一种电解槽除杂系统、控制方法及相关设备与流程

本说明书涉及电解槽控制领域，更具体地说，本技术涉及一种电解槽除杂系统、控制方法及相关设备。

背景技术：

1、电解作为一种重要的电化学工艺,在有色金属冶炼和化工生产中有着广泛的应用。例如,铝、铜、镍、锌等有色金属常采用熔盐电解或水溶液电解进行提取；氯碱工业使用离子膜电解法生产氯气和烧碱；电解水可产生高纯氢气等。电解工艺在这些领域发挥着关键作用。

2、然而,在电解过程中往往会产生大量气体和固体杂质,对整个工艺造成严重影响。具体来说，阴极析出反应和阳极溶解反应会释放出二氧化碳等气体,形成气泡扩散在电解液中。电解液在长期循环使用中,会逐渐富集悬浮颗粒、金属氧化物等各种杂质。

3、目前,电解槽除杂主要依赖以下几种方式，人工使用简单工具如刷子、抓斗等对电解液进行物理清理,效率低下且存在安全隐患。停止电解,对整个系统进行全面清洗维护,造成生产中断和经济损失。其他辅助手段。如注入惰性气体冲刷、化学药剂处理等,效果有限且增加了二次污染。

4、这些现有技术自动化程度低、成本高、效果差、无法根治等问题已无法满足现代电解生产需求。

技术实现思路

1、在技术实现要素：部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本技术的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、第一方面，本技术提出一种电解槽除杂系统，包括：

3、声波传感器阵列单元，上述声波传感器阵列单元包括多个声波传感器，每个上述声波传感器与电解槽的侧壁面连接，每个上述声波传感器用于测量电解槽内的声波信息，上述声波信号包括除杂声波信息和气泡杂质信息；

4、智能控制单元，上述智能控制单元用于根据上述声波传感器阵列单元测量到的上述声波信息生成控制信号；

5、声波发生阵列单元，上述声波发生阵列单元包括多个声波发生器，每个上述声波发生器与上述电解槽的侧壁面连接，每个声波发生器基于上述控制信号发出除杂声波；

6、气泡杂质收集单元，上述气泡杂质与上述电解槽的侧壁连接，上述气泡杂质收集单元用于收集气泡杂质。

7、在一种可行的实施方式中，每两个上述声波发生器的阵元间距d由下式确定：

8、d＝(2n-1)λ/2

9、其中，d为阵元间距,n为正整数,λ为声波波长；

10、相邻的两个上述声波传感器的频率不同。

11、在一种可行的实施方式中，在上述电解槽为圆柱形电解槽的情况下，上述多个声波传感器分布在多个不同的等高面上，同一等高面上的多个声波传感器等角度间隔设置，不同等高面上的声波传感器的安装位置在高度方向上的投影无交叠。

12、在一种可行的实施方式中，在上述电解槽为方形槽的情况下，多个声波传感器从底部沿槽壁呈螺旋状逐渐向上分布，每个声波传感器质检高度呈等差数列递增，相邻的上述声波传感器在空间上形成固定夹角。

13、在一种可行的实施方式中，上述电解槽底部倾斜设置，靠近上述气泡杂质收集单元的底面高度低于其他区域底面高度；和/或，

14、上述电解槽侧面设置有吸声材料；和/或，

15、上述声波发生器的电级表面微纹理处理。

16、第二方面、本技术提出一种控制方法，用于第一方面所述的电解槽除杂系统，包括：

17、控制上述声波传感器阵列单元收集上述声波信息，并将上述声波信息发送至上述智能控制单元；

18、控制上述智能控制单元的目标神经网络模型识别上述声波信息，以获取气泡杂质空间分布信息；

19、控制上述智能控制单元根据上述气泡杂质空间分布信息进行声场模拟操作和参数寻优操作，以确定声波参数组合；

20、控制上述智能控制单元根据上述声波参数组合生成控制信号，并将上述控制信号发送至上述声波发生阵列单元；

21、控制上述声波发生阵列单元的每个声波发生器根据上述控制信号生成除杂声波，以使上述气泡杂质在上述除杂声波的驱动下进入上述气泡杂质收集单元。

22、在一种可行的实施方式中，上述控制上述智能控制单元的目标神经网络模型识别上述声波信息，以获取气泡杂质空间分布信息，包括：

23、根据上述声波信息生成声学图像；

24、对上述声学图像进行去噪、增强、归一化处理，以获取预处理图像；

25、对上述预处理图像进行特征提取，以获取声学特征信息；

26、基于上述声学特征信息生成候选区；

27、对上述候选取进行语义分割操作，以获取气泡杂质轮廓信息；

28、上述气泡杂质轮廓信息反投影至三维空间并结合声波飞行时间信息，以获取气泡杂质空间分布信息。

29、在一种可行的实施方式中，上述控制上述智能控制单元根据上述气泡杂质空间分布信息进行声场模拟操作和参数寻优操作，以确定声波参数组合，包括：

30、建立电解槽内部声场的物理模型；

31、确定控制方程，其中上述控制方程包括波动方程边界条件和初始条件的影响；

32、对求解域进行离散化，生成非结构化四面体网格；

33、采用galerkin有限元法将波动方程离散为代数方程组,并使用newmark-β等时间积分格式；

34、利用krylov子空间法对上述代数方程组进行迭代求解,得到声压分布；

35、对计算结果进行可视化显示,生成声压云图和等值面图，以直观展示声场分布；

36、将识别出的气泡杂质分布输入上述声场模型，通过参数扫描和迭代优化，寻找使气泡运动轨迹最优的声波参数组合。

37、第三方面，一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在上述存储器中并可在上述处理器上运行的计算机程序，上述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如上述的第二方面任一项的控制方法的步骤。

38、第四方面，本技术还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现第二方面任一项的控制方法的步骤。

39、综上，本技术实施例的电解槽除杂系统包括：声波传感器阵列单元，上述声波传感器阵列单元包括多个声波传感器，每个上述声波传感器与电解槽的侧壁面连接，每个上述声波传感器用于测量电解槽内的声波信息，上述声波信号包括除杂声波信息和气泡杂质信息；智能控制单元，上述智能控制单元用于根据上述声波传感器阵列单元测量到的上述声波信息生成控制信号；声波发生阵列单元，上述声波发生阵列单元包括多个声波发生器，每个上述声波发生器与上述电解槽的侧壁面连接，每个声波发生器基于上述控制信号发出除杂声波；气泡杂质收集单元，上述气泡杂质与上述电解槽的侧壁连接，上述气泡杂质收集单元用于收集气泡杂质。本技术实施例提出的电解槽除杂系统通过智能控制单元自动分析声波信息并调整声波发生阵列的工作，显著提高了杂质管理的自动化程度和效率，减少了对人工干预的依赖。传统方法中需要定期停机进行电解槽的清理和维护，而本技术的实时杂质管理系统可以在电解过程中连续工作，大大减少了因清洁和维护而停机的时间，提高了生产效率。本技术提出的电解槽除杂系统可以减少人工清洁成本、停机时间以及提高电解效率，整体生产成本得到有效控制和降低。同时，能够减少电解液中的杂质，进而提高电解过程的稳定性和产品的纯度，从而提高产品质量。相比于化学药剂处理等可能产生二次污染的方法，声波除杂技术是一种更加环保的方法，减少了化学物质的使用和排放。本技术提供了一种高效、环保且成本效益高的电解槽杂质管理解决方案，显著改善了电解生产的工艺条件，具有广泛的应用前景。

40、本技术提出的电解槽除杂系统和控制方法，本技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。