第4篇第2章—计算机控制—异常槽况检出与处理

1、第二章 槽电阻的常规解析（含异常状态分析）2.1 信号采样与槽电阻计算 众所周知，表观槽电阻（简称槽电阻）是用于实现铝电解过程实时控制的主要参数。它既是重要的状态参数，又于重要的被控参数。通常都采用下列这个简单公式由槽电压（V）、系列电流（I）的采样值计算槽电阻（R）的采样值： （1）其中：在tn时刻的原始槽电阻（或称为采样值）； V(n) 在tn时刻的槽电压采样值； I(n) 在tn时刻的系列电流采样值； B 表观反电动势（设定常数）。表观反电动势B是一个设定常数，它可以视为是铝电解真实的反电动势的统计平均值。它应该依据槽电压（V）-系列电流（I）试验曲线在正常电流处的切线延伸至零电流处所截

2、取的常值。由于槽型及技术条件的不同，各铝厂选用的B值不同，选值范围在1.61.7伏之间。众所周知，真实的反电动势是变化的，例如当氧化铝浓度向临近AE发生的临界浓度靠近时，真实的反电动势会显著升高（即显著高于设定的表观反电动势），从而引起槽电压显著升高，于是引起（表观）槽电阻显著升高。假如槽电阻计算公式中的B是真实的反电动势，槽电阻便不应跟随反电动势的变化而变化，但由于槽电阻计算公式中B被固定为一个常数，因此反电动势变化时（引起槽电压变化），槽电阻也跟随着发生变化，这就是公式（1）所计算的槽电阻严格来说应称为表观槽电阻的原因（只有在电解槽的运行条件正好使真实的反电动势等于设定值时，表观槽电阻才是

3、真实的槽电阻）。 之所以要用（表观）槽电阻而不是直接用槽电压来作为槽况解析的依据，是因为槽电压跟随系列电流变化，而理论上而言，槽电阻是不随系列电流的变化而变化的，因此用槽电阻来判断槽况能排除系列电流变化所产生的干扰。但在铝电解现场的控制系统中往往观察到这样的现象：当系列电流的波动明显引起槽电阻的波动。引起这一现象的最可能原因是：槽电压与系列电流的采样误差较大，或者两者的采样不同步（这种情况下，往往表现为系列电流波动加剧时，槽电阻的波动也跟随着加剧）；真实的反电动势与设定的反电动势的偏差较大（这种情况下，往往表现为槽电阻跟随系列电流的波动而波动）。为了尽可能消除系列电流波动对槽电阻的影响，显然应

4、该尽可能保持槽电压与系列电流的采样同步，并消除采样误差，并且使槽电阻计算公式中的表观反电动势设定值尽可能接近常态工艺技术条件下的真实反电动势的平均值。槽电阻一般以欧姆（或微欧姆）作单位，但电解工人往往感觉槽电压的单位（毫伏或伏）较为直观。因此，无论是在国外，还是在我国，愈来愈多的控制系统开发商将槽电阻线性变换为具有相同内涵的“正常化槽电压”表达，即： （2）其中：代表在tn时刻的正常化槽电压（原始值）；Ib代表基准系列电流；其余变量的含义与槽电阻计算公式中相同。 采用正常化槽电压来代表槽电阻虽然使现场操作人员感到直观了，但却使部分操作人员难以弄明白为何正常化槽电压采用了电压的单位却代表槽电阻。

5、对此，下面再作一些解释。从正常化槽电压的计算公式可见，槽电阻与正常化槽电压这两者的换算关系用一句话可以表达为 “不论当前的实际槽电压是多少，只要当前的槽电阻为R0，那么与基准电流相对应的槽电压（即正常化槽电压）就是R0IbB”可见，假如系列电流变化引起槽电压变化了，只要槽电阻保持不变，正常化槽电压就保持不变（当然前提是基准电流和表观反电动势的设定值均保持不变）。以一台200kA铝电解槽为例，假如系列电流正好等于基准电流值（200kA），对应的槽电压为4.1V，并假设槽电阻计算公式中的表观反电动势取值为1.6V，则用（1）式计算的槽电阻值为1.2510-5欧姆（即12.5微欧姆），用而（2）式计

6、算的正常化槽电压为4.1V（注意：当系列电流值正好等于设定的基准电流值时，正常化槽电压的值就等于槽电压的值）。假设系列电流从200kA降低到190kA时槽电阻维持不变（维持在12.5微欧姆），从槽电阻计算公式（1）反推可知，槽电压将从4.1V降低到3.975V。再从正常化槽电压计算公式（2）可知，正常化槽电压依然还是4.1V。而若假定系列电流从200 kA降低到190kA时，通过提升阳极保持槽电压4.1V不变，从槽电阻计算公式（1）可计算出，槽电阻将从12.5微欧姆升高到约13.2微欧姆；从正常化槽电压的计算公式（2）可计算出，正常化槽电压将从4.1V升高到约4.24V。 从槽电阻和正常化槽电

7、压的计算公式可知，改变表观反电动势的设定值会改变槽电阻的计算值，但对正常化槽电压的计算值的影响较小（前提是实际的电流与基准电流接近，假如实际的系列电流等于基准电流，则无影响）；改变基准电流的设定值不会影响槽电阻的计算值，但会改变正常化槽电压的计算值。因此，生产现场不要随意对计算机控制系统中的表观反电动势和基准电流的设定值进行更改，否则会使槽电阻曲线在表观反电动势修改时刻、或正常化槽电压曲线在基准电流修改时刻产生跃变，使历史记录数据失去统一的比较标准。 图2-1 是设定参数（表观反电动势和基准电流）及槽电压、系列电流发生改变时，对槽电阻和正常化槽电压产生影响的示意图。 由于在基准电流和反电动势一

8、定的情况下，槽电阻和正常化槽电压具有相同的内涵，因此后面的讨论将统称为槽电阻（或电阻）。基准电流表观反电动势槽电阻系列电流槽电压正常化槽电压改变基准电流设定值（仅引起正常化槽电压变化）；改变反电动势（引起槽电阻变化，但对正常化槽电压影响较小）；改变系列电流（引起槽电压变化，但对槽电阻和正常化槽电压没有影响）；、通过非系列电流因素来改变槽电压（引起槽电阻和正常化槽电压相应地变化）。图2-1 设定参数（表观反电动势和基准电流）及槽电压、系列电流对槽电阻和正常化槽电压影响示意图2.2 槽电阻的滤波与噪声解析（槽稳定性分析）无论槽况如何稳定，从现场控制系统的计算机监视屏幕上看到的原始槽电阻的实时采样曲

9、线是一种上下波动的曲线。对于正常槽况，相邻1秒钟的正常化槽电压采样值的波动幅度也可能达到1030mV。现场操作人员称这种现象为电阻波动（或电阻针振、电阻摆动）。用自控专业术语，则将这种现象称为槽电阻噪声（或简称槽噪声）。现代控制系统一方面要对针对噪声进行滤波或平滑处理，以防止噪声对电阻调节和氧化铝解析的干扰；另一方面，对噪声本身进行解析，获得关于槽况波动的信息。当槽噪声（电阻波动）超过一定幅度时，认为电解槽处于不稳定状态，因此槽噪声分析又称为电解槽稳定性分析。2.2.1 槽电阻噪声的基本类型沿袭传统的观念，将槽电阻中与Al2O3浓度和极距的慢时变过程无关的高频成分视为噪声噪声可粗略地分为采样噪

10、声、槽噪声和异常阶跃三大类。 （1）采样噪声这是指槽电阻采样与计算过程中所引入的与电解槽运行特性无关的噪声，来源主要有下列四个方面：槽电压和系列电流信号的模拟与量化误差。对于先进控制系统，该项误差较小，一般仅在10-4V的数量级。因这种误差具有白噪声性质、方差较小且基本恒定，故不会影响对来自铝电解过程的干扰噪声（即下面将要讨论的槽噪声）的解析，且易于用低通数字滤波消除其对过程临控的干扰。槽电压和系列电流采样通道中的随机电噪声。有人采用300Hz的高速采样研究了这类噪声1。研究结果表明，若采用时间常数大于50ms的RC滤波器或类似性能的数字滤波器对原始信号进行预处理，则该项噪声可被有效地抑制。对

11、于先进控制系统，该项噪声也仅在10-4V的数量级。槽电压系列电流采样不同步而引入的噪声研究表明1，这两个信号的采样时差只要不大于用作预处理的滤波器的时间常数（50ms），则该项噪声可被抑制。现代控制系统在采样硬件与软件的设计上均会保证两信号的同步采样，使该项噪声可以忽略。系列电流波动引入槽电阻中的伪噪声理论上，槽电阻不随系列电流的变化而变化，但事实上系列电流波动可能会给槽电阻中引入伪噪声。系列电流与槽电压的采样同步性越差，或者表观反电动势设定值与真实的反电动势差异越大，则系列电流波动引入槽电阻中的伪噪声便越大。上一节的讨论已指出，使用正常化槽电压来表示槽电阻时，表观反电动势设定值的改变对正常化

12、槽电压的影响不大。这也就是说，系列电流波动引入槽电阻中的伪噪声不会因为表观反电动势的设定值与真实反电动势有差异而明显增大。我们曾对160kA预焙槽的该种噪声进行过估算，估算表明2，当Al2O3%在18%范围内变化时，表观反电动势偏离设定值（1.60V）的最大幅度为0.1V；当系列电流I在工作电流（160kA）附近波动时，槽电阻对系列电流的偏导数的最大幅度约为3.910-3kA-1。当以表达时（V0为正常化槽电压）则约为0.625mVkA-1因此，假如系列电流波动范围为8kA，故知从理论上考虑，引入的伪噪声的最大幅值不超过5mV。可见伪噪声是相当小的。但系列电流波动不仅在槽电阻中引入伪噪声，而且

13、因引起电磁场分布的变化故可导致槽电阻真实的噪声增大。因此有必要对系列电流波动的统计特性进行分析，以便一方面在解析槽噪声时能考虑系列电流波动的影响，另一方面在设计用于电解槽控制目的的槽电阻低通数字滤波器时，能充分考虑到系列电流波动所引入的快时变噪声。 （2）槽噪声这是指取决于电解槽运行特性的噪声。研究表明，槽噪声可分为两种基本的类型3,4，一种是由阳极故障、气泡排出的干扰等引起的波动周期为数秒或更快的高频噪声；另一种是由铝液层波动引起的波动周期为数十秒的低频噪声（低频只是相对而言）。为了现场操作人员容易理解，在我们开发的控制系统中，将波动周期小于30秒的高频噪声定义为“电阻针振”，而将波动周期大

14、于30秒（但小于120秒）的低频噪声定义为“电阻摆动”。槽噪声分析是电解槽稳定性分析的主要内容，下面将专门讨论。 （3）异常阶跃这是指由各种人工作业，料面塌陷，以及阳极脱落、掉块以及其他一些非正常因素引起的槽电阻大幅度跃升或跌落，直观的表现是槽电阻-时间曲线的连续性中断。控制系统需要识别槽电阻的异常阶跃，以便在其后利用槽电阻-时间曲线进行阳极效应预报、氧化铝浓度估计和正常态的极距调节时，不会因此而出现误判。有些控制系统将异常阶跃的分析也归入槽噪声分析中。2.2.2 槽电阻滤波的基本原理通常情况所说的滤波，是指对槽电阻进行低通数字滤波，去除其中频率较高（即快时变）的组分，以避免其对极距和Al2O

