第4篇第2章—計算機控制—異常槽況檢出與處理

1、第二章 槽電阻的常規(guī)解析（含異常狀態(tài)分析）2.1 信號采樣與槽電阻計算 眾所周知，表觀槽電阻（簡稱槽電阻）是用于實現(xiàn)鋁電解過程實時控制的主要參數(shù)。它既是重要的狀態(tài)參數(shù)，又于重要的被控參數(shù)。通常都采用下列這個簡單公式由槽電壓（V）、系列電流（I）的采樣值計算槽電阻（R）的采樣值： （1）其中：在tn時刻的原始槽電阻（或稱為采樣值）； V(n) 在tn時刻的槽電壓采樣值； I(n) 在tn時刻的系列電流采樣值； B 表觀反電動勢（設定常數(shù)）。表觀反電動勢B是一個設定常數(shù)，它可以視為是鋁電解真實的反電動勢的統(tǒng)計平均值。它應該依據(jù)槽電壓（V）-系列電流（I）試驗曲線在正常電流處的切線延伸至零電流處所截

2、取的常值。由于槽型及技術條件的不同，各鋁廠選用的B值不同，選值范圍在1.61.7伏之間。眾所周知，真實的反電動勢是變化的，例如當氧化鋁濃度向臨近AE發(fā)生的臨界濃度靠近時，真實的反電動勢會顯著升高（即顯著高于設定的表觀反電動勢），從而引起槽電壓顯著升高，于是引起（表觀）槽電阻顯著升高。假如槽電阻計算公式中的B是真實的反電動勢，槽電阻便不應跟隨反電動勢的變化而變化，但由于槽電阻計算公式中B被固定為一個常數(shù)，因此反電動勢變化時（引起槽電壓變化），槽電阻也跟隨著發(fā)生變化，這就是公式（1）所計算的槽電阻嚴格來說應稱為表觀槽電阻的原因（只有在電解槽的運行條件正好使真實的反電動勢等于設定值時，表觀槽電阻才是

3、真實的槽電阻）。 之所以要用（表觀）槽電阻而不是直接用槽電壓來作為槽況解析的依據(jù)，是因為槽電壓跟隨系列電流變化，而理論上而言，槽電阻是不隨系列電流的變化而變化的，因此用槽電阻來判斷槽況能排除系列電流變化所產(chǎn)生的干擾。但在鋁電解現(xiàn)場的控制系統(tǒng)中往往觀察到這樣的現(xiàn)象：當系列電流的波動明顯引起槽電阻的波動。引起這一現(xiàn)象的最可能原因是：槽電壓與系列電流的采樣誤差較大，或者兩者的采樣不同步（這種情況下，往往表現(xiàn)為系列電流波動加劇時，槽電阻的波動也跟隨著加?。?；真實的反電動勢與設定的反電動勢的偏差較大（這種情況下，往往表現(xiàn)為槽電阻跟隨系列電流的波動而波動）。為了盡可能消除系列電流波動對槽電阻的影響，顯然應

4、該盡可能保持槽電壓與系列電流的采樣同步，并消除采樣誤差，并且使槽電阻計算公式中的表觀反電動勢設定值盡可能接近常態(tài)工藝技術條件下的真實反電動勢的平均值。槽電阻一般以歐姆（或微歐姆）作單位，但電解工人往往感覺槽電壓的單位（毫伏或伏）較為直觀。因此，無論是在國外，還是在我國，愈來愈多的控制系統(tǒng)開發(fā)商將槽電阻線性變換為具有相同內(nèi)涵的“正?；垭妷骸北磉_，即： （2）其中：代表在tn時刻的正?；垭妷海ㄔ贾担籌b代表基準系列電流；其余變量的含義與槽電阻計算公式中相同。 采用正?；垭妷簛泶聿垭娮桦m然使現(xiàn)場操作人員感到直觀了，但卻使部分操作人員難以弄明白為何正?；垭妷翰捎昧穗妷旱膯挝粎s代表槽電阻。

5、對此，下面再作一些解釋。從正?；垭妷旱挠嬎愎娇梢?，槽電阻與正?；垭妷哼@兩者的換算關系用一句話可以表達為 “不論當前的實際槽電壓是多少，只要當前的槽電阻為R0，那么與基準電流相對應的槽電壓（即正?；垭妷海┚褪荝0IbB”可見，假如系列電流變化引起槽電壓變化了，只要槽電阻保持不變，正?；垭妷壕捅３植蛔儯ó斎磺疤崾腔鶞孰娏骱捅碛^反電動勢的設定值均保持不變）。以一臺200kA鋁電解槽為例，假如系列電流正好等于基準電流值（200kA），對應的槽電壓為4.1V，并假設槽電阻計算公式中的表觀反電動勢取值為1.6V，則用（1）式計算的槽電阻值為1.2510-5歐姆（即12.5微歐姆），用而（2）式計

