侧插槽电解铝时多目标优化数学模型

1、侧插槽电解铝时多目标优化数学模型.30一2轻金属_一,j1996卑6侧插槽电解铝时多目标优化数学模型王华7fgzr?口;(昆明理工大学冶金系云南昆明650093)a摘要:本文以6.ka侧插柑为对象.通过理论分析和大量的现场实验.电解铝时单性能耗最低,产量最高两十目标为准别,建立了侧插自焙阳摄电解柑电解铝时的多目标优化数学模型.谆教学模型应用于实践,能使侧插槽的吨铝电耗下降了293kwh/tai.单槽产量提高了前言本世强中叶以来,各国科技工作者纷纷开展铝电解过程的节能增产研究并取得了重大突破.美,法等西方国家利用计算机进行铝电解槽辅助设计及生产过程自动控制等方面作了有益的研究;俄罗斯就电解工艺对

2、能耗的影响及以能耗为目标利用计算机进行自动控制和管理的数学模型研究方面取得了显着的成绩;我国六,七十年代注重产量,八十年代开始了节能研究工作,如锂盐阳极糊的研究应用,复合掭加剂的研究应用,电解槽的计算机模拟研究,电解铝的单位能耗数学模型及单目标优化数学模型.等.目前国内外的研究大多处于单目标函数的分析,很少用系统优化方法对铝电解过程的工艺进行多目标(如产量,能耗等)函数研究,既使铝电解槽的产量处于最佳,又使其能耗最低.这是工厂极感兴趣和急待研究的重要课题.本文作者以60ka侧插自焙阳极电解槽为对象.通过理论分析和大量的现场实验并以电解铝时单位能耗最低,产量最高两个目标为准则,建立了侧插槽电解铝

3、时的多目标优化数学模型,该研究应用于实践,能带来巨大的经济效益和社会效益.堂坚蹴1多目标最优化数学模型l1目标函数优化数学模型的关键问题是如何建立以能耗和产量为变量,工艺参数为自变量的数学模型,即目标函数.1.1.1能耗目标函数能耗与铝电解工艺间的数学模型已有一些科技人员进行了研究.如本文作者曾对用侧插自焙阳极电解槽电解铝时能耗数学模型进行了研究,并建立了下述数学模型:66bwa.善aix1苫a埘x(1)若以式(1)为目标函数.显然其计算时间较长.本文为节约计算机的计算时间,特对侧插槽电解铝时能耗数学模型重新进行了研究.建立了下述数学模型:wao舌备a(】(2)上述两式中:w单位能耗,kwhi

4、tai;x电解温度,;x2电解质高度,lin;管1996卑6轻金属31x3铝液高度,ram;x4电解质分子比;x5电解质中caf2的含量,%:阳极电流密度,a/cr;a.系数i=0,1,2,3,-.27,式(1)或i:0,1.2,3,12,式(2).此数学模型经过现场实验验证,其精度较高且计算时问较式(1)大为缩短,故以此为能耗的目标函数.112产量目标函数产量与铝电解工艺间的数学模型目前研究的不多,但电流效率与铝电解工艺间的数学模型则有一些报道.如本文作者曾对用侧插自焙阳极电解槽电解铝时电流效率的数学模型进行了研究.并建立了下述数学模型:1a0xl+委ax1xi十4i)x(3)式中:叶一电流

5、效率,%;x1电解温度,x2电解质分子比;x3阳极电流密度,a/cm;x4铝液高度,ram;x5电解质高度,ram;ai系数(i=o.1,2,3,9).由于电流效率与产量之间有如下的对应关系:1:要善1oo%(4)理论产铝量(m)而对于现有的铝电解槽系列来说,其理论产铝量(m)一般为常数,故铝电解槽的铝产量影响因素与该槽的电流效率的影响因素在某种程度上一致.为此我们根据式3并结合现场实验的研究结果,建立了对用侧插自焙阳极电解槽电解铝时产量数学模型,如下式所示:一电流效率,%x1电解温度,;电解质高度,mm;x3铝液高度,12lm;x4电解质分子比;x5电解质中ca的含量,%;x6阳极电流密度,

6、a/cm;b1系数(-0,1,2,3,12).上述产量数学模型经过现场实验验证,其精度较高且计算时间较短,故以此为产量的目标函数.2.2约束条件优化数学模型的约束条件既要考虑工厂现有设备的自身结构,又要考虑到现场的实际操作经验及生产的正常进行.为此我们以某铝厂的60ka侧插自焙阳极电解槽为对象,得到了以式(2)和式(5)2.8sb.+xbh+.:一一中m式?32轻金属1996年64<x5100.74x60.9生产数据输人计算机以求出现有条件下式(2)和式(5)两式中的系数,然后对上述多目标最优化数学模型进行了计算机求解.其最优化结果2多目标最优化数学模型的应用直lf表所示.我们将某厂60

7、ka侧插自焙阳极电解槽的表1多目标最优化数学模型求解结果电解质术平ca含量单槽产量直流电耗电解温度icl吼%名称敏值2.53075i179我们把上述优化结果用于指导生产,使该厂60ka侧插自焙阳极电解槽的电解工艺以此值为目标调准量,实践表明,该厂60ka侧插自焙阳极电解槽的平均直流电耗从原来的14980kw.h/tal下降到现在的14687kw.h/t.a1,单槽日产铝量从原来的平均为428.65tal/d提高到现在的445.57taj/d,即直流电耗平均下降了293kwh/t.aj,单槽铝产量提高了3,9%.以该厂原年产4.5万吨铝计算,每年由此而带来的经济效益合人民币2000万余元,从而产

8、生了巨大的效益.3结语本文建立了60ka侧插自焙阳极电解槽电解铝时多目标优化数学模型,并将此模型应用于现场,实践证明能取得良好的效益.4参考文献【1jail【emhx儿h,h.t.bethemevajulu,1984,na2:4143.2王华等,有色金属(季刊),1990,3:44483王华等,轻金属.1990,3:31-344王华.轻金属,t993.nq1.24-27孺日期:19951016.上接29页)代表团.”铝工业及其技术发展状况”(内部报告),19852中国有色金属工业总公司有色金属进展(再版)轻金属卷.电解铝分册,1996.3j.thonsmd,the9thinathalcourse0nprocessmetahgyalumimum.1990.p81.4asolheimel?小tmetals1989.p2455jca