализа данных о свойстве узла подачи и обеспечения/вывода спрогнозированного свойства глинозема на основе данных о свойстве узла подачи.
[0005] В одном варианте осуществления измерительное устройство является термопарой. Термопара может быть расположена вблизи, внутри и/или рядом с проходом узла подачи глинозема. По мере того, как поступающее глиноземное сырье протекает через проход, термопара может получать показания температуры, которые могут быть преобразованы в температурные данные посредством процессора. Анализатор данных может принимать температурные данные и скоррелировать такие данные со спрогнозированным свойством глинозема (например, сыпучестью глинозема, гранулометрическим составом глинозема, включая средний размер частиц, скорость подачи глинозема и/или количество подаваемого глинозема), используя одну или более моделей. Анализатор данных может вывести спрогнозированное свойство глинозема, например, на дисплей, в устройство управления и/или к другим аппаратам и/или системам. В свою очередь, параметры потока глинозема могут быть отрегулированы. По мере необходимости может использоваться множество блоков хранения глинозема, узлов подачи глинозема, измерительных устройств, процессоров и/или анализаторов данных.
[0006] В одном подходе устройство управления потоком глинозема (например, клапан) сообщается с блоком хранения глинозема и/или с узлом подачи глинозема. Устройство управления потоком глинозема может сообщаться с контроллером (например, компьютером; программируемым логическим контроллером (ПЛК)). Контроллер может настраивать устройство управления потоком глинозема, основываясь, по меньшей мере отчасти, на спрогнозированном свойстве глинозема.
[0007] В одном подходе узел подачи глинозема выполнен с возможностью достижения заданного времени пребывания глиноземного сырья с тем, чтобы способствовать измерению свойства узла подачи. В одном варианте осуществления заданное время пребывания соответствует временному интервалу, достаточному для получения достоверных температурных измерений. Например, термопаре может потребоваться по меньшей мере одна секунда контакта с глиноземным сырьем для получения достоверных температурных измерений. В одном варианте осуществления заданное время пребывания составляет по меньшей мере примерно 2 секунды. В других вариантах осуществления заданное время пребывания составляет по меньшей мере примерно 2,5 секунды, или по меньшей мере примерно 3 секунды, или по меньшей мере примерно 3,5 секунды, примерно 4 секунды, или по меньшей мере примерно 4,5 секунды, или более.
[0008] Заданное время пребывания может быть дополнительно/альтернативно связано с временным интервалом, который не мешает операциям питания глиноземом. Например, алюминиевому электролизеру может требоваться цикл питания глиноземом (иногда называемый вбрасыванием, загрузкой или навалкой) каждые 5-60 секунд. В этой связи, в одном варианте осуществления заданное время пребывания может быть не более чем примерно 30 секунд. В других вариантах осуществления заданное время пребывания может быть не более чем примерно 25 секунд, или не более чем примерно 20 секунд, или не более чем примерно 15 секунд, или не более чем примерно 10 секунд, или не более чем примерно 9 секунд, или не более чем примерно 8 секунд, или не более чем примерно 7 секунд, или не более чем примерно 6 секунд, или не более чем примерно 5 секунд, или менее.
[0009] В одном варианте осуществления заданное время пребывания находится в диапазоне от примерно 1 секунды до примерно 30 секунд. В другом варианте осуществления заданное время пребывания находится в диапазоне от примерно 2 секунд до примерно 20 секунд. В одном варианте осуществления заданное время пребывания находится в диапазоне от примерно 2,5 секунды до примерно 10 секунд. В одном варианте осуществления заданное время пребывания находится в диапазоне от примерно 3 секунд до примерно 5 секунд. Могут использоваться и другие комбинации вышеописанных минимальных и максимальных значений заданного времени пребывания в зависимости от требований узла подачи глинозема и/или алюминиевого электролизера.
[0010] Относительно заданного времени пребывания проход узла подачи глинозема может включать в себя сужающуюся часть. Например, средняя часть может иметь первый диаметр (или другую длину, если она некруглая/неовальная), а дальняя концевая часть может иметь второй диаметр. В одном варианте осуществления первый диаметр меньше, чем второй диаметр. В одном варианте осуществления первый диаметр подбирается по величине для достижения заданного диапазона времени пребывания. Измерительное устройство может сообщаться с любой подходящей более узкой частью прохода, такой как средняя часть и/или ближняя концевая часть узла подачи глинозема. Это может способствовать измерению свойства узла подачи.
[0011] В одном варианте осуществления первый диаметр составляет по меньшей мере примерно 5 мм. В других вариантах осуществления первый диаметр составляет по меньшей мере примерно 10 мм, или по меньшей мере примерно 12 мм, или по меньшей мере примерно 14 мм, или по меньшей мере примерно 16 мм, или по меньшей мере примерно 18 мм, или по меньшей мере примерно 20 мм, или более.
[0012] В одном варианте осуществления первый диаметр составляет не более чем примерно 50 мм. В других вариантах осуществления первый диаметр составляет не более чем примерно 45 мм, или не более чем примерно 40 мм, или не более чем примерно 38 мм, или не более чем примерно 36 мм, или не более чем примерно 34 мм, или не более чем примерно 32 мм, или не более чем примерно 30 мм, или менее.
[0013] В одном варианте осуществления первый диаметр имеет величину в диапазоне от примерно 5 мм до примерно 50 мм. В другом варианте осуществления первый диаметр имеет величину в диапазоне от примерно 10 мм до примерно 40 мм. В еще одном варианте осуществления первый диаметр имеет величину в диапазоне от примерно 15 мм до примерно 30 мм. Могут использоваться и другие комбинации вышеописанных минимальных и максимальных диаметров в зависимости от требований узла подачи глинозема и/или алюминиевого электролизера.
