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鋁電解智能優化製造基礎與應用(精)/有色金屬理論與技術前沿叢書

  • 作者：李劼|責編:史海燕
  • 出版社：中南大學
  • ISBN：9787548760719
  • 出版日期：2024/12/01
  • 裝幀：精裝
  • 頁數：391
人民幣：RMB 168 元      售價：元
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內容大鋼
    本書分為3篇共計18章，以作者及其團隊30多年的研究成果為主線，對構建現代鋁電解企業智能優化製造技術體系的重要技術基礎與關鍵技術進行了系統的歸納與總結。其中，第1篇為讀者呈現了我國鋁電解工業及其智能優化製造技術發展現狀與發展趨勢總體概貌；第2篇系統介紹了鋁電解槽的動態平衡與數學模型，使讀者能深刻理解鋁電解槽的物料平衡與熱平衡特性及鋁電解多相多場特性，並掌握相關基礎理論、計算方法和測試分析方法，為了解和研究鋁電解智能優化製造技術奠定基礎；第3篇系統介紹了鋁電解智能優化製造關鍵技術及應用，內容涵蓋了智能優化製造的基礎知識與系統基本構架、鋁電解智能控制、鋁電解槽分散式感知、數據預處理與可視化分析、數據與機理融合的槽況分析、動態模擬、數字孿生體構建，以及關鍵技術集成與發展展望等，使讀者能沿著由淺入深、由傳統到最新的發展脈絡，全面了解用於構建鋁電解智能優化製造技術體系的關鍵知識、關鍵技術與重要研究方法。
    本書可作為冶金專業大學生、研究生的教學用書，也適合從事鋁電解工業業務的相關人士和工程技術人員閱讀。
作者介紹
李劼|責編:史海燕
    李劼，中南大學黨委委員、二級教授、博士生導師，教育部「長江學者獎勵計劃」特聘教授，國家「百千萬人才工程」入選者和國務院政府特殊津貼獲得者。曾任中南大學校長助理、研究生院院長、冶金與環境學院院長。現任低碳有色冶金國家工程研究中心主任，併兼任湖南省普通本科材料類教學指導委員會主任、中國冶金教育學會副會長、中國有色金屬學會輕金屬冶金學術委員會副主任及礦冶過程計算與模擬模擬專業委員會副主任等職。長期從事智能與數字冶金（鋁電解）、新能源材料與器件（新能源與儲能工程）等領域的科學研究與成果轉化。發表學術論文600余篇，獲授權發明專利380余項，獲國家科技進步獎3項、省部級科技進步一等獎8項。
目錄
第1篇 鋁電解工業及智能優化製造發展概況
  第1章 我國鋁電解工業發展概況
    1.1 我國鋁行業運行的總體情況
    1.2 我國鋁電解行業創新發展的時代背景
    1.3 鋁電解發展熱點——低碳智能化
    參考文獻
  第2章 鋁電解智能優化製造發展概況與面臨挑戰
    2.1 鋁電解智能優化製造發展概況
    2.2 鋁電解智能優化製造面臨挑戰
    參考文獻
第2篇 鋁電解槽動態平衡與數學建模
  第3章 鋁電解槽的動態平衡
    3.1 物料平衡
      3.1.1 物料平衡的基本概念
      3.1.2 根據物料平衡關係計算氧化鋁消耗速率
      3.1.3 根據計算的消耗速率確定基準下料間隔時間
      3.1.4 按物料平衡計算值控制下料存在的問題
      3.1.5 正常下料、欠量下料與過量下料的定義
      3.1.6 下料量變化對氧化鋁濃度影響的理論分析
    3.2 電壓平衡
    3.3 能量平衡
      3.3.1 能量平衡的相關概念與基本計算方法
      3.3.2 生產過程中影響能量平衡的主要因素
    參考文獻
  第4章 鋁電解槽多相多場耦合原理及數學模型
    4.1 鋁電解槽多相多場耦合的概念
    4.2 電場模型
      4.2.1 母線等效電阻模型
      4.2.2 槽內導體電場模型
      4.2.3 電接觸
      4.2.4 鋁電解槽電場綜合計算模型及其邊界條件
    4.3 磁場模型
      4.3.1 母線磁場計算模型
      4.3.2 陽極、熔體、陰極炭塊及鋼棒磁場計算模型
      4.3.3 槽殼磁場計算模型
      4.3.4 槽體不導電部分及槽周空氣磁場計算模型
      4.3.5 磁場邊界條件及計算方法
      4.3.6 熔體電磁力場計算模型
    4.4 流場模型
      4.4.1 穩態單相流計算模型
      4.4.2 穩態兩相流計算模型
      4.4.3 穩態三相流計算模型
    4.5 磁流體穩定性模型
      4.5.1 線性淺水模型
      4.5.2 非線性淺水模型
    4.6 熱場模型
      4.6.1 控制方程
      4.6.2 熔體與槽幫界面問題
      4.6.3 模型邊界條件
    4.7 應力場模型