15、3浓度这两个相对而言为慢时变状态参数的判断和控制产生干扰。为达到这一目的，一般采用具有惯性滤波性能的一阶递归式低通数字滤波器，其结构形式是： （2-1）式中，y(k)为滤波器输出（即滤波值），x(k)为输入（即原始采样值）；k代表采样点的时序；为滤波系数（0 j 1）。该式的直观含义是，本次（k时刻）的滤波值，是上次（k-1时刻）的滤波值与本次的采样值的加权平均值。用这样类型的滤波公式进行信号处理，又称为平滑处理。达到加强滤波效果的目的，常采用多个这样的数字滤波器级联的方式。滤波系数及滤波器的级联个数一般用试验或经验确定。显然，滤波系数越大，或滤波器级联的个数越多，则滤波（平滑）的程度便越高，

16、但因之而引起的滤波值与实际值之间的滞后程度也越大。上述的惯性滤波器虽然直观易懂，但并非最好的滤波器。数字滤波器的设计有多种理论方法，在此不做详细讨论，读者可参见我们的相关研究工作2, 5。一个先进的控制系统会根据解析的需要进行不同程度和不同类型的滤波。例如，通过分别设计使用高通、带通和低通数字滤波器对槽电阻采样系列进行处理，可以实现高频噪声（电阻针振）、低频噪声（电阻摆动）和低频信号的分离 2,5。图2-2是这种分离过程的示意图。槽电阻采样序列（图中最上方的电阻采样值曲线）经过一个高通数字滤波器处理，得到的输出序列就是图中所示的高频噪声曲线（该曲线可用于计算高频噪声强度）；槽电阻采样序列经过一

17、个带通数字滤波器处理，得到的输出序列就是图中所示的低频噪声曲线（该曲线可用于计算低频噪声强度，低频噪声曲线呈现较明显的波动周期时，往往由槽中铝液的运动引起）；而槽电阻采样序列经过一个低通数字滤波器处理后，所得到的输出序列就是图中所示的低频信号曲线，该曲线提供给下料控制模块（即氧化铝浓度控制模块）和槽电阻控制模块（即极距控制模块），用于进一步解析槽内氧化铝浓度和极距的变化情况。图2-2 高频噪声、低频噪声和低频信号的分离2.2.3 槽噪声解析（槽稳定性分析） 传统的槽噪声解析不区分噪声的种类，因此也就不区分电阻（或电压）波动、电阻（或电压）摆动、电阻（或电压）针振等术语的含义。“电压摆动”是较常

18、用的对槽噪声的称呼。电压摆动（实质上是指电阻摆动）的传统检查方法是，对一定周期（如2min）内的取样电阻值的波动幅度（或称电压摆动强度）进行计算（计算该周期内采样电阻的最大值与最小值之差）；若电压摆动强度超过设定值则认为当前周期中存在电压摆动；然后根据历史的状况做出“电压摆动起始”、“电压摆动在持续中”、“电压摆动暂停”、“电压摆动结束”或“无电压摆动”等进程判断，并进行记录和报警。进程判断的基本程序是：l 若当前周期发现电压摆动，而前一周期没有“电压摆动持续中”、“电压摆动暂停”标志，则控制系统做出“电压摆动起始”（或“电压摆动确认”）标志； l 若当前周期发现电压摆动，而前一周期已有“电压

19、摆动持续中”或“电压摆动暂停”标志，则控制系统维持“电压摆动持续中”标志；l 若当前周期没有电压摆动，而前一周期有“电压摆动持续中”标志，则控制系统做出“电压摆动暂停“标志；l 若当前周期没有电压摆动，而前一周期有“电压摆动暂停”标志，则检查电压摆动暂停已有多长时间，如果未经过一定时间（如20min），则继续维持“电压摆动暂停标志”；如果经过了一定时间，则做出“电压摆动结束”或“无电压摆动”标志。 依据电压摆动的起始、持续、暂停和结束做出不同标志的目的一是为了现场操作人员了解电压摆动的发展阶段，以便于制订正确的槽况维护决策；二是使其他解析与控制模块采取正确的处理措施（详见后续章节中的讨论）。例