6、算的正?；垭妷簽?.1V（注意：當系列電流值正好等于設定的基準電流值時，正?；垭妷旱闹稻偷扔诓垭妷旱闹担＜僭O系列電流從200kA降低到190kA時槽電阻維持不變（維持在12.5微歐姆），從槽電阻計算公式（1）反推可知，槽電壓將從4.1V降低到3.975V。再從正?；垭妷河嬎愎剑?）可知，正?；垭妷阂廊贿€是4.1V。而若假定系列電流從200 kA降低到190kA時，通過提升陽極保持槽電壓4.1V不變，從槽電阻計算公式（1）可計算出，槽電阻將從12.5微歐姆升高到約13.2微歐姆；從正常化槽電壓的計算公式（2）可計算出，正?；垭妷簩?.1V升高到約4.24V。 從槽電阻和正?；垭?/p>

7、壓的計算公式可知，改變表觀反電動勢的設定值會改變槽電阻的計算值，但對正?；垭妷旱挠嬎阒档挠绊戄^小（前提是實際的電流與基準電流接近，假如實際的系列電流等于基準電流，則無影響）；改變基準電流的設定值不會影響槽電阻的計算值，但會改變正常化槽電壓的計算值。因此，生產(chǎn)現(xiàn)場不要隨意對計算機控制系統(tǒng)中的表觀反電動勢和基準電流的設定值進行更改，否則會使槽電阻曲線在表觀反電動勢修改時刻、或正?；垭妷呵€在基準電流修改時刻產(chǎn)生躍變，使歷史記錄數(shù)據(jù)失去統(tǒng)一的比較標準。 圖2-1 是設定參數(shù)（表觀反電動勢和基準電流）及槽電壓、系列電流發(fā)生改變時，對槽電阻和正?；垭妷寒a(chǎn)生影響的示意圖。 由于在基準電流和反電動勢一

8、定的情況下，槽電阻和正?；垭妷壕哂邢嗤膬?nèi)涵，因此后面的討論將統(tǒng)稱為槽電阻（或電阻）?；鶞孰娏鞅碛^反電動勢槽電阻系列電流槽電壓正?；垭妷焊淖兓鶞孰娏髟O定值（僅引起正?；垭妷鹤兓?；改變反電動勢（引起槽電阻變化，但對正常化槽電壓影響較?。桓淖兿盗须娏鳎ㄒ鸩垭妷鹤兓?，但對槽電阻和正?；垭妷簺]有影響）；、通過非系列電流因素來改變槽電壓（引起槽電阻和正常化槽電壓相應地變化）。圖2-1 設定參數(shù)（表觀反電動勢和基準電流）及槽電壓、系列電流對槽電阻和正常化槽電壓影響示意圖2.2 槽電阻的濾波與噪聲解析（槽穩(wěn)定性分析）無論槽況如何穩(wěn)定，從現(xiàn)場控制系統(tǒng)的計算機監(jiān)視屏幕上看到的原始槽電阻的實時采樣曲

9、線是一種上下波動的曲線。對于正常槽況，相鄰1秒鐘的正?；垭妷翰蓸又档牟▌臃纫部赡苓_到1030mV?，F(xiàn)場操作人員稱這種現(xiàn)象為電阻波動（或電阻針振、電阻擺動）。用自控專業(yè)術語，則將這種現(xiàn)象稱為槽電阻噪聲（或簡稱槽噪聲）?，F(xiàn)代控制系統(tǒng)一方面要對針對噪聲進行濾波或平滑處理，以防止噪聲對電阻調(diào)節(jié)和氧化鋁解析的干擾；另一方面，對噪聲本身進行解析，獲得關于槽況波動的信息。當槽噪聲（電阻波動）超過一定幅度時，認為電解槽處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此槽噪聲分析又稱為電解槽穩(wěn)定性分析。2.2.1 槽電阻噪聲的基本類型沿襲傳統(tǒng)的觀念，將槽電阻中與Al2O3濃度和極距的慢時變過程無關的高頻成分視為噪聲噪聲可粗略地分為采樣噪