[0014] Также предложены способы подачи глиноземного сырья в алюминиевый электролизер. В одном аспекте способ может включать в себя стадии электролитического получения металлического алюминия в алюминиевом электролизере, протекания глиноземного сырья через узел подачи глинозема, который сообщается с алюминиевым электролизером, измерения (например, сопутствующего стадии протекания) по меньшей мере одного свойства узла подачи, получения данных об узле подачи, основанных на свойстве узла подачи, и анализа данных об узле подачи, с определением тем самым характеристик глиноземного сырья.
[0015] В одном варианте осуществления характеристика глиноземного сырья по меньшей мере включает в себя сыпучесть глинозема. В этих вариантах осуществления измерительное устройство может произвести множество температурных измерений, связанных с узлом подачи глинозема (например, температуры глиноземного сырья), например, во время или параллельно со стадией протекания глиноземного сырья. В таких вариантах осуществления температурные данные получают из измерений температуры, и такие температурные данные коррелируют со спрогнозированной сыпучестью глинозема (например, во время стадии анализа). В одном варианте осуществления температурные данные сравнивают с историческими рабочими данными, в результате чего может быть выведена спрогнозированная сыпучесть глинозема (например, с использованием модели). Спрогнозированная сыпучесть глинозема может быть сравнена с целевой сыпучестью глинозема, после чего может быть определено, совершать ли управляющее воздействие. В одном варианте осуществления способ включает в себя стадию регулировки одного или более рабочих параметров, связанных с потоком глиноземного сырья (например, по результатам стадии сравнения; на основе определенных характеристик глиноземного сырья). В одном варианте осуществления стадия анализа включает в себя разработку модели прогноза глинозема, основанной, по меньшей мере отчасти, на данных об узле подачи. Стадия анализа может включать в себя вывод по меньшей мере одного спрогнозированного свойства глинозема с использованием модели прогноза глинозема.
[0016] Эти и другие аспекты, преимущества и новые признаки описанной технологии изложены отчасти в нижеследующем описании и станут очевидными специалистам в данной области техники после изучения следующих описания и фигур, или могут быть поняты при практической реализации описанной технологии. Другие вариации, варианты осуществления и признаки настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания, чертежей и формулы изобретения.
[0017] Различные вышеописанные аспекты, подходы и варианты осуществления могут быть объединены вместе и/или заменены по мере необходимости для получения различных систем, способов и аппаратов по изобретению для определения одного или более свойств глиноземного сырья. Кроме того, вышеописанные системы могут быть использованы в сочетании с вышеописанными способами, и наоборот, если это целесообразно, чтобы получить различные системы, способы и аппараты по изобретению для определения одного или более свойств глиноземного сырья.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0018] Фиг.1 представляет собой график, иллюстрирующий изменчивость сыпучести глинозема для одного алюминиевого электролизера за однолетний период.
[0019] Фиг.2 представляет собой схематическое изображение одного варианта осуществления системы оценки глиноземного сырья.
[0020] Фиг.3 представляет собой схематическое изображение одного варианта осуществления системы управления глиноземом.
[0021] Фиг.4a представляет собой схематический вид одного варианта осуществления узла подачи глинозема системы оценки глиноземного сырья.
[0022] Фиг.4b представляет собой схематический вид другого варианта осуществления узла подачи глинозема системы оценки глиноземного сырья.
[0023] Фиг.5 представляет собой схематический вид другого варианта осуществления системы оценки глиноземного сырья.
[0024] Фиг.6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую один вариант осуществления способа оценки глиноземного сырья.
[0025] Фиг.7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую один вариант осуществления стадии анализа по фиг.6.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0026] Обратимся теперь более подробно к сопроводительным чертежам, которые по меньшей мере помогают в иллюстрировании различных подходящих вариантов осуществления настоящего изобретения.
2
3
2
3
[0027] Обращаясь теперь к фиг.2, там приведен один вариант осуществления системы 1 распределения глинозема, включающей в себя блок 10 хранения глинозема, содержащий глиноземное сырье 12 и узел 20 подачи глинозема. С системой 1 распределения глинозема могут сообщаться один или более алюминиевых электролизеров 30. Сыпучее глиноземное сырье 12 из блока 10 хранения глинозема подается в алюминиевый электролизер 30 через узел 20 подачи глинозема. Блок 10 хранения глинозема является контейнером для хранения и подачи глиноземного сырья к узлу подачи глинозема. Глиноземное сырье 12 является сырьем, представляющим собой частицы AlO. Глиноземное сырье 12 (иногда называемое глиноземом) может включать в себя гамма- или альфа-глинозем, помимо прочего. В одном варианте осуществления глиноземное сырье 12 находится в сыпучей форме и имеет средний размер частиц (D50) в диапазоне от примерно 40 мкм до примерно 80 мкм, например в диапазоне от примерно 50 мкм до примерно 70 мкм. Свойства глинозема являются свойствами глиноземного сырья. Примеры свойств глинозема, которые могут быть полезными в соответствии с описываемой сейчас технологией, включают в себя распределение частиц по размерам (гранулометрический состав), скорость подачи и/или подаваемое количество, помимо прочих. Узел 20 подачи глинозема является узлом, включающим в себя по меньшей мере один проход для подачи глиноземного сырья в алюминиевый электролизер (например, трубу, желоб, канал или иное). Например, узел 20 подачи глинозема может принимать глинозем из блока 10 хранения глинозема, и глинозем может протекать через проход узла 20 подачи в электролизер 30. Проход узла 20 подачи глинозема может быть извилистым или неизвилистым. Алюминиевый электролизер является контейнером, содержащим электролит (например, криолит), через который с помощью системы электродов (например, анода и катода) пропускается внешний дополнительный электрический ток, чтобы изменить состав материала. К примеру, соединение алюминия (например, AlO) может быть разложено (восстановлено) до чистого металлического алюминия (Al) посредством протекающего в алюминиевом электролизере тока.