20、如，在电压摆动暂停（即电压摆动消失后不久）阶段，要防止控制系统（槽控机）或人工急于降低槽电压而引起电压摆动重现。 前面在讨论噪声分类时以指出，分析槽噪声的一种更细致的方法是将槽噪声（我们定义为电阻波动）分为高频噪声（我们定义为电阻针振）和低频噪声（我们定义为电阻摆动）两类来分别进行解析。这样，就需要将高频噪声和低频噪声分解出来，分别计算它们的强度（即电压针振强度与电压摆动强度），并分别对它们进行起始、持续、暂停和结束的进程判断。它们的总强度定义为电阻波动强度（相当于传统噪声解析中所称的电压摆动强度）。 欧洲一专利4提出的高、低频噪声强度计算方法是，采用每秒一次（即1Hz）的采样速率采集原始槽电

21、阻；将相邻若干个采样值的之间的最大波动幅度作为高频噪声强度；计算低频噪声强度相对较复杂些，首先计算机每隔一定时间（如10秒）计算一次该时间间隔内的平均电阻，并存贮从过去tk时刻至当前t0时刻的k+1个平均槽电阻值（ARk，ARk-1，AR0），然后按下式计算一个低频噪声的衡量值： 其中，ARi是在ti时刻处计算的平均槽电阻。几种理想化平均槽电阻曲线及对应的噪声衡量值（NOISE）举例在图2-3中。图2-3 低频噪声计算与实例4图2-3中最上方曲线的低频噪声值为零，是因为电阻的变化属于异常阶跃，不属于低频噪声；中间那条曲线的低频噪声为零，是因为电阻的变化缓慢，相当于是上节中所指的低频信号（见图2

22、-2），而不是低频噪声；最下方的那条曲线的低频噪声大于零，这条曲线相当于图2-2中所标识的低频噪声曲线。计算高频噪声与低频噪声强度的另一方法是，先分别使用高通滤波与带通滤波从原始的槽电阻采样曲线中分别将高频噪声曲线与低频噪声曲线分解出来（见图2-2），然后再分别计算高、低频噪声曲线在一定时间（即一个解析周期）内的波动幅度。如果将每个周期中计算出来的高频噪声强度（或低频噪声强度）连成曲线，就分别得到了高频噪声强度曲线（或低频噪声强度曲线）。由于电阻波动的不稳定性，这种原始的曲线一般波动较大，因此可以采用与（2-1）式表达的惯性滤波器向类似的方法对曲线进行平滑处理，从而得到比较平滑的高频（或低频）

23、噪声强度曲线。控制系统用经过平滑的噪声强度来判断槽噪声状态的进程，就能防止控制系统对槽噪声的判断过于敏感。过于敏感不好，那样会导致控制系统对于一些噪声强度处于临界位置且不稳定的电解槽，一会判定摆动（或针振）起始，一会又判定其暂停或停止，这会导致控制系统频繁转换一些控制参数，从而影响对电阻的正常控制和氧化铝浓度的正常控制。除了使用针振（或摆动）强度来描绘电解槽的稳定性外，铝厂一般还同时使用另一个衡量槽子稳定性的参数，那就是电阻针振（累计）时间和电阻摆动（累计）时间。以电阻针振时间为例，体现在日报（或者班报）上就是本日（或本班）的电阻针振累计时间。该时间是由槽控机将本日（或本班）中本台电解槽处于“