10、聲、槽噪聲和異常階躍三大類。 （1）采樣噪聲這是指槽電阻采樣與計算過程中所引入的與電解槽運行特性無關的噪聲，來源主要有下列四個方面：槽電壓和系列電流信號的模擬與量化誤差。對于先進控制系統(tǒng)，該項誤差較小，一般僅在10-4V的數(shù)量級。因這種誤差具有白噪聲性質(zhì)、方差較小且基本恒定，故不會影響對來自鋁電解過程的干擾噪聲（即下面將要討論的槽噪聲）的解析，且易于用低通數(shù)字濾波消除其對過程臨控的干擾。槽電壓和系列電流采樣通道中的隨機電噪聲。有人采用300Hz的高速采樣研究了這類噪聲1。研究結(jié)果表明，若采用時間常數(shù)大于50ms的RC濾波器或類似性能的數(shù)字濾波器對原始信號進行預處理，則該項噪聲可被有效地抑制。對

11、于先進控制系統(tǒng)，該項噪聲也僅在10-4V的數(shù)量級。槽電壓系列電流采樣不同步而引入的噪聲研究表明1，這兩個信號的采樣時差只要不大于用作預處理的濾波器的時間常數(shù)（50ms），則該項噪聲可被抑制?，F(xiàn)代控制系統(tǒng)在采樣硬件與軟件的設計上均會保證兩信號的同步采樣，使該項噪聲可以忽略。系列電流波動引入槽電阻中的偽噪聲理論上，槽電阻不隨系列電流的變化而變化，但事實上系列電流波動可能會給槽電阻中引入偽噪聲。系列電流與槽電壓的采樣同步性越差，或者表觀反電動勢設定值與真實的反電動勢差異越大，則系列電流波動引入槽電阻中的偽噪聲便越大。上一節(jié)的討論已指出，使用正?；垭妷簛肀硎静垭娮钑r，表觀反電動勢設定值的改變對正?；?/p>

12、槽電壓的影響不大。這也就是說，系列電流波動引入槽電阻中的偽噪聲不會因為表觀反電動勢的設定值與真實反電動勢有差異而明顯增大。我們曾對160kA預焙槽的該種噪聲進行過估算，估算表明2，當Al2O3%在18%范圍內(nèi)變化時，表觀反電動勢偏離設定值（1.60V）的最大幅度為0.1V；當系列電流I在工作電流（160kA）附近波動時，槽電阻對系列電流的偏導數(shù)的最大幅度約為3.910-3kA-1。當以表達時（V0為正?；垭妷海﹦t約為0.625mVkA-1因此，假如系列電流波動范圍為8kA，故知從理論上考慮，引入的偽噪聲的最大幅值不超過5mV。可見偽噪聲是相當小的。但系列電流波動不僅在槽電阻中引入偽噪聲，而且

13、因引起電磁場分布的變化故可導致槽電阻真實的噪聲增大。因此有必要對系列電流波動的統(tǒng)計特性進行分析，以便一方面在解析槽噪聲時能考慮系列電流波動的影響，另一方面在設計用于電解槽控制目的的槽電阻低通數(shù)字濾波器時，能充分考慮到系列電流波動所引入的快時變噪聲。 （2）槽噪聲這是指取決于電解槽運行特性的噪聲。研究表明，槽噪聲可分為兩種基本的類型3,4，一種是由陽極故障、氣泡排出的干擾等引起的波動周期為數(shù)秒或更快的高頻噪聲；另一種是由鋁液層波動引起的波動周期為數(shù)十秒的低頻噪聲（低頻只是相對而言）。為了現(xiàn)場操作人員容易理解，在我們開發(fā)的控制系統(tǒng)中，將波動周期小于30秒的高頻噪聲定義為“電阻針振”，而將波動周期大

14、于30秒（但小于120秒）的低頻噪聲定義為“電阻擺動”。槽噪聲分析是電解槽穩(wěn)定性分析的主要內(nèi)容，下面將專門討論。 （3）異常階躍這是指由各種人工作業(yè)，料面塌陷，以及陽極脫落、掉塊以及其他一些非正常因素引起的槽電阻大幅度躍升或跌落，直觀的表現(xiàn)是槽電阻-時間曲線的連續(xù)性中斷。控制系統(tǒng)需要識別槽電阻的異常階躍，以便在其后利用槽電阻-時間曲線進行陽極效應預報、氧化鋁濃度估計和正常態(tài)的極距調(diào)節(jié)時，不會因此而出現(xiàn)誤判。有些控制系統(tǒng)將異常階躍的分析也歸入槽噪聲分析中。2.2.2 槽電阻濾波的基本原理通常情況所說的濾波，是指對槽電阻進行低通數(shù)字濾波，去除其中頻率較高（即快時變）的組分，以避免其對極距和Al2O