[0028] Как показано на фиг.2, система 40 управления глиноземом предназначена для анализа глиноземного сырья 12. Как более подробно обсуждено ниже, система 40 управления глиноземом способна при работе измерять одно или более свойств узла подачи посредством узла 20 подачи глинозема (или другой части системы подачи глинозема) и выводить на основе этого данные об узле подачи. Например, может быть использовано измерительное устройство (например, счетчик времени, устройство измерения температуры), чтобы получить данные об узле подачи, связанные с потоком глиноземного сырья 12 через узел 20 подачи глинозема посредством соединения 16. После этого могут быть выведены данные об узле подачи, основанные на измеренном свойстве/свойствах. Система 40 управления глиноземом далее может быть способна при работе анализировать данные об узле подачи для того, чтобы оценить глиноземное сырье 12. Свойство узла подачи является свойством, связанным с узлом подачи глинозема. Например, свойство узла подачи может быть, в числе прочего, по меньшей мере одним из следующего: расход, температура, размер частиц, вибрация, акустическая эмиссия и электромагнитное излучение (например, инфракрасное). Данные об узле подачи являются данными, относящимися к одному или более свойств узла подачи. Например, данные об узле подачи могут включать в себя, в числе прочего, данные об расходе (количество и/или скорость), температурные данные, данные о размере частиц, данные о вибрации, данные об акустической эмиссии и данные об электромагнитном излучении (например, данные об инфракрасном излучении).
[0029] В одном варианте осуществления система 40 управления глиноземом способна при работе регулировать рабочий параметр, связанный с системой 1, чтобы скорректировать поток глиноземного сырья 12 к одному или более алюминиевых электролизеров 30. Например, система 40 управления глиноземом может быть электрически соединена с управляющими компонентами блока 10 хранения глинозема и/или узла 20 подачи глинозема (например, клапаном 25) посредством беспроводного или проводного электрического соединения 14. В свою очередь, система 40 управления глиноземом может регулировать скорость подачи глиноземного сырья 12 посредством электрического соединения 14 на основе проанализированных данных об узле подачи.
[0030] Система 40 управления глиноземом может измерять одно или более свойств через соединение 16, чтобы оценить глиноземное сырье 12. Например, система 40 управления глиноземом может получать множество температурных измерений, связанных с узлом 20 подачи глинозема, по мере того как глинозем протекает через узел 20 подачи, чтобы способствовать оценке глиноземного сырья 12. В одном варианте осуществления одна или более термопар располагаются вблизи или внутри узла 20 подачи глинозема для измерения температуры узла 20 подачи по мере того, как глинозем проходит через узел подачи. Глиноземное сырье 12 обычно подается в узел 20 подачи глинозема на периодической основе (т.е. не непрерывно). Глиноземное сырье 12 обычно имеет температуру, отличающуюся от температуры узла 20 подачи глинозема. Путем измерения профиля температуры глиноземного сырья 12 в течение периодов питания глиноземом система 40 управления глиноземом может быть способна спрогнозировать свойства глиноземного сырья (например, его сыпучесть) и/или состояние узла подачи глинозема (например, нормальное состояние; ненормальное состояние, такое как забитое или непрерывно открытое).
[0031] Один вариант осуществления системы 40 управления глиноземом проиллюстрирован на фиг.3. Система 40 управления глиноземом включает в себя измерительное устройство 42, процессор 44 и анализатор 46 данных. Система 40 управления глиноземом может дополнительно включать в себя контроллер 48 и/или дисплей 50. Измерительное устройство 42 способно при работе измерять свойство узла 20 подачи глинозема, и, в проиллюстрированном варианте осуществления, измерительное устройство 42 соединено с процессором 44 данных. Взаимное соединение для этих элементов, как и других элементов, может включать в себя проводные и/или беспроводные соединения. Процессор 44 способен при работе обрабатывать измеренные свойства и выводить данные об узле подачи. Анализатор 46 данных электрически соединяется с процессором 44 и способен при работе принимать и анализировать данные об узле подачи. Таким образом, система 40 управления глиноземом способна при работе получать одно или более измерений, связанных с узлом 20 подачи глинозема, и анализировать эти измерения, чтобы определить соответствующее управляющее воздействие (например, скорректировать скорость подачи, поддержать текущие рабочие параметры). В одном аспекте управляющее воздействие может быть автоматизированным воздействием. В другом аспекте управляющее воздействие может быть ручным воздействием.
[0032] Измерительное устройство 42 является устройством, способным к измерению свойства (например, атрибута, характеристики) узла подачи глинозема. Например, измерительное устройство может измерять температуру (например, глинозема по мере его протекания через узел 20 подачи глинозема). Измерительное устройство 42 может дополнительно/альтернативно быть устройством, способным измерять время, температуру, давление, объем, площадь, количество(а) света и/или длину(ы) световой волны, помимо прочих. В этой связи измерительное устройство 42 может быть, в числе прочего, одним или более из следующего: электромагнитный датчик (например, лазер, луч света, радар, датчик емкости), аудиодатчик (например, акустический датчик), устройство захвата изображения (например, фото- и/или видеокамера), датчик вибрации (например, пьезоэлектрический датчик) и датчик температуры (например, термопара, термометр). Измерительное устройство 42 может быть расположено вблизи узла 20 подачи глинозема. В одном варианте осуществления измерительное устройство 42 может быть сопряжено с узлом подачи глинозема. Например, измерительное устройство 42 может быть связано с узлом 20 подачи глинозема (например, наплавлено, приварено, приклеено). В одном варианте осуществления измерительное устройство 42 может находиться в непосредственном сообщении с проходом узла 20 подачи глинозема (например, через отверстие). В других вариантах осуществления измерительное устройство 42 может быть расположено удаленно от узла 20 подачи глинозема. Например, измерительное устройство 42 может измерять свойство (например, электромагнитное, акустическое) на расстоянии от узла 20 подачи глинозема, например, посредством электромагнитного излучения 34.
