行业领域

新一代信息技术产业,高端装备制造产业,智能制造装备产业

需求背景

500kA大型电解铝产线阴极钢棒、钢窗口、槽底板（简称"三钢"）温度是判断阴极钢棒熔蚀、侧部炉帮消融、槽底板内衬击穿及漏槽事故的核心前置特征。当前行业普遍存在以下痛点：

人工巡检局限大

三钢测温主要依靠操作工每日或隔日手持红外枪抽查重点钢棒、窗口点位，无法实现每根阴极钢棒、全槽钢窗、槽底板全覆盖连续采集，仅能获取离散静态点数据，无法捕捉换极、负荷波动、昼夜温差带来的温度渐变趋势，阴极钢棒熔蚀、侧部炭块冲蚀等早期隐患发现滞后。

安全风险突出

槽底空间低矮狭小、高温辐射、强交变直流磁场、掉落高温氧化铝渣块，人工近距离测温存在烫伤、触电、粉尘灼伤隐患。手持红外受粉尘遮挡、磁场干扰、测量角度影响，同一点位温差可达数十摄氏度，微小温升隐患极易漏判。

数据割裂严重

三钢温度与炉底压降、槽帮懵温数据割裂，无法耦合研判槽底病灶。炉底压降反映整体阴极导电劣化，槽帮懵温反映侧部热平衡，三钢温度反映局部单根钢棒、单区域内衬破损，三套温度参数独立无联动模型。总槽电压升高、炉底压降上涨时，无法精准区分故障是单根钢棒腐蚀、局部侧部无炉帮、还是底板整体内衬失效。

现有在线方案尚不成熟

市面虽有无线测温模块、分布式光纤、巡检机器人等探索性方案，但在测温精度方面现有系统绝对误差约11摄氏度，远高于安全生产所需的±1摄氏度要求；长期可靠性方面存在年温漂大、电池续航短、维护频繁等问题；多参数融合诊断能力欠缺；免维护工程化部署方面仍有明显短板。

1.2 建设目标

构建覆盖阴极钢棒、钢窗口、槽底板的全域温度在线监测系统，实现三钢温度二十四小时不间断连续采集，测温误差不超过正负1摄氏度，内衬破损及漏槽隐患提前7至15天预警，故障定位准确率不低于94%，实现三钢温度与炉底压降、槽帮懵温多参数耦合诊断，彻底取消人工高频巡检，消除槽底作业安全隐患。

需解决的主要技术难题

1 耐高温抗磁分布式测温硬件研发

技术难点

槽底长期300-400摄氏度高温、千高斯级强直流磁场干扰、氟化氢酸性粉尘腐蚀、高温废渣冲击等极端工况并存，传统热电偶及热电阻方案易受磁场干扰，温漂严重。

性能目标设定为

• 测温量程：0-600摄氏度

• 测量综合误差：≤±1摄氏度（优于现有系统11摄氏度误差水平）

• 耐受长期350摄氏度高温

• 抗1000高斯强直流磁场

• 单采集终端支持≥32通道同步测温

• 年温漂＜0.8摄氏度

2 不停产无损快速安装工艺

技术难点

槽底无法大面积停机拆装，需在不破坏槽体原有结构前提下完成测点部署。

攻关方向

研发耐高温自锁式无磁夹具、窄空间微型采集终端。单槽全域测点安装总时长不超过8小时。

3 三钢温度时序自适应基线滤波算法

技术难点

需区分负荷升降、昼夜温差、换极作业带来的正常温度波动与钢棒腐蚀、内衬破损异常温升。

攻关方向

建立分槽龄、分负荷动态基准温度模型，采用自适应滤波算法降低误报警率与漏报警率。

4 多热参数耦合故障诊断模型

技术难点

三钢温度、炉底压降、槽帮懵温三类参数独立无联动，无法精准区分故障类型。

攻关方向

融合三类温度数据与炉底压降电气参数，自动定位故障区域，区分单钢棒熔蚀、侧部钢窗无炉帮、底板内衬击穿、炉底沉淀堆积等不同故障类型。基于多模态数据融合与深度学习模型实现内衬健康状态连续评估。

5 低成本全域测温成套系统产业化适配

攻关方向

优化传感封装、低功耗无线组网、边缘端集成架构。开发标准化数据接口，无缝对接槽控系统、能源管理平台、安全监控平台。支持数据本地存储加云端远程查询。

期望实现的主要技术目标

1 硬件性能指标

• 测温量程：0-600摄氏度

• 测量综合误差：≤±1摄氏度

• 采集频率：≥每5分钟一次，24小时连续采集

• 耐温能力：长期350摄氏度

• 抗磁能力：≥1000高斯

• 单终端通道数：≥32通道

• 无故障运行时间：≥3000小时

• 年温漂：＜0.8摄氏度

• 单槽安装总时长：≤8小时

2 软件算法指标

• 隐患预警提前量：7-15天

• 故障定位准确率：≥94%

• 报警覆盖率达到：100%

• 误报警率：控制在行业领先水平

预期效益

1 安全效益

• 红窗、钢棒熔断、底部漏槽安全事故预警覆盖率达到100%

• 重大设备事故下降90%以上

• 彻底取消三钢人工高频巡检，消除槽底高温作业安全隐患

2 经济效益

• 槽底高温危险作业人力成本降低75%以上

• 延长电解槽整体使用寿命10%以上

• 吨铝综合电耗再降低10-35千瓦时

• 大幅减少停槽大修损失，单次漏槽停槽减产损失可达数百万元

3 管理效益

• 补齐电解槽全维度热场监测短板

• 建成电解铝电、料、热全维度数字化监测体系

• 满足绿色工厂、安全监管、能耗双控、碳足迹溯源数字化评审要求