15、3濃度這兩個相對而言為慢時變狀態(tài)參數(shù)的判斷和控制產(chǎn)生干擾。為達到這一目的，一般采用具有慣性濾波性能的一階遞歸式低通數(shù)字濾波器，其結(jié)構形式是： （2-1）式中，y(k)為濾波器輸出（即濾波值），x(k)為輸入（即原始采樣值）；k代表采樣點的時序；為濾波系數(shù)（0 j 1）。該式的直觀含義是，本次（k時刻）的濾波值，是上次（k-1時刻）的濾波值與本次的采樣值的加權平均值。用這樣類型的濾波公式進行信號處理，又稱為平滑處理。達到加強濾波效果的目的，常采用多個這樣的數(shù)字濾波器級聯(lián)的方式。濾波系數(shù)及濾波器的級聯(lián)個數(shù)一般用試驗或經(jīng)驗確定。顯然，濾波系數(shù)越大，或濾波器級聯(lián)的個數(shù)越多，則濾波（平滑）的程度便越高，

16、但因之而引起的濾波值與實際值之間的滯后程度也越大。上述的慣性濾波器雖然直觀易懂，但并非最好的濾波器。數(shù)字濾波器的設計有多種理論方法，在此不做詳細討論，讀者可參見我們的相關研究工作2, 5。一個先進的控制系統(tǒng)會根據(jù)解析的需要進行不同程度和不同類型的濾波。例如，通過分別設計使用高通、帶通和低通數(shù)字濾波器對槽電阻采樣系列進行處理，可以實現(xiàn)高頻噪聲（電阻針振）、低頻噪聲（電阻擺動）和低頻信號的分離 2,5。圖2-2是這種分離過程的示意圖。槽電阻采樣序列（圖中最上方的電阻采樣值曲線）經(jīng)過一個高通數(shù)字濾波器處理，得到的輸出序列就是圖中所示的高頻噪聲曲線（該曲線可用于計算高頻噪聲強度）；槽電阻采樣序列經(jīng)過一

17、個帶通數(shù)字濾波器處理，得到的輸出序列就是圖中所示的低頻噪聲曲線（該曲線可用于計算低頻噪聲強度，低頻噪聲曲線呈現(xiàn)較明顯的波動周期時，往往由槽中鋁液的運動引起）；而槽電阻采樣序列經(jīng)過一個低通數(shù)字濾波器處理后，所得到的輸出序列就是圖中所示的低頻信號曲線，該曲線提供給下料控制模塊（即氧化鋁濃度控制模塊）和槽電阻控制模塊（即極距控制模塊），用于進一步解析槽內(nèi)氧化鋁濃度和極距的變化情況。圖2-2 高頻噪聲、低頻噪聲和低頻信號的分離2.2.3 槽噪聲解析（槽穩(wěn)定性分析） 傳統(tǒng)的槽噪聲解析不區(qū)分噪聲的種類，因此也就不區(qū)分電阻（或電壓）波動、電阻（或電壓）擺動、電阻（或電壓）針振等術語的含義?！半妷簲[動”是較常

18、用的對槽噪聲的稱呼。電壓擺動（實質(zhì)上是指電阻擺動）的傳統(tǒng)檢查方法是，對一定周期（如2min）內(nèi)的取樣電阻值的波動幅度（或稱電壓擺動強度）進行計算（計算該周期內(nèi)采樣電阻的最大值與最小值之差）；若電壓擺動強度超過設定值則認為當前周期中存在電壓擺動；然后根據(jù)歷史的狀況做出“電壓擺動起始”、“電壓擺動在持續(xù)中”、“電壓擺動暫?！?、“電壓擺動結(jié)束”或“無電壓擺動”等進程判斷，并進行記錄和報警。進程判斷的基本程序是：l 若當前周期發(fā)現(xiàn)電壓擺動，而前一周期沒有“電壓擺動持續(xù)中”、“電壓擺動暫停”標志，則控制系統(tǒng)做出“電壓擺動起始”（或“電壓擺動確認”）標志； l 若當前周期發(fā)現(xiàn)電壓擺動，而前一周期已有“電壓

19、擺動持續(xù)中”或“電壓擺動暫?！睒酥?，則控制系統(tǒng)維持“電壓擺動持續(xù)中”標志；l 若當前周期沒有電壓擺動，而前一周期有“電壓擺動持續(xù)中”標志，則控制系統(tǒng)做出“電壓擺動暫停“標志；l 若當前周期沒有電壓擺動，而前一周期有“電壓擺動暫?！睒酥荆瑒t檢查電壓擺動暫停已有多長時間，如果未經(jīng)過一定時間（如20min），則繼續(xù)維持“電壓擺動暫停標志”；如果經(jīng)過了一定時間，則做出“電壓擺動結(jié)束”或“無電壓擺動”標志。 依據(jù)電壓擺動的起始、持續(xù)、暫停和結(jié)束做出不同標志的目的一是為了現(xiàn)場操作人員了解電壓擺動的發(fā)展階段，以便于制訂正確的槽況維護決策；二是使其他解析與控制模塊采取正確的處理措施（詳見后續(xù)章節(jié)中的討論）。例