[0033] Процессор 44 является компьютеризированным устройством, способным обрабатывать сигналы (например, выполнять над ними операции и/или измерения) для вывода данных об узле подачи. Процессор 44 способен при работе обрабатывать измерения измерительного устройства 42 и на их основе выводит данные об узле подачи (например, двоичные данные). Процессор 44 может быть устройством, отдельным от измерительного устройства 42, или же процессор 44 может быть включен в состав измерительного устройства 42. Например, процессор 44 компьютера общего назначения может принимать и обрабатывать сигнал от измерительного устройства 42, а также может выводить данные об узле подачи. В других вариантах осуществления процессор 44 является программируемым логическим контроллером (ПЛК). Могут использоваться и другие компоновки.
[0034] Анализатор 46 данных способен при работе анализировать данные об узле подачи и обеспечивать выходной сигнал, относящийся к свойствам глинозема глиноземного сырья 12, блока 10 хранения глинозема и/или узла 20 подачи глинозема (например, спрогнозированного свойства глинозема и/или состояния узла подачи глинозема). Анализатор 46 данных является электрически соединяемым с процессором 44 и способен при работе анализировать данные об узле подачи, чтобы способствовать аппроксимации свойств глиноземного сырья и/или определению соответствующего управляющего воздействия. Например, может использоваться цифровой интерфейс, такой как совместимый со стандартом IEEE-1394 цифровой интерфейс, чтобы электрически соединить анализатор 46 данных с процессором 44 и/или измерительным устройством 42. Анализатор 46 данных может быть, например, компьютеризированным устройством, таким как компьютер общего назначения, включающим в себя аппаратное и программное обеспечение, которое позволяет компьютеризированному устройству принимать данные об узле подачи и на их основе выполнять вычисления. При приеме данных об узле подачи анализатор 46 данных может проанализировать данные об узле подачи, чтобы способствовать оценке глиноземного сырья 12 (например, аппроксимации свойств глиноземного сырья) и/или определению соответствующего управляющего воздействия. В одном варианте осуществления анализатор 46 данных может анализировать данные об узле подачи в течение множества периодов питания глиноземным сырьем, чтобы способствовать оценке глиноземного сырья 12 и/или определению соответствующего управляющего воздействия.
[0035] Анализатор 46 данных может анализировать данные об узле подачи, чтобы способствовать оценке глиноземного сырья 12 и/или состояния узла подачи глинозема. В одном варианте осуществления различные данные об узле подачи коррелируются для формирования одной или более модели(ей) прогноза глинозема и/или вывода одного или более спрогнозированного(ых) параметра(ов) глинозема. Модель прогноза глинозема может быть моделью, которая использует данные об узле подачи, чтобы оценить глиноземное сырье. В одном варианте осуществления модель прогноза глинозема использует данные об узле подачи, чтобы вывести один или более спрогнозированный(ых) параметр(ов) глинозема. В одном варианте осуществления данные об узле подачи коррелируются, чтобы сформировать модель прогноза глинозема и/или вывести спрогнозированный(е) параметр(ы) глинозема. Анализатор 46 данных может, таким образом, использовать данные об узле подачи, чтобы оценить глиноземное сырье и вывести спрогнозированный параметр глинозема (например, физическую характеристику глинозема; состояние узла подачи глинозема). В одном варианте осуществления спрогнозированный параметр глинозема является спрогнозированной сыпучестью глиноземного сырья. В других вариантах осуществления спрогнозированный параметр глинозема является, среди прочего, одним или более из следующего: гранулометрический состав глинозема ((D10, D50, D99 и т.д.), скорость подачи глинозема и/или подаваемое количество глинозема. В свою очередь, спрогнозированный(е) параметр(ы) глинозема может(могут) быть оценен(ы), чтобы определить, должен ли быть изменен параметр обработки (например, расход глинозема), например, путем сравнения спрогнозированных физических свойств глиноземного сырья, полученных из модели прогноза глинозема, со стандартными (например, средними) физическими свойствами глиноземного сырья.
[0036] Модель прогноза глинозема является моделью, которая использует данные об узле подачи и выводит один или более спрогнозированных параметров глинозема. Модель прогноза глинозема может использовать текущие и/или исторические данные об узле подачи и/или другие данные, чтобы разработать модель, которая может использовать текущие или будущие данные об узле подачи, чтобы оценить глиноземное сырье (например, спрогнозировать одно или более физических свойств глиноземного сырья). В одном варианте осуществления модель прогноза глинозема разрабатывается с использованием, среди прочего, одного или более из следующих методов: разделение, обыкновенная или ступенчатая регрессия, частичная регрессия наименьших квадратов, нелинейная регрессия с помощью нейронных сетей и методы статистического анализа, моделирующие поверхность отклика. В одном варианте осуществления модель прогноза глинозема использует множество данных об узле подачи и другие данные, чтобы разработать и/или поддерживать модель. Данные об узле подачи могут использоваться, чтобы разработать и/или поддерживать модель, а другие данные могут использоваться, чтобы разработать, поддерживать и/или проверять модель. Например, данные об узле подачи могут быть скоррелированы, чтобы разработать инструмент прогноза для того, чтобы спрогнозировать физическое свойство глинозема. Другие данные могут использоваться, чтобы проверить, достаточно ли точен инструмент прогноза. В одном варианте осуществления другие данные являются данными, связанными с глиноземным сырьем. Например, в качестве других данных в модели прогноза глинозема могут быть использованы физические измерения глиноземного сырья. Следовательно, модель прогноза глинозема использует по меньшей мере некоторые данные об узле подачи, чтобы обеспечить модель, которая способствует оценке глиноземного сырья.