      4.7.1 熱應力模型
      4.7.2 鈉膨脹應力模型
    4.8 氧化鋁輸運模型
      4.8.1 控制方程
      4.8.2 氧化鋁消耗與下料過程的質量源項
    參考文獻
  第5章 鋁電解槽多相多場模型求解方法
    5.1 鋁電解多物理場模擬流程
    5.2 結構及物性參數的確定
    5.3 實體及有限元模型的建立
      5.3.1 實體模型的建立
      5.3.2 有限元網格的劃分
    5.4 求解器的設置及模型求解
    5.5 結果導出及后處理
    參考文獻
  第6章 大型鋁電解槽物理場模擬實例
    6.1 穩態電場
      6.1.1 電壓平衡方程
      6.1.2 電壓降分析
      6.1.3 陰極鋼棒電流分佈
    6.2 穩態磁場
    6.3 穩態流場
    6.4 磁流體穩定性
    6.5 熱場
      6.5.1 陰極切片溫度分佈結果
      6.5.2 散熱分佈結果
      6.5.3 1/4槽電熱場溫度分佈結果
      6.5.4 熱場結果綜合分析
    6.6 應力場
      6.6.1 焙燒結束后電解槽位移分析
      6.6.2 啟動一個月后電解槽位移分析
      6.6.3 電解槽陰極炭塊熱應力結果分析
    6.7 瞬態流場
      6.7.1 瞬態兩相磁流體
      6.7.2 瞬態三相磁流體
    6.8 氧化鋁濃度場
    參考文獻
  第7章 大型預焙鋁電解槽物理場測試
    7.1 大型預焙鋁電解槽物理場測試方法與原理
      7.1.1 電壓平衡測試方法
      7.1.2 熱場測試方法
      7.1.3 磁場測試方法
      7.1.4 流場測試方法
    7.2 大型預焙鋁電解槽物理場測試案例
      7.2.1 電場測試案例
      7.2.2 熱場測試案例
      7.2.3 磁場測試案例
      7.2.4 流場測試案例
    參考文獻
第3篇 鋁電解智能優化製造關鍵技術及應用

  第8章 智能優化製造基礎知識
    8.1 信息物理系統
      8.1.1 信息物理系統的特徵
      8.1.2 信息物理系統的關鍵環節
      8.1.3 信息物理系統的組成
      8.1.4 信息物理系統的技術體系
    8.2 工業互聯網平台
      8.2.1 工業互聯網平台體系架構
      8.2.2 5G與邊緣計算
      8.2.3 雲計算
    8.3 工業機器人
    8.4 工業大數據
      8.4.1 大數據基本概念
      8.4.2 數據的採集與預處理
      8.4.3 數據存儲與資料庫技術
      8.4.4 數據挖掘方法與技術
    8.5 智能監測
    8.6 智能優化
    8.7 智能控制
    8.8 基於HCPS的冶金智能優化製造體系架構
      8.8.1 冶金工業智能優化製造體系架構
      8.8.2 冶金工業HCPS總體架構
    8.9 冶金智能工廠體系架構
      8.9.1 功能架構
      8.9.2 技術架構
    參考文獻
  第9章 鋁電解控制系統及智能優化製造系統的基本架構
    9.1 鋁電解控制系統基本架構的演變
      9.1.1 單機群控系統
      9.1.2 集中式控制系統
      9.1.3 集散式(分散式)控制系統
      9.1.4 先進的集散式控制系統——網路型控制系統
    9.2 集散式(分散式)鋁電解控制系統配置實例
    9.3 基於大數據與雲計算的鋁電解智能優化製造系統結構實例
    參考文獻
  第10章 傳統的鋁電解智能控制
    10.1 鋁電解智能控制發展概況
    10.2 槽電阻的常規解析
      10.2.1 信號採樣與槽電阻計算
      10.2.2 槽電阻的濾波與雜訊解析
    10.3 槽電阻的常規控制
      10.3.1 正常電阻控制的基本原理與程序
      10.3.2 改善正常電阻控制效果的措施
      10.3.3 出鋁、換極過程中的槽電阻監控
    10.4 氧化鋁濃度控制
      10.4.1 傳統的定時下料控制方法
      10.4.2 傳統的基於槽電阻跟蹤的氧化鋁濃度控制方法基本原理
      10.4.3 基於分散式感知與動態模擬的氧化鋁濃度分區精準控制方法
      10.4.4 氧化鋁濃度控制效果的影響因素與改進措施
    10.5 電解質分子比控制