20、如，在電壓擺動暫停（即電壓擺動消失后不久）階段，要防止控制系統(tǒng)（槽控機）或人工急于降低槽電壓而引起電壓擺動重現(xiàn)。 前面在討論噪聲分類時以指出，分析槽噪聲的一種更細致的方法是將槽噪聲（我們定義為電阻波動）分為高頻噪聲（我們定義為電阻針振）和低頻噪聲（我們定義為電阻擺動）兩類來分別進行解析。這樣，就需要將高頻噪聲和低頻噪聲分解出來，分別計算它們的強度（即電壓針振強度與電壓擺動強度），并分別對它們進行起始、持續(xù)、暫停和結(jié)束的進程判斷。它們的總強度定義為電阻波動強度（相當于傳統(tǒng)噪聲解析中所稱的電壓擺動強度）。 歐洲一專利4提出的高、低頻噪聲強度計算方法是，采用每秒一次（即1Hz）的采樣速率采集原始槽電

21、阻；將相鄰若干個采樣值的之間的最大波動幅度作為高頻噪聲強度；計算低頻噪聲強度相對較復雜些，首先計算機每隔一定時間（如10秒）計算一次該時間間隔內(nèi)的平均電阻，并存貯從過去tk時刻至當前t0時刻的k+1個平均槽電阻值（ARk，ARk-1，AR0），然后按下式計算一個低頻噪聲的衡量值： 其中，ARi是在ti時刻處計算的平均槽電阻。幾種理想化平均槽電阻曲線及對應的噪聲衡量值（NOISE）舉例在圖2-3中。圖2-3 低頻噪聲計算與實例4圖2-3中最上方曲線的低頻噪聲值為零，是因為電阻的變化屬于異常階躍，不屬于低頻噪聲；中間那條曲線的低頻噪聲為零，是因為電阻的變化緩慢，相當于是上節(jié)中所指的低頻信號（見圖2

22、-2），而不是低頻噪聲；最下方的那條曲線的低頻噪聲大于零，這條曲線相當于圖2-2中所標識的低頻噪聲曲線。計算高頻噪聲與低頻噪聲強度的另一方法是，先分別使用高通濾波與帶通濾波從原始的槽電阻采樣曲線中分別將高頻噪聲曲線與低頻噪聲曲線分解出來（見圖2-2），然后再分別計算高、低頻噪聲曲線在一定時間（即一個解析周期）內(nèi)的波動幅度。如果將每個周期中計算出來的高頻噪聲強度（或低頻噪聲強度）連成曲線，就分別得到了高頻噪聲強度曲線（或低頻噪聲強度曲線）。由于電阻波動的不穩(wěn)定性，這種原始的曲線一般波動較大，因此可以采用與（2-1）式表達的慣性濾波器向類似的方法對曲線進行平滑處理，從而得到比較平滑的高頻（或低頻）

23、噪聲強度曲線?？刂葡到y(tǒng)用經(jīng)過平滑的噪聲強度來判斷槽噪聲狀態(tài)的進程，就能防止控制系統(tǒng)對槽噪聲的判斷過于敏感。過于敏感不好，那樣會導致控制系統(tǒng)對于一些噪聲強度處于臨界位置且不穩(wěn)定的電解槽，一會判定擺動（或針振）起始，一會又判定其暫停或停止，這會導致控制系統(tǒng)頻繁轉(zhuǎn)換一些控制參數(shù)，從而影響對電阻的正?？刂坪脱趸X濃度的正?？刂?。除了使用針振（或擺動）強度來描繪電解槽的穩(wěn)定性外，鋁廠一般還同時使用另一個衡量槽子穩(wěn)定性的參數(shù)，那就是電阻針振（累計）時間和電阻擺動（累計）時間。以電阻針振時間為例，體現(xiàn)在日報（或者班報）上就是本日（或本班）的電阻針振累計時間。該時間是由槽控機將本日（或本班）中本臺電解槽處于“