[0037] Используя модель прогноза глинозема, анализатор 46 данных может использовать данные об узле подачи для вывода одного или более спрогнозированных параметров глинозема. Спрогнозированные параметры глинозема могут быть относящимися к глиноземному сырью свойствами, такими как свойства, относящиеся к сыпучести глинозема и/или гранулометрическому составу глинозема, помимо прочих. Например, свойства глинозема могут быть сыпучестью глинозема. В другом случае свойства глинозема могут быть связаны с гранулометрическим составом глинозема. В еще одном случае свойства глинозема могут быть скоростью подачи глинозема и/или подаваемым количеством глинозема. Спрогнозированные параметры глинозема могут альтернативно или дополнительно относиться к свойствам или состоянию узла подачи глинозема. Например, спрогнозированным параметром глинозема может быть то, что состояние узла подачи глинозема является нормальным. Спрогнозированным параметром глинозема может быть то, что состояние узла подачи глинозема является ненормальным, например, среди прочего, засоренным или непрерывно открытым.
[0038] В одном варианте осуществления анализатор 46 данных может принимать данные об узле подачи и может использовать эти данные об узле подачи в совокупности с моделью прогноза глинозема, чтобы выводить один или более спрогнозированных параметров глинозема, таких как сыпучесть глинозема, гранулометрический состав глинозема или другие подходящие свойства глинозема. В конкретном варианте осуществления анализатор данных вычисляет сыпучесть глинозема на основе данных об узле подачи с использованием модели прогноза глинозема. В этом варианте осуществления модель прогноза глинозема может быть сформирована с использованием следующей формулы:
a0+a(1)*f1+a(2)*f(2)+ ... a(n)*f(n),
где n - число используемых в модели линейных членов, которое может быть определено посредством применения статистического метода регрессии к набору (наборам) данных об узле подачи, где a0 = отсекаемый отрезок, где a(1), a(2) ... a(n) - коэффициенты регрессии, оцененные с помощью статистической регрессии, и где f(1), f(2) ... f(n) - статистическими сводками данных по одной или более характеристикам узла подачи. В одном варианте осуществления статистическая сводка включает в себя, без конкретного порядка, по меньшей мере одну из следующих статистик для по меньшей мере одного из данных об узле подачи:
• Среднее значение
• Значение медианы
• Среднее квадратичное отклонение
• Диапазон изменения
• Коэффициент вариации (среднеквадратичное отклонение/среднее значение)
• 1-ый квартиль (т.е. 25%-ый квантиль, значение, которое превышает 25% всех значений),
• 3-ий квартиль (т.е. 75%-ый квантиль)
• 1-ая производная результатов измерений
• 2-ая производная результатов измерений
• Коэффициенты полиномиальной аппроксимации результатов измерений
[0039] После того как она разработана, модель прогноза глинозема может быть использована с новыми или дополнительными данными об узле подачи, чтобы оценить одно или более глиноземное сырье. В одном варианте осуществления анализатор 46 данных использует данные об узле подачи вместе с моделью прогноза глинозема, чтобы спрогнозировать сыпучесть глинозема. Анализатор 46 данных может сравнивать спрогнозированную сыпучесть глинозема с желаемой сыпучестью глинозема. Например, алюминиевому электролизеру может требоваться расход глинозема по меньшей мере примерно 1,5 г/сек (например, по меньшей мере примерно 50, 100, 150, 200 или 250 г/сек). Если спрогнозированная сыпучесть глинозема, полученная из данных об узле подачи и модели прогноза глинозема, находится на уровне или выше целевого расхода, то может не потребоваться никаких изменений в подаче глиноземного сырья в алюминиевые электролизеры. Если спрогнозированная сыпучесть глинозема находится вне целевого расхода, то может быть отрегулирован рабочий параметр. Модель прогноза глинозема может быть статичной или может динамически корректироваться на основе принятых данных об узле подачи и/или других данных.
[0040] Выведенное спрогнозированное свойство/свойства глинозема можно использовать множеством способов. Например, спрогнозированное свойство/свойства глинозема можно передавать в контроллер 48 для использования в управлении подачей глиноземного сырья к одному или более алюминиевым электролизерам. Контроллер 48 может быть взаимосоединяемым с по меньшей мере анализатором 46 данных и способным при работе выводить управляющие параметры, чтобы управлять подачей глиноземного сырья. Например, контроллер 48 может посылать сигналы (например, через соединение 54) блоку 10 хранения глинозема и/или узлу 20 подачи глинозема, или связанным с ними компонентам (например, клапану(ам), такому как клапан 25), чтобы способствовать надлежащей регулировке скорости подачи из этих источников на основе принятых спрогнозированных параметров глинозема. Контроллер 48 может быть, например, компьютеризированным устройством, способным при работе посылать сигналы одному или более из блока 10 хранения глинозема, узла 20 подачи глинозема и/или измерительного устройства 42. Контроллер 48 и анализатор 46 данных могут быть интегрированы в одном компьютеризированном устройстве, или же могут быть отдельными блоками.