24、电阻针振起始”或“电阻针振在持续中”状态的时间累加起来。如果本日（或本班）的累计时间超过了对应的规定值，便认为该槽处于不稳定状态。控制系统消除电压针振（或摆动）的常规方法是提升槽电压，详细内容请参见第三章“正常电阻控制（常态极距调节）”。2.3 阳极效应的检出与处理 阳极效应（AE）的发生是以槽电阻取样值超过了AE判别值为标志的。上节在介绍槽噪声解析中指出，控制系统（槽控机）要根据噪声发生的状况（进程）做出进程标志。控制系统在进行AE判断时也要依据AE的起始、持续、暂停和结束做出不同标志，一方面以便现场操作人员了解AE的发展阶段；另一方面以便其他解析与控制模块采取正确的处理措施。 （1）AE的

25、检出 AE检出的一般程序是：l 槽控机检查电阻取样值是否达到了AE判别值（一般以正常化槽电压达到了8V以上为判别标准）；若是，则将该电阻标识为AE标志电阻(简称AE电阻)；l 若本次解析周期中AE电阻个数超过了规定个数，则可初步判断该槽处于AE状态（即“AE起始”状态）；但为证实，计算机还需经过连续两个以上解析周期的检查，若发现AE电阻累计个数达到了设定值，则可确认AE的发生（即“AE确认”状态）。l 确认AE后，槽控机及上位机通过多种方式（屏幕显示、声音报警、语音报警等）输出AE发生的信息，并转入AE处理程序。l 如果AE电阻的累计个数未达设定值，AE电阻又自行消失，而且在其后的若干个解析周

26、期中未见复发，则这种情况称之为“电压（或电阻）闪烁”。计算机只存贮和打印“闪烁”信息，不对槽进行处理。(2) AE的处理目前，我国依然采用人工插入木棒的方法熄灭AE（详见第2篇第3章“铝电解槽的主要操作”中的“熄灭阳极效应”）。槽控机的AE处理程序停止进行正常的下料控制和电阻控制，主要任务是对AE过程的槽电阻进行跟踪，并在AE持续一定的时间后启动“AE加工”，即启动槽上的全部下料器连续打壳下料若干次，使规定的料量进入电解槽（操作人员也可通过槽控机的手动按钮来进行AE加工）。若AE处理程序在连续的若干个解析周期内未发现AE电阻，则确认“AE结束”，在AE结束后计算并储存AE平均电阻、AE峰值电阻

27、、AE持续时间等信息，同时恢复到正常的控制过程。由于人工熄灭AE难以满足快速熄灭AE（如数十秒钟内熄灭AE）的要求，且存在木料消耗、劳力消耗、飞扬与挥发损失大、影响环境等问题，因此铝工业一直期望有效的自动熄灭AE方法。曾被研究的自动熄灭AE的方法包括下列三类： 下降或倾斜阳极； 喷射压缩空气或能在高温下分解产生强烈气体的物质； 分流或短路。 以上方法同时都必须与有效的加料方法结合起来。 方法中的下降阳极法是基于：(i)随着阳极的下降，阳极侧部浸润面积增大，而AE时通过阳极侧部传导的电流本来就比正常时大，所以电流密度迅速降低；(ii)由于阳极下降的运动过程引起磁场分布变化，从而引起铝水波动，波动

28、的铝水与越来越接近的阳极短路。下降法容易实现，因此从一开始，预焙槽的自控系统中一般采用此法。法国彼施涅铝业公司为其现代化预焙槽开发的AE熄灭程序即采用此法。其基本原理是6：先给出一系列使阳极平面下降的命令，随后又给出一系列使之上升的命令（见图2-4）。此过程被称之为一个循环。AE熄灭程序容许使用有限个循环，并跟随一个槽电阻调节周期，以达到成功熄灭AE的目的。在进行上述步骤的同时，对电解槽采取过量下料。据称，该法成功率达90%。图2-2 法铝阳极效应熄灭步骤但使用下降阳极法的其他一些铝厂发现该法成功率并不高，且有造成电解质外溢的危险，特别是当伸退不规整时，阳极下降的幅度受到限制，致使效果不佳。可