      10.5.1 基於槽溫、分子比實測值的查表控製法
      10.5.2 基於分子比、槽溫等參數間的回歸方程式控制製法
      10.5.3 基於初晶溫度實測值控製法
      10.5.4 基於槽況綜合分析的控製法
      10.5.5 改進分子比控制效果的措施
    參考文獻
  第11章 鋁電解槽的分散式感知
    11.1 分散式在線檢測信號的種類及其檢測價值
    11.2 分散式在線檢測的整體方案設計
    11.3 陽極電流分佈信號的在線檢測
    11.4 槽殼溫度分佈信號的在線檢測
    11.5 陰極電流分佈信號的在線檢測
    11.6 陽極母線位置的在線檢測
    11.7 煙氣溫度信號的在線檢測
    11.8 鋁電解多源異構數據的抽取與處理技術
    參考文獻
  第12章 鋁電解槽數據預處理與可視化分析
    12.1 數據採集系統
    12.2 數據統計分析
      12.2.1 槽壽命相關數據
      12.2.2 關鍵工藝參數
    12.3 探索性數據分析
      12.3.1 數據概覽
      12.3.2 缺失分析
      12.3.3 雜訊分析
      12.3.4 特徵縮放
    12.4 結果可視化分析
      12.4.1 分佈可視化分析
      12.4.2 相關性可視化分析
    參考文獻
  第13章 數據與機理融合的鋁電解槽故障特徵分析
    13.1 基於信息流的知識模型構建
      13.1.1 破損現象與主要原因
      13.1.2 生產工藝與有效管理
      13.1.3 破損機理模型構建
    13.2 基於多維時間序列的鋁電解槽聚類
      13.2.1 聚類方法
      13.2.2 基於PCA-K-means的聚類過程
      13.2.3 聚類結果與分析
    13.3 基於XGBoost的故障特徵分析
      13.3.1 特徵工程
      13.3.2 基於XGBoost的故障特徵評估過程
      13.3.3 故障特徵評估結果與分析
    參考文獻
  第14章 數據與機理融合的鋁電解槽壽命預測與風險預警
    14.1 基於Weibull模型的RUL估計
      14.1.1 可靠性數學理論
      14.1.2 基於Weibull模型的RUL估計過程
      14.1.3 RUL估計過程與結果分析
    14.2 基於TSBP方法的RUL預測

      14.2.1 健康度評價指標的構建
      14.2.2 基於健康相似度的RUL預測過程
      14.2.3 RUL預測過程與結果分析
    14.3 基於時變MTF模型的鋁電解槽運行風險預警
      14.3.1 MTF模型原理
      14.3.2 MTF模型構造過程
      14.3.3 風險分級與預警分析
    14.4 基於PdM框架的可視化平台設計與實現
      14.4.1 可視化平台整體方案設計
      14.4.2 可視化平台模塊實現
      14.4.3 應用與分析
    參考文獻
  第15章 基於分散式感知的氧化鋁濃度動態模擬研究
    15.1 基於分散式感知的動態模擬方法構建
    15.2 氧化鋁濃度分佈的離線模擬及模擬庫構建
    15.3 基於分散式感知的氧化鋁濃度動態模擬
      15.3.1 U形曲線關係模型
      15.3.2 U形曲線多元回歸
      15.3.3 氧化鋁濃度動態模擬的實現
    參考文獻
  第16章 鋁電解數字孿生體
    16.1 數字孿生基礎知識
      16.1.1 概念模型
      16.1.2 系統架構
      16.1.3 成熟度模型
      16.1.4 建模與模擬的一般技術原理
    16.2 鋁電解數字孿生體架構
      16.2.1 鋁電解數字孿生體五維模型
      16.2.2 鋁電解數字孿生體標準體系
    16.3 鋁電解數字孿生體原型設計
      16.3.1 原型系統孿生數據設計
      16.3.2 原型系統虛擬模型搭建
      16.3.3 原型系統服務模塊劃分
    16.4 鋁電解數字孿生體原型系統測試
      16.4.1 原型系統發布
      16.4.2 原型系統測試流程
    參考文獻
  第17章 鋁電解智能優化製造關鍵技術集成
    17.1 鋁電解槽分散式感知與工況智能識別
      17.1.1 分散式感知與動態工況智能識別的總體方案
      17.1.2 動態工況的一次智能識別
      17.1.3 動態工況的二次智能識別
      17.1.4 支撐智能識別的雲計算平台架構
    17.2 鋁電解智能決策
    17.3 鋁電解智能控制
    17.4 鋁電解智能優化製造綜合服務平台
      17.4.1 綜合服務平台的總體技術方案
      17.4.2 綜合服務平台的基本功能
      17.4.3 鋁電解大數據中心(鋁電解工業大數據平台)
      17.4.4 鋁電解雲服務人-機交互軟體平台

    參考文獻
  第18章 鋁電解智能優化製造發展及前景展望
    18.1 鋁電解智能優化製造關鍵技術發展展望
      18.1.1 總體發展方向
      18.1.2 發展展望
    18.2 鋁電解智能優化製造技術與鋁電解槽結構變革性技術的協同發展
      18.2.1 鋁電解槽結構變革的必要性與變革思路
      18.2.2 鋁電解智能優化製造技術與鋁電解槽結構變革性技術協同發展的主要內容與前景展望
    18.3 鋁電解智能優化製造技術與基於惰性電極的「無碳」鋁電解技術的協同發展
      18.3.1 「無碳」鋁電解技術的必要性與發展現狀
      18.3.2 鋁電解智能優化製造技術與「無碳」鋁電解技術協同發展的主要內容及前景展望
    參考文獻

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