[0041] Система 40 управления глиноземом может быть связана с единственным алюминиевым электролизером или с множеством алюминиевых электролизеров. В одном варианте осуществления система 40 управления глиноземом связана с диспетчерской, где параметры работы одного или более алюминиевых электролизеров могут регулироваться на основе спрогнозированного(ых) параметра(ов) глинозема. Например, разброс в высокой сыпучести глинозема указывает на то, что скорости растворения глинозема также могут меняться. Соответственно могут быть скорректированы тип и/или количество подаваемого глиноземного сырья так, чтобы способствовать повышенным эксплуатационным характеристикам такого алюминиевого электролизера. В результате можно реализовать меньше выбросов и/или более высокие производительности по металлическому алюминию.
[0042] В другом подходе спрогнозированные свойство/свойства глинозема, данные об узле подачи и/или предложенное управляющее воздействие могут быть отображены посредством дисплея 50, который может быть электрически соединен с анализатором 46 данных. В одном варианте осуществления системой 40 управления глиноземом может быть обеспечена сенсорная индикация (например, визуальная, звуковая и/или обонятельная индикация), чтобы предупредить оператора относительно условий работы системы подачи глинозема. Например, могут быть включены звуковой предупредительный сигнал, свет или другой индикатор, если спрогнозированный(е) параметр(ы) глинозема и/или данные об узле подачи указывают на то, что физические свойства глиноземного сырья и/или скорость подачи глинозема в алюминиевые электролизеры могут выйти за допустимые производственные пределы/диапазоны. В одном варианте осуществления оператор может просмотреть одно или более спрогнозированных свойств глинозема, данных об узле подачи и/или предложенных управляющих воздействий на дисплее 50 и затем принять соответствующие меры. Например, если блок 10 хранения глинозема и/или узел 20 подачи глинозема имеет расход, который слишком высок (клапан подачи поврежден) или слишком мал (например, забит), оператор может принять соответствующие меры. В этих вариантах осуществления анализатор данных и/или модель могут не потребоваться, так как предупредительный сигнал может быть инициирован просто самим фактом выхода данных об узле подачи за заданные целевые пределы. Например, когда узел подачи глинозема имеет расход, который слишком высок из-за поврежденного клапана, можно измерить температуру, чтобы убедиться, что она является постоянно низкой. Когда узел подачи глинозема имеет расход, который слишком мал вследствие закупорки, можно измерить температуру, чтобы убедиться, что она является постоянно высокой.
[0043] Как показано на фиг.2, узел 20 подачи глинозема используется для того, чтобы подавать глиноземное сырье 12 из блока 10 хранения глинозема в один или более алюминиевых электролизеров 30. Узел 20 подачи глинозема может быть расположен любым подходящим образом, который облегчает транспортировку глиноземного сырья 12, также обеспечивая возможность получения данных об узле подачи. В одном варианте осуществления узел 20 подачи глинозема выполнен с возможностью обеспечивать заданное время пребывания глиноземного сырья в узле 20 подачи глинозема. В одном варианте осуществления заданное время пребывания составляет по меньшей мере примерно 1 или 2 секунды. В других вариантах осуществления заданное время пребывания составляет не более чем примерно 30 секунд. В других вариантах осуществления заданное время пребывания составляет не более чем примерно 25, 20, 15, 10 или 5 секунд. В других вариантах осуществления заданное время пребывания находится в диапазоне от примерно 2 или 2,5 секунды до примерно 4, 1,5 или 5 секунд. Посредством обеспечения заданного времени пребывания может быть облегчено измерение свойств узла подачи и/или определение прогнозируемого(ых) параметра(ов) глинозема. Например, когда глиноземное сырье протекает через узел 20 подачи глинозема, может произойти уменьшение температуры. При достаточном времени пребывания может быть произведено необходимое количество измерений температуры, и таким образом может быть выведен адекватный объем данных об узле подачи. В свою очередь, анализатор данных сможет более правильно и/или точно определить прогнозируемый(е) параметр(ы) глинозема. Кроме того, путем ограничения времени пребывания может быть ограничено и/или минимизировано влияние расхода глинозема и/или условий производства алюминия.
[0044] Один вариант осуществления узла подачи глинозема проиллюстрирован на фиг.4a. В проиллюстрированном варианте осуществления узел 120 подачи глинозема включает в себя дальнюю концевую часть 122, ближнюю концевую часть 124 и среднюю часть 126, расположенную между дальней концевой частью 122 и ближней концевой частью 124. Узел 120 подачи включает в себя проход 127, имеющий первый диаметр 128 и второй диаметр 129, и третий диаметр 130, каждый из которых соотносится с соответствующей ему частью узла 120 подачи глинозема. В проиллюстрированном варианте осуществления дальний конец прохода 127 сообщается с блоком 10 хранения глинозема (например, через клапан 25), а ближний конец прохода сообщается с по меньшей мере одним алюминиевым электролизером 30 (например, с ванной алюминиевого электролизера 30). В проиллюстрированном варианте осуществления первый диаметр 128 меньше, чем второй диаметр 129, так чтобы способствовать достижению заданного времени пребывания. То есть, первый диаметр 128 подбирается по величине так, чтобы добиться заданного диапазона времени пребывания.