24、電阻針振起始”或“電阻針振在持續(xù)中”狀態(tài)的時間累加起來。如果本日（或本班）的累計時間超過了對應的規(guī)定值，便認為該槽處于不穩(wěn)定狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)消除電壓針振（或擺動）的常規(guī)方法是提升槽電壓，詳細內(nèi)容請參見第三章“正常電阻控制（常態(tài)極距調(diào)節(jié)）”。2.3 陽極效應的檢出與處理 陽極效應（AE）的發(fā)生是以槽電阻取樣值超過了AE判別值為標志的。上節(jié)在介紹槽噪聲解析中指出，控制系統(tǒng)（槽控機）要根據(jù)噪聲發(fā)生的狀況（進程）做出進程標志?？刂葡到y(tǒng)在進行AE判斷時也要依據(jù)AE的起始、持續(xù)、暫停和結(jié)束做出不同標志，一方面以便現(xiàn)場操作人員了解AE的發(fā)展階段；另一方面以便其他解析與控制模塊采取正確的處理措施。 （1）AE的

25、檢出 AE檢出的一般程序是：l 槽控機檢查電阻取樣值是否達到了AE判別值（一般以正?；垭妷哼_到了8V以上為判別標準）；若是，則將該電阻標識為AE標志電阻(簡稱AE電阻)；l 若本次解析周期中AE電阻個數(shù)超過了規(guī)定個數(shù)，則可初步判斷該槽處于AE狀態(tài)（即“AE起始”狀態(tài)）；但為證實，計算機還需經(jīng)過連續(xù)兩個以上解析周期的檢查，若發(fā)現(xiàn)AE電阻累計個數(shù)達到了設定值，則可確認AE的發(fā)生（即“AE確認”狀態(tài)）。l 確認AE后，槽控機及上位機通過多種方式（屏幕顯示、聲音報警、語音報警等）輸出AE發(fā)生的信息，并轉(zhuǎn)入AE處理程序。l 如果AE電阻的累計個數(shù)未達設定值，AE電阻又自行消失，而且在其后的若干個解析周

26、期中未見復發(fā)，則這種情況稱之為“電壓（或電阻）閃爍”。計算機只存貯和打印“閃爍”信息，不對槽進行處理。(2) AE的處理目前，我國依然采用人工插入木棒的方法熄滅AE（詳見第2篇第3章“鋁電解槽的主要操作”中的“熄滅陽極效應”）。槽控機的AE處理程序停止進行正常的下料控制和電阻控制，主要任務是對AE過程的槽電阻進行跟蹤，并在AE持續(xù)一定的時間后啟動“AE加工”，即啟動槽上的全部下料器連續(xù)打殼下料若干次，使規(guī)定的料量進入電解槽（操作人員也可通過槽控機的手動按鈕來進行AE加工）。若AE處理程序在連續(xù)的若干個解析周期內(nèi)未發(fā)現(xiàn)AE電阻，則確認“AE結(jié)束”，在AE結(jié)束后計算并儲存AE平均電阻、AE峰值電阻

27、、AE持續(xù)時間等信息，同時恢復到正常的控制過程。由于人工熄滅AE難以滿足快速熄滅AE（如數(shù)十秒鐘內(nèi)熄滅AE）的要求，且存在木料消耗、勞力消耗、飛揚與揮發(fā)損失大、影響環(huán)境等問題，因此鋁工業(yè)一直期望有效的自動熄滅AE方法。曾被研究的自動熄滅AE的方法包括下列三類： 下降或傾斜陽極； 噴射壓縮空氣或能在高溫下分解產(chǎn)生強烈氣體的物質(zhì)； 分流或短路。 以上方法同時都必須與有效的加料方法結(jié)合起來。 方法中的下降陽極法是基于：(i)隨著陽極的下降，陽極側(cè)部浸潤面積增大，而AE時通過陽極側(cè)部傳導的電流本來就比正常時大，所以電流密度迅速降低；(ii)由于陽極下降的運動過程引起磁場分布變化，從而引起鋁水波動，波動

28、的鋁水與越來越接近的陽極短路。下降法容易實現(xiàn)，因此從一開始，預焙槽的自控系統(tǒng)中一般采用此法。法國彼施涅鋁業(yè)公司為其現(xiàn)代化預焙槽開發(fā)的AE熄滅程序即采用此法。其基本原理是6：先給出一系列使陽極平面下降的命令，隨后又給出一系列使之上升的命令（見圖2-4）。此過程被稱之為一個循環(huán)。AE熄滅程序容許使用有限個循環(huán)，并跟隨一個槽電阻調(diào)節(jié)周期，以達到成功熄滅AE的目的。在進行上述步驟的同時，對電解槽采取過量下料。據(jù)稱，該法成功率達90%。圖2-2 法鋁陽極效應熄滅步驟但使用下降陽極法的其他一些鋁廠發(fā)現(xiàn)該法成功率并不高，且有造成電解質(zhì)外溢的危險，特別是當伸退不規(guī)整時，陽極下降的幅度受到限制，致使效果不佳?？?/p>

