阳极焙烧炉控制器的研究

摘要

焙烧是铝电解工业生产预焙阳极的重要工序，焙烧过程直接决定焙烧阳极的质量，从而影响到电解时电极的消耗、电流效率、能耗等。因此，如何提高阳极焙烧技术改进阳极质量已成为铝电解工业的重要课题。而加紧对阳极焙烧炉的基础理论进行深入系统研究就成为实现这一目的的必然途径。这也是开发设计具有我国自主知识产权阳极焙烧炉控制器的迫切需要。本课题主要针对兰州铝业有限公司二期扩建项目，展开对阳极焙烧控制器方面的研究。该项目由法国SETARAM公司与兰州理工大学共同承建，扩建后的设备装备水平高、操作控制周期短、产品质量高、能耗低、产量高，增强了企业竞争力。 本文首先详细地叙述了阳极焙烧炉的焙烧机理，简单介绍了阳极焙烧炉的工作原理及结构组成，并对阳极焙烧炉的生产工艺进行了总结。综述了目前国内外阳极焙烧技术发展状况，分析了阳极焙烧炉控制器的现实意义。提出了在我国开展阳极焙烧炉温度控制器理论研究的综合思路，并以此作为本文的研究思路，展开了相应的研究工作。 温度是工业控制的主要对象之一，在工业生产过程中，常常需要对温度这一参数进行控制，温度控制得好，不仅可以提高产品质量，而且可以降低能耗，提高生产效率。在阳极焙烧炉控制系统中，温度是系统中最重要的控制参数，对于产品质量、产能具有重大现实意义和理论价值。该系统中的温度具有非线性、时变性、滞后性等特性。 PID控制是温度控制中应用最广泛的一种控制形式，PID控制器结构简单、稳定性好、可靠性高，常用于一些线性定常系统的控制，但对于非线性系统，例如温度等具有大滞后特性的控制对象，却难以取得理想的控制效果。本文在控制算法上，研究了国内外工业过程控制中的控制方法，详细分析了PID控制技术的理论和方法，之后针对阳极焙烧炉的工作性能和系统中温度的特点，引入了一种智能PID控制算法，将比例控制器、模糊控制器和PID控制器结合起来，使之既具有比例控制快速，模糊控制灵活而适应性强的优点，又具有PID控制精度高的特点，有效的改善了原有PID控制方法的缺陷，使系统具有较强的鲁棒性、稳定性、快速性、灵敏性等优点，提高了控制系统的抗干扰能力和跟踪的能力。 这些工作对提高阳极焙烧质量和稳定铝产量有着很重要的意义，与此同时，还将促进智能控制技术的发展及其在工业过程控制中的广泛应用。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1现代铝工业需要迫切解决的问题

1.2阳极焙烧技术发展现状

1.2.1国外的阳极焙烧技术

1.2.2我国的阳极焙烧技术

1.3本课题研究的目的和意义

1.4本课题研究的内容与实现的目标

第二章阳极焙烧概述

2.1铝电解的阳极消耗

2.2阳极焙烧原理

2.3焙烧温度对制品性能的影响

2.3.1焙烧温度对孔隙度的影响

2.3.2焙烧温度对比电阻的影响

2.3.3焙烧温度对抗压强度的影响

2.3.4焙烧温度对预焙阳极电解消耗的影响

2.3.5焙烧温度对预焙阳极被空气氧化速率的影响

2.3.6焙烧温度对预焙阳极被二氧化碳气体氧化速率的影响

2.3.7焙烧温度对预焙阳极反电动势的影响

第三章焙烧设备及工艺要求

3.1阳极焙烧炉种类

3.2环式焙烧炉

3.3焙烧的工艺要求

3.3.1焙烧温度曲线

3.3.2火道负压

3.3.3升温速度

3.3.4最终焙烧温度

3.3.5料箱阳极温差

3.4燃烧控制系统

3.4.1燃烧控制系统组成

3.4.2控制作用

3.4.3系统控制要求

3.4.4系统控制参数的确定

3.5本章小结

第四章工业过程控制方法分析

4.1工业过程控制概述

4.1.1工业过程控制的特点

4.1.2工业过程控制的发展

4.2工业过程控制的常用算法

4.2.1 PID控制

4.2.2自适应控制

4.2.3神经网络控制

4.2.4模糊控制

4.2.5过程控制的发展方向—智能控制

第五章PID控制算法的分析与研究

5.1标准数字PID控制算法

5.1.1位置型算法

5.1.2增量型算法

5.2数字PID算法的改进

5.2.1积分作用的改进

5.2.2微分作用的改进

5.3数字PID的其他改进算式

5.3.1带死区的PID控制

5.3.2砰砰—PID复合控制

5.4PID数字控制器的实现

5.4.1选取采样周期的原则

5.4.2控制规律的选择

5.4.3PID控制器参数选择

第六章阳极焙烧炉控制器的设计

6.1PID控制装置的电路设计

6.2PID控制算式的推导

6.3PID参数自整定

6.3.1过程特性的获取

6.3.2参数的整定

6.4智能PID控制器的探索

6.4.1模糊-PID复合控制

6.4.2比例-模糊-PID复合控制

6.4.3PID参数自整定的模糊控制

6.4.4智能PID软件系统

结束语

参考文献

致谢

附录