СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ СЕРИИ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ Российский патент 1997 года по МПК C25C3/20 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к регулированию тока на серии алюминиевых электролизеров при электролитическом производстве алюминия из криолит-глиноземных расплавов.

Известен способ регулирования тока серии, включающий изменение напряжения, подаваемого на серию электролизеров при отклонении тока I(t) серии от заданного по технологии среднего значения I_ср.. Ток регулируется по среднему его значению, когда напряжение, подаваемое на серию, изменяется таким образом, чтобы выдержать переданные ампер-часы (заданный средний ток) за установленные промежутки времени (1 2 ч) независимо от того, ведется ли технология согласно установленного технического регламента или нет. При регулировании тока по данному способу не придается значения величине максимального тока серии, т.к. главным является выдерживание среднего тока (переданных ампер-часов) за установленные промежутки времени 1 2 ч. В результате кривая тока на диаграмме имеет волнообразный характер с большими значениями тока, необходимыми для выдерживания среднего тока в установленные промежутки времени.

Основным недостатком данного способа является допущение работы серии с большими максимальными значениями тока, что приводит к повышенной циркуляции расплава и, как следствие, к снижению срока службы электролизера, повышенному расходу сырья, к снижению выхода металла по току.

Известен способ регулирования тока серии алюминиевых электролизеров, включающий изменение напряжения, подаваемого на серию электролизеров при отклонении тока I(t) серии от заданного по технологии среднего значения (I_ср.), в котором дополнительно определяют величину базового тока (I_б) в зависимости от среднего количества, величины напряжения и продолжительности анодных эффектов на электролизерах серии, а напряжение на серии дополнительно изменяют из условия I(t) <I_б, причем I_ср < I_б. Причем базовый ток определяется по математическому выражению:

где 24I_ср суточные ампер-часы;
N число электролизеров серии;
f количество анодных эффектов на один электролизер за 24 ч;
t продолжительность во времени одного анодного эффекта;
U_а.э. среднее напряжение на электролизере при наличии на нем анодного эффекта;
U_э напряжение на элетролизере при отсутствии на нем анодного эффекта;
e противоЭДС электролизера авт.св. N 1790634, кл. C 25 C 3/20.

Известный способ по технической сущности и наличию сходных признаков принят за прототип.

Суть способа заключается в том, что путем ограничения тока на уровне прогнозируемого базового значения добиваются кривой тока (на диаграмме), на которой от установленного базового уровня идут периодические снижения тока, вызванные анодными эффектами. Это позволяет выбрать необходимое количество килоампер-часов при меньшем разбросе тока за счет его ограничения сверху базовым уровнем.

При этом чем выше частота и длительность анодных эффектов, тем выше величина базового уровня, при отсутствии анодных эффектов базовый ток равен среднему току серии, т. е. потеря тока за счет "провалов" при анодных эффектах компенсируется за счет подъема базового уровня.

Основной недостаток известного способа заключается в том, что прогнозирование базового уровня по результатам (средним показателям работы серии) за предыдущий период. Возникающие анодные эффекты носят случайный характер, обусловленный наличием многих факторов, что в конечном итоге ведет к недостаточно корректному расчету величины базового тока, а следовательно, и к недостаточно эффективному регулированию тока серии. Кроме того, расчетная формула величины базового тока не учитывает других случайных факторов, возникающих в ходе технологического процесса. Это кратковременные остановки серии, "разрыва" серии, занижение питающего тока, например, при переборе мощности в часы "пик". Подобные факторы прогнозировать невозможно, но они не в меньшей степени, чем анодные эффекты, снижают ток, т.е. оказывают в данном случае существенное влияние на выбор базового тока, а следовательно, и на весь процесс управления и регулирования.

Другим недостатком способа является то, что не ограничиваются колебания тока "вниз". Если "сверху" колебания тока I(τ) ограничиваются уровнