行业领域

新一代信息技术产业,高端装备制造产业,其他产业,智能制造装备产业

需求背景

1 懵温管控完全依赖人工红外点检，数据极度稀疏滞后

行业现状：每班人工手持红外枪定点测温，每日1-2次点状数据，无连续时序、无全域覆盖。虽然部分企业已试点智能测温机器人，可对电解槽侧帮、阴极钢棒及槽底进行温度采集并自动生成温度分布图，但此类机器人仍属"巡检替代"逻辑，非"连续在线感知"方案，无法捕捉夜间波动、换极波动、电流波动带来的隐性热异常，且机器人自身受槽底空间限制、氧化铝粉尘和高温渣影响，难以实现24h不间断覆盖。

2 懵温直接决定炉帮结壳厚度，是节能核心命脉

文献表明，槽壳侧壁温度控制在180℃-280℃之间，对应炉帮厚度180mm-60mm，侧壁温度越高，炉帮越薄；侧壁温度越低，炉帮越厚。温度偏高→结壳变薄、侧部散热大、热损失高、电耗上涨、易化槽；温度偏低→结壳过厚、炉膛缩小、极距受限、阳极效应频发、电流效率下降。

人工凭手感、凭经验调热平衡，是电解铝行业几十年粗放生产的最大能耗浪费源头，没有量化数据就无法精准控温、精准节能。

3 侧壁温度异常是化槽、侧部漏槽重大事故前置信号

槽内衬侵蚀、保温层失效、局部空壳、结壳脱落，都会率先体现在局部侧壁温度突升、热点偏移、温差异常。炉帮规整度直接关系到侧部水平电流大小、电流空耗和电解槽运行安全性，炉帮保护不佳时，侧部碳块可能被空气氧化，严重时导致电解槽破损，发生大面积熔体泄漏事故。人工巡检只能发现"已经过热"的故障，无法提前预判早期内衬劣化、局部热失衡。

4 热场失衡导致槽况不稳定，连锁引发电耗抬升

槽帮热场不均→炉膛形状不规则→铝液界面波动→局部偏流、极距紊乱、电流效率下降。即便电流、电压、极距、炉底全部优化到位，热场不精准管控，节电效果依然无法锁定、无法固化。电解质温度受影响因素多、变化快，是影响炉帮、炉膛内型的关键因素，随时掌握温度变化并及时调整，才能保证良好炉帮形态。

5 高温粉尘强腐蚀工况，长期在线测温属于行业工程难题

电解车间侧壁高温辐射、氟化氢腐蚀、粉尘堆积、磁场干扰、槽体热形变剧烈，普通热电偶、红外测温、传感探头极易积灰失效、温漂严重、数据失真。已有研究采用光纤光栅测温技术构建槽壳温度实时监测系统，低温段测温误差在-0.7~+1.3℃之间，高温段误差在-3.2~+4.8℃之间，说明技术可行但精度仍有提升空间。行业尚无成熟、免维护、全天候、全域覆盖的懵温在线监测成套方案，属于共性卡脖子技术短板。

6 双碳与智能工厂缺"热平衡数据"闭环

能耗溯源、工艺数字孪生、绿色工厂评审、智能制造评级，均要求电参数+设备参数+热场参数三位一体。当前行业先进实践如云铝股份"绿铝云慧鉴"大模型，已将电解槽检测数据拓展到13类共518个，采集运行特征数据168个，构建了基于热平衡和物料平衡的区域特征智能优化控制模型。然而，槽帮侧壁温度作为热平衡最直接的外部表征，仍未被完整纳入全域在线感知体系，电解槽数字孪生模型不完整、热能耗无法量化、工艺优化无法闭环。

需解决的主要技术难题

1 电解槽侧壁极端工况长效温度感知硬件技术

攻克高粉尘、氟化氢腐蚀、长期高温辐射、磁场干扰环境下，低漂移、免清扫、长寿命侧壁温度传感阵列设计。解决传统设备积灰漂移、短期失效、维护量大的工程痛点。可基于已有光纤光栅测温技术经验进行工程化提升，同时探索分布式光纤传感、非接触式红外阵列等备选技术路线，实现适应槽壳温度全量程（实测100-384℃）的稳定采集。

2 槽体全域温度场重构算法

基于多点离散测温数据，通过插值拟合、热场矫正模型，重构整槽侧壁二维温度热力图，实现局部热点、冷点、温差带可视化定位。参照数字孪生思路，构建电解槽电-热仿真模型，结合物联网实时数据传输，实现槽壳温度场的动态可视化呈现。

3 炉帮结壳厚度反演智能模型

建立"侧壁温度-环境温度-槽龄-电流负荷-结壳厚度"多因子耦合模型。基于传热理论，炉帮厚度与侧壁温度、砌炉材料导热系数的关系可通过多层传热方程建模：d₃ = (T₄-T₁)/(T₅-T₄) × λ₃/λ₄-λ₃ × (d₁/λ₁+d₂/λ₂)。在此基础上引入大数据挖掘算法，建立电解质温度、过热度、槽壳侧壁温度与炉帮厚度的相关性数据库，实现无形参数数字化、炉帮状态在线反演。

4 热平衡异常分级预警与根因诊断技术

自动区分：正常温度波动、局部热堆积、结壳脱落、内衬侵蚀、保温失效、系统性热失衡。参照热平衡风向标指数方法，按指数区间划分预警区域，通过多参数数据联动分析实现精准热状态研判，实现化槽风险分级预警、工艺异常智能归因。

5 电-热多源数据融合节能优化算法

对接阳极电流、极距、炉底压降数据，构建电-热耦合智能调控模型，实现根据热场状态自动匹配最优工艺参数。借鉴铝电解槽柔性生产技术思路，通过动态调节散热功率与下料速率，使电解槽适应电流变化，维持温度稳定。最终固化节能工况、提升能量利用率。

期望实现的主要技术目标

1. 侧壁温度测量精度：低温段（≤200℃）≤±1.0℃，高温段（>200℃）≤±3.0℃（参考现有光纤光栅测温系统实测误差范围），全天候24h连续在线采集；

2. 设备工况适应性：适应车间腐蚀、粉尘、高温工况，连续稳定运行≥3000小时（约4个月），大幅降低维护频次；

3. 温度场可视化：实现整槽侧壁温度场二维热力图实时重构，局部热点定位精度≤20cm；

4. 炉帮结壳厚度反演：结壳厚度趋势判断准确率≥90%，或厚度反演平均绝对误差≤15mm；

5. 隐患预警能力：侧部化槽、内衬破损隐患提前7-15天预警，实现从"事后处置"到"事前预判"转变；

6. 节能效果：电解槽热平衡稳定性显著提升，无效散热损耗下降，在现有节能基础上吨铝电耗进一步降低15-40kWh；

7. 人力成本降低：大幅降低人工红外巡检测温频次，降低现场作业风险与劳动强度。

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