29、见，同为下降阳极法，由于具体程序、槽况及其管理方式的不同，效果各异。针对一些铝厂发现的下降阳极法的缺点，不少研究提出了一种可简称之为“升降阳极法”的改进方案。升降阳极法的特点是，在处理AE时，不是单纯下降阳极，而是根据AE时槽电压的高低，先提升阳极若干mm或提升至槽电压达预定的高值止；阳极在高位置保持若干秒；于阳极提升和保持期间打壳下料；加料后再降阳极至提升前的位置下方若干mm处。 此法先提升阳极的理由是，首先提升阳极则使电解质在高电压下急骤受热，Al203溶解度增加；并且，提升阳极使附着在阳极周围的结壳落入电解质中从而使电解质液面升高，形成易于熄灭AE的状态，这相当于降低了阳极，因而减小了下

30、降阳极所需的距离，可防止电解质溢出槽外；还因Al203得到了充分溶解，而能防止已熄灭的AE在短时间内再次发生；此外，先提升阳极，增大极距还有使极间电流分布均匀的优点，对于阳极有病变或阴阳极短路的电解槽，当AE发生时电压一般较低而且不稳定，因此提升阳极加大极距对于清理阳极表面，维持正常极距是有益的。 方法中的倾斜阳极法由挪威奥达尔松达尔铝业公司开发7，并于1981年起分别在150kA、220kA预焙槽上应用。该法是基于：(i)由于阳极倾斜产生倾角，因此阳极底掌的气泡随之易于逸散；(ii)与下降阳极法一样，摆动也引起磁场分布变化，从而引起铝水波动，个别阳极与铝水接触短路。据报导，这种方法若与采用压

31、缩空气的方法给合使用，能减小所必须的阳极摆动倾斜角，为自焙槽提供了一种有效的可交替使用的熄灭AE方法。但此法主要缺点是使槽结构复杂化。 方法，喷射压缩空气或能在高温下分解产生强烈气体的物质的方法，是基于强烈的搅动而活化阳极表面，以及搅动的铝水与阳极表面接触短路。由于喷射压缩空气的钢管容易被凝固的电解质堵塞，所以效果不佳，加之强烈的搅动会干扰槽况，喷入的空气中的氧会造成金属的氧化损失，所以喷射压缩空气法仅在一些自焙槽的自控系统中见到应用。前苏联等一些专利提出几种改进方法，一种是喷射含炭粉(煤粉)的压缩空气8.9，炭粉的存在可减小空气中氧对铝液的氧化作用；另一种是喷射对电解过程无害的盐类(如合成脂

32、肪酸)10,11，利用盐类高温分解产生的强烈气体，搅动熄灭AE。方法，即分流或短路法，其原理是降低电流密度。此法能减小熄灭AE时的能量损失，减小熄灭AE操作对槽况的干扰，但此法必须与正确的加料和适度地下降阳极结合起来才有较好的效果12，它的主要缺点是：使槽结构复杂化，投资增加，且分流或短路开关的设计较复杂，维护费用大。2.4 阳极效应预报现代铝电解生产正普遍采用“低温、低分子比、低Al2O3浓度”这种临近AE状态的生产技术条件，为避免计划外的AE发生，AE预报显得十分重要。跟踪槽电阻是当今被普遍采用的AE预报方法。基本做法是：槽电阻经过低通滤波（又称平滑）后，计算滤波电阻的斜率（即变化速率），

33、然后将滤波电阻值及其斜率（或累计斜率）值分别与限定值比较，作出判断。由于各铝厂所用系统的信号采样方式（如采样周期）不同，电解槽槽型不同以及软件开发上的差异，所以数学模型的具体形式有所不同。下面例举几个模型，以资比较。 (1) 美国国际铝业公司的AE预报模型13对原始的15秒为采样间隔的槽电阻取样值（r）进行下列计算：电阻平滑：斜率计算： 斜率平滑：第一次：；初值： 第二次：；初值：若下列两判别式成立则预报AE：(i)、 (NRN目标槽电阻)(ii)、 (2) 用分段线性回归计算槽电阻斜率的AE预报方法使用分段线性回归的槽电阻斜率计算法原用于进行“按需下料”的Al2O3浓度控制14，显然，也可用