29、見，同為下降陽極法，由于具體程序、槽況及其管理方式的不同，效果各異。針對一些鋁廠發(fā)現(xiàn)的下降陽極法的缺點，不少研究提出了一種可簡稱之為“升降陽極法”的改進方案。升降陽極法的特點是，在處理AE時，不是單純下降陽極，而是根據(jù)AE時槽電壓的高低，先提升陽極若干mm或提升至槽電壓達預定的高值止；陽極在高位置保持若干秒；于陽極提升和保持期間打殼下料；加料后再降陽極至提升前的位置下方若干mm處。 此法先提升陽極的理由是，首先提升陽極則使電解質(zhì)在高電壓下急驟受熱，Al203溶解度增加；并且，提升陽極使附著在陽極周圍的結(jié)殼落入電解質(zhì)中從而使電解質(zhì)液面升高，形成易于熄滅AE的狀態(tài)，這相當于降低了陽極，因而減小了下

30、降陽極所需的距離，可防止電解質(zhì)溢出槽外；還因Al203得到了充分溶解，而能防止已熄滅的AE在短時間內(nèi)再次發(fā)生；此外，先提升陽極，增大極距還有使極間電流分布均勻的優(yōu)點，對于陽極有病變或陰陽極短路的電解槽，當AE發(fā)生時電壓一般較低而且不穩(wěn)定，因此提升陽極加大極距對于清理陽極表面，維持正常極距是有益的。 方法中的傾斜陽極法由挪威奧達爾松達爾鋁業(yè)公司開發(fā)7，并于1981年起分別在150kA、220kA預焙槽上應用。該法是基于：(i)由于陽極傾斜產(chǎn)生傾角，因此陽極底掌的氣泡隨之易于逸散；(ii)與下降陽極法一樣，擺動也引起磁場分布變化，從而引起鋁水波動，個別陽極與鋁水接觸短路。據(jù)報導，這種方法若與采用壓

31、縮空氣的方法給合使用，能減小所必須的陽極擺動傾斜角，為自焙槽提供了一種有效的可交替使用的熄滅AE方法。但此法主要缺點是使槽結(jié)構復雜化。 方法，噴射壓縮空氣或能在高溫下分解產(chǎn)生強烈氣體的物質(zhì)的方法，是基于強烈的攪動而活化陽極表面，以及攪動的鋁水與陽極表面接觸短路。由于噴射壓縮空氣的鋼管容易被凝固的電解質(zhì)堵塞，所以效果不佳，加之強烈的攪動會干擾槽況，噴入的空氣中的氧會造成金屬的氧化損失，所以噴射壓縮空氣法僅在一些自焙槽的自控系統(tǒng)中見到應用。前蘇聯(lián)等一些專利提出幾種改進方法，一種是噴射含炭粉(煤粉)的壓縮空氣8.9，炭粉的存在可減小空氣中氧對鋁液的氧化作用；另一種是噴射對電解過程無害的鹽類(如合成脂

32、肪酸)10,11，利用鹽類高溫分解產(chǎn)生的強烈氣體，攪動熄滅AE。方法，即分流或短路法，其原理是降低電流密度。此法能減小熄滅AE時的能量損失，減小熄滅AE操作對槽況的干擾，但此法必須與正確的加料和適度地下降陽極結(jié)合起來才有較好的效果12，它的主要缺點是：使槽結(jié)構復雜化，投資增加，且分流或短路開關的設計較復雜，維護費用大。2.4 陽極效應預報現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)正普遍采用“低溫、低分子比、低Al2O3濃度”這種臨近AE狀態(tài)的生產(chǎn)技術條件，為避免計劃外的AE發(fā)生，AE預報顯得十分重要。跟蹤槽電阻是當今被普遍采用的AE預報方法?；咀龇ㄊ牵翰垭娮杞?jīng)過低通濾波（又稱平滑）后，計算濾波電阻的斜率（即變化速率），