[0045] Величина первого диаметра 128 обычно зависит от типа используемого глинозема, но обычно меньше второго диаметра 129. В одном варианте осуществления второй диаметр 129 имеет величину, совпадающую с выходным диаметром (не показан) блока 10 хранения глинозема. В одном варианте осуществления второй диаметр 129 составляет примерно 52 мм. В этих вариантах осуществления первый диаметр 128 обычно меньше, чем примерно 50 мм. В одном варианте осуществления первый диаметр 128 составляет по меньшей мере примерно 5 мм. В других вариантах осуществления первый диаметр 128 составляет по меньшей мере примерно 8 мм, или по меньшей мере примерно 10 мм, или по меньшей мере примерно 12 мм, или по меньшей мере примерно 14 мм, или по меньшей мере примерно 16 мм, или по меньшей мере примерно 18 мм, или по меньшей мере примерно 20 мм. В одном варианте осуществления первый диаметр 128 составляет не более чем примерно 48 мм. В других вариантах осуществления первый диаметр 128 составляет не более чем примерно 46 мм, или не более чем примерно 44 мм, или не более чем примерно 42 мм, или не более чем примерно 40 мм, или не более чем примерно 38 мм, или не более чем примерно 36 мм, или не более чем примерно 34 мм, или не более чем примерно 32 мм, или не более чем примерно 30 мм. В одном варианте осуществления первый диаметр 128 находится в диапазоне от примерно 5 мм до примерно 50 мм. В других вариантах осуществления первый диаметр 128 находится в диапазоне от примерно 10 мм до примерно 40 мм, или от примерно 15 мм до примерно 35 мм, или от примерно 20 мм до примерно 30 мм.
[0046] Третий диаметр 130 может совпадать по величине или быть больше, чем первый диаметр 128. В других вариантах осуществления (непроиллюстрированных), первый диаметр 128 является больший, чем один или оба из второго диаметра 129 и третьего диаметра 130. Могут использоваться также другие способы настройки времени пребывания. Например, в узле подачи глинозема могут быть использованы задвижка или другие ограничивающие поток устройства, аппараты или системы, чтобы достигнуть подходящих времен пребывания глиноземного сырья.
[0047] Фиг.4b иллюстрирует другой вариант осуществления узла 220 подачи глинозема. В этом варианте осуществления проход 227 узла 220 подачи глинозема является извилистым. Средняя часть 126 прохода 227 узла 220 подачи глинозема имеет первый диаметр 228 и второй диаметр 229. Измерительное устройство 42, в этом случае счетчик времени (например, лазерный), измеряет количество времени, необходимого глиноземному сырью, чтобы протечь через среднюю часть 126 в ходе каждого периода подачи глинозема. Эти данные об узле подачи (время протекания) могут быть переданы в анализатор 46 данных, который может вывести спрогнозированные параметры глинозема (например, ожидаемую скорость растворения глинозема) на основе времени протекания.
[0048] Возвращаясь к фиг.2, проиллюстрированные варианты осуществления по фиг.2 показывают блок 10 хранения глинозема и узел 20 подачи глинозема удаленными от алюминиевых электролизеров. В других вариантах осуществления один или более блоков 10 хранения глинозема и/или один или более узлов 20 подачи глинозема могут быть расположены поблизости от алюминиевого электролизера 30 или даже содержаться внутри него. Например, как это проиллюстрировано на фиг.5, алюминиевый электролизер 300 включает в себя множество блоков 400 хранения глинозема, в данном случае - бункеров 411-414, узлов подачи глинозема 500, в данном случае - питающих труб 511-514, и измерительных устройств 600, в данном случае - термопар 601-604. Бункеры 411-414 могут быть смонтированы внутри надстройки электролизера (не проиллюстрировано). Бункеры 411-414 содержат глиноземное сырье 12 для питания им расплавленной ванны 320 алюминиевого электролизера 300. Ближние концевые части питающих труб 511-514 располагаются выше поверхности расплавленной ванны 320. Глиноземное сырье 12 из бункеров 411-414 может периодически подаваться в ванну 320 через соответствующие питающие трубы 511-514 (например, по 1-2 кг за один период подачи). Например, связанный с бункером 411 клапан может быть открыт (например, посредством системы управления глиноземом - не проиллюстрировано), и глиноземное сырье из бункера 411 может протекать (засыпаться) через соответствующую питающую трубу 511 в расплавленную ванну 320. Одновременно с этим измерительное устройство 601 может измерить свойство узла подачи (например, температуру глиноземного сырья). Как описано выше, процессор может преобразовать измеренные свойства в данные об узле подачи, а анализатор данных может анализировать данные об узле подачи и выводить спрогнозированное свойство глинозема для связанного с бункером 411 глиноземного сырья 12. Подобные методики могут использоваться и для бункеров 412-414, а также соответствующих им питающих труб 512-514 и измерительных устройств 612-614.
[0049] Блоки хранения глинозема и/или узлы подачи глинозема могут распределять глинозем одновременно, или же блоки хранения глинозема и/или узлы подачи глинозема могут распределять глинозем в различные интервалы времени. В любом случае, каждый блок хранения глинозема и/или узел подачи глинозема алюминиевого электролизера может управляться отдельно посредством системы управления глиноземом. Аналогично, или один или более блоков хранения глинозема и/или один или более соответствующих узлов подачи глинозема могут совместно управляться посредством системы управления глиноземом. Таким образом, могут быть реализованы/достигнуты адаптированные скорости подачи и/или подаваемые количества и/или типы глинозема в пределах различных частей алюминиевого электролизера 300.
[0050] Также предлагаются способы подачи глиноземного сырья в алюминиевый электролизер, один вариант осуществления которых проиллюстрирован на фиг.6. В проиллюстрированном варианте осуществления способ 300 включает в себя стадию протекания глиноземного сырья через узел подачи глинозема (302). Узел подачи глинозема может сообщаться с алюминиевым электролизером. Способ может дополнительно включать в себя стадии измерения по меньшей мере одного свойства узла подачи (304), например, одновременно со стадией протекания (302), получения данных об узле подачи, основанных на свойстве узла подачи (306), и анализа свойства узла подачи (308), с определением тем самым одного или более спрогнозированных параметров глинозема. В ответ на это способ может включать в себя регулировку рабочего параметра, связанного с потоком глиноземного сырья (310).
[0051] Стадия (304) измерения свойства узла подачи измеряет свойство узла подачи (например, температуру протекающего через него глиноземного сырья). Как описано выше, могут быть выполнены различные измерения. Стадия 306 получения данных об узле подачи может быть выполнена с помощью, например, процессора, который выводит данные об узле подачи (например, температурные данные) на основе измеренного свойства/свойств. В одном варианте осуществления эти данные могут быть в формате двоичных данных (например, когда процессор интегрирован с измерительным устройством), и двоичные данные могут быть переданы (например, через электрическое соединение) в анализатор данных.
[0052] Обращаясь теперь к фиг.6 и 7, стадия 308 анализа данных об узле подачи может быть выполнена с помощью любой подходящей технологии, такой как компьютеризированное устройство (например, компьютер общего назначения). Данные об узле подачи могут быть проанализированы для того, чтобы оценить глиноземное сырье 12 и/или дать оценку тому, должен ли быть скорректирован рабочий параметр, связанный с получением алюминия. Например, по меньшей мере некоторые из данных об узле подачи могут быть скоррелированы 350, чтобы способствовать определению того, является ли глиноземное сырье 12 подходящим для текущих условий производства алюминия 352. В конкретном варианте осуществления  может быть разработана 370 модель прогноза глинозема, основанная, по меньшей мере отчасти, на данных об узле подачи, будь то исторических или текущих. В одном варианте осуществления другие данные, такие как данные о физических свойствах, связанные с глиноземным сырьем, могут быть использованы для того, чтобы помочь в разработке, поддержании и/или проверке модели прогноза глинозема. Для того чтобы оценить глиноземное сырье, данные об узле подачи могут быть введены в модель прогноза глинозема и могут быть выведены 372 один или более параметр(ов) прогноза глинозема. В свою очередь, спрогнозированный параметр(ы) глинозема можно сравнить с подходящим(и) параметром(ами) глинозема для того, чтобы оценить глиноземное сырье и/или определить, является ли глинозем подходящим 374. Например, в качестве спрогнозированного параметра глинозема может быть выведена сыпучесть глинозема, и эта сыпучесть глинозема может быть сравнена с известной подходящей сыпучестью глинозема. Если спрогнозированная сыпучесть глинозема соответствует одному или более заданным критериям, то глиноземное сырье, расход глинозема и/или параметры работы электролизера, среди прочего, могут быть определены как подходящие. Аналогично, если спрогнозированная сыпучесть глинозема не соответствует одному или более заданным критериям, один или более таких элементов могут быть определены как неподходящие. Могут дополнительно/альтернативно использоваться другие параметры прогноза глинозема. В одном варианте осуществления используется множество спрогнозированных параметров глинозема, и для согласования различных параметров прогноза, отличающихся по степени важности при оценке глиноземного сырья, используется иерархическая/взвешивающая методология.
[0053] Если стадия 308 анализа предполагает, что глиноземное сырье является подходящим (например, подходящим для поддержания или улучшения эффективности алюминиевого электролизера), то могут поддерживаться 360 текущие условия получения алюминия. Если стадия 308 анализа предполагает, что глиноземное сырье и/или его расход, среди прочего, являются неподходящими или могут скоро стать неподходящими, то могут быть отрегулированы 310 один или более рабочих параметров, связанных с получением продукции - металлического алюминия. Например, могут быть скорректированы 312 количество или тип глинозема, подаваемого в алюминиевый электролизер. Стадии измерения свойства узла подачи 304, получения данных об узле подачи 306 и анализа данных об узле подачи 308 могут быть повторены по мере необходимости для того, чтобы способствовать оценке глиноземного сырья и производству металлического алюминия в алюминиевых электролизерах.
[0054] ПРИМЕРЫ
[0055] Пример 1 - Определение сыпучести глинозема
[0056] Глиноземное сырье заставляют протекать через узел подачи глинозема, имеющий первый диаметр и второй диаметр. Первый диаметр изменяют, используя серию задвижек, имеющих диаметры в диапазоне от примерно 12,8 мм до примерно 50,8 мм (т.е. без задвижки). Второй диаметр составляет 50,8 мм. Используют термопары для измерения профиля температуры глиноземного сырья по мере того, как глиноземное сырье протекает через узел подачи глинозема при различных первых диаметрах. Среднее время, которое требуется глиноземному сырью, чтобы протечь через узел подачи глинозема (время протекания глинозема через воронку), также измеряют вручную с помощью таймера. Исходя из этих измерений, с использованием частичной регрессии наименьших квадратов разрабатывают модель прогноза глинозема, коррелирующую профиль температуры узла подачи глинозема со временем протекания через воронку. Регрессионный анализ показывает, что модель точна. Объяснимое расхождение между фактическим временем протекания через воронку и спрогнозированным временем протекания через воронку находится в диапазоне между примерно 0,74 и примерно 0,98, показывая, что использование измерений температуры, связанных с глиноземным сырьем, протекающим через узел подачи глинозема, является надежным методом аппроксимирования одного или более свойств глиноземного сырья. Доказано, что первые диаметры в диапазоне 20-30 мм обеспечивают точность прогнозирования свойств глинозема на основе измерений температуры.
[0057] Хотя данная технология была в целом описана в отношении оценки глиноземного сырья в среде алюминиевого электролизера, предложенные здесь идеи также могут быть применены к другим системам питания глиноземом. Более того, хотя выше были подробно описаны различные варианты осуществления данной технологии, очевидно, что специалистам в данной области техники придут на ум модификации и адаптация этих вариантов осуществления. Однако следует четко понимать, что такие модификации и адаптации находятся в пределах сути и объема данной описанной технологии.