34、于AE预报。顾名思义，分段线性回归即分时段对槽电阻取样值进行对取样时间的线性回归处理。假如在0至tn时刻的时段内获得：(t1，r1)，(t2，r2)(tn，rn)共n组电阻取样值，去除异常取样值后保留N个有效值。设这N个有效取样值r与时间t之间呈现下列一元线性回归关系： 式中，K便是槽电阻对时间的变化速率；为计算值与测量值的偏差，设其服从正态分布，即N(0,)。按一元线性回归原理可求出常数r0、K以及相关系数S2，分别为： 表示对N个数据求和假如在回归计算的时段内槽电阻的变化速率（即斜率）较小，那么槽电阻波动引起的随机误差会导致相关系数S2降低，也即回归的可信度降低。此外，采样间隔过宽，N值过

35、小也会降低S2。当槽电阻变化显著时，随机误差的影响作用相对降低，S2增大。因此，对应于一定的采样间隔和回归计算的时段长度若K和S2分别达到相应的设定高值，则可以预报AE。（3）以槽电阻斜率和累积斜率为主要判据、并辅以其他辅助判据的AE预报方法15 这里，槽电阻斜率是指一个解析周期（如2min）内的滤波电阻的变化速率。而滤波电阻相当于图2-2中所示的低频信号，它是去除了异常阶跃并滤除了高、低频噪声后的电阻滤波值。槽电阻累积斜率是指一定时间间隔（如8min）内滤波电阻的累积变化速率。我们在工业电解槽上对AE发生前的滤波电阻曲线进行统计分析发现，AE发生前滤波电阻的上升速率有很大的差别。较典型的情况

36、之一是，从AE要发生的前2030min开始，滤波电阻呈现快速上升的趋势，对于此种情况，通过判断槽电阻斜率是否达到某一极限就可以进行有效的AE预报（有效的AE预报是指AE预报后，AE发生的趋势可以通过大下料进行遏制；无效的AE预报是指，AE预报得太晚，即使进行大下料也无法遏制AE的发生）。较典型的情况之二是，从AE发生前4060min起，滤波电阻开始慢慢爬升，爬升到一定程度后AE突发。对于这种情况，单纯通过判断槽电阻斜率是否达到某一极限是无法进行有效的AE预报的，要么预报得太晚，要么滤波电阻根本就没有达到极限值AE就已经发生了。根据上述情况，我们将电阻斜率和电阻累积斜率这两个参数结合起来进行AE

37、预报。例如，给这两个参数一个合适的“权重”，如果加权之和达到某一设定的极限值，则预报AE。将斜率和累积斜率结合起来使用能够显著提高不稳定槽况下的AE准确率，这是因为电解槽不稳定时，电阻斜率计算受到的噪声干扰较大，因此单纯使用斜率预报AE容易造成误报或漏报。而对斜率进行累积则能使被累积斜率值中包含的正负误差相抵。有一些信息可以作为AE预报的辅助判据，例如近期（如近6小时）槽内物料平衡的理论偏差（称为物料衡算偏差）。该参数是按照物料平衡的原理从近期累积的下料量（计算方法：累积的总下料次数乘以每次的下料量）与理论的氧化铝消耗量来计算得到的。理论消耗量与累积下料量与的差值越正（说明近期欠量程度大），则AE出现的可能性越大，因此可以降低预报AE的“门槛”（即降低AE预报用电阻斜率极限值或电阻累积斜率极限值），以便提高AE预报的有效性。另一个对AE预报也有辅助意义的参数是槽电阻针振。由于当有发生AE的趋势时，阳极底掌会逐