33、然后將濾波電阻值及其斜率（或累計斜率）值分別與限定值比較，作出判斷。由于各鋁廠所用系統(tǒng)的信號采樣方式（如采樣周期）不同，電解槽槽型不同以及軟件開發(fā)上的差異，所以數(shù)學模型的具體形式有所不同。下面例舉幾個模型，以資比較。 (1) 美國國際鋁業(yè)公司的AE預報模型13對原始的15秒為采樣間隔的槽電阻取樣值（r）進行下列計算：電阻平滑：斜率計算： 斜率平滑：第一次：；初值： 第二次：；初值：若下列兩判別式成立則預報AE：(i)、 (NRN目標槽電阻)(ii)、 (2) 用分段線性回歸計算槽電阻斜率的AE預報方法使用分段線性回歸的槽電阻斜率計算法原用于進行“按需下料”的Al2O3濃度控制14，顯然，也可用

34、于AE預報。顧名思義，分段線性回歸即分時段對槽電阻取樣值進行對取樣時間的線性回歸處理。假如在0至tn時刻的時段內(nèi)獲得：(t1，r1)，(t2，r2)(tn，rn)共n組電阻取樣值，去除異常取樣值后保留N個有效值。設這N個有效取樣值r與時間t之間呈現(xiàn)下列一元線性回歸關系： 式中，K便是槽電阻對時間的變化速率；為計算值與測量值的偏差，設其服從正態(tài)分布，即N(0,)。按一元線性回歸原理可求出常數(shù)r0、K以及相關系數(shù)S2，分別為： 表示對N個數(shù)據(jù)求和假如在回歸計算的時段內(nèi)槽電阻的變化速率（即斜率）較小，那么槽電阻波動引起的隨機誤差會導致相關系數(shù)S2降低，也即回歸的可信度降低。此外，采樣間隔過寬，N值過

35、小也會降低S2。當槽電阻變化顯著時，隨機誤差的影響作用相對降低，S2增大。因此，對應于一定的采樣間隔和回歸計算的時段長度若K和S2分別達到相應的設定高值，則可以預報AE。（3）以槽電阻斜率和累積斜率為主要判據(jù)、并輔以其他輔助判據(jù)的AE預報方法15 這里，槽電阻斜率是指一個解析周期（如2min）內(nèi)的濾波電阻的變化速率。而濾波電阻相當于圖2-2中所示的低頻信號，它是去除了異常階躍并濾除了高、低頻噪聲后的電阻濾波值。槽電阻累積斜率是指一定時間間隔（如8min）內(nèi)濾波電阻的累積變化速率。我們在工業(yè)電解槽上對AE發(fā)生前的濾波電阻曲線進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，AE發(fā)生前濾波電阻的上升速率有很大的差別。較典型的情況

36、之一是，從AE要發(fā)生的前2030min開始，濾波電阻呈現(xiàn)快速上升的趨勢，對于此種情況，通過判斷槽電阻斜率是否達到某一極限就可以進行有效的AE預報（有效的AE預報是指AE預報后，AE發(fā)生的趨勢可以通過大下料進行遏制；無效的AE預報是指，AE預報得太晚，即使進行大下料也無法遏制AE的發(fā)生）。較典型的情況之二是，從AE發(fā)生前4060min起，濾波電阻開始慢慢爬升，爬升到一定程度后AE突發(fā)。對于這種情況，單純通過判斷槽電阻斜率是否達到某一極限是無法進行有效的AE預報的，要么預報得太晚，要么濾波電阻根本就沒有達到極限值AE就已經(jīng)發(fā)生了。根據(jù)上述情況，我們將電阻斜率和電阻累積斜率這兩個參數(shù)結(jié)合起來進行AE

37、預報。例如，給這兩個參數(shù)一個合適的“權重”，如果加權之和達到某一設定的極限值，則預報AE。將斜率和累積斜率結(jié)合起來使用能夠顯著提高不穩(wěn)定槽況下的AE準確率，這是因為電解槽不穩(wěn)定時，電阻斜率計算受到的噪聲干擾較大，因此單純使用斜率預報AE容易造成誤報或漏報。而對斜率進行累積則能使被累積斜率值中包含的正負誤差相抵。有一些信息可以作為AE預報的輔助判據(jù)，例如近期（如近6小時）槽內(nèi)物料平衡的理論偏差（稱為物料衡算偏差）。該參數(shù)是按照物料平衡的原理從近期累積的下料量（計算方法：累積的總下料次數(shù)乘以每次的下料量）與理論的氧化鋁消耗量來計算得到的。理論消耗量與累積下料量與的差值越正（說明近期欠量程度大），則AE出現(xiàn)的可能性越大，因此可以降低預報AE的“門檻”（即降低AE預報用電阻斜率極限值或電阻累積斜率極限值），以便提高AE預報的有效性。另一個對AE預報也有輔助意義的參數(shù)是槽電阻針振。由于當有發(fā)生AE的趨勢時，陽極底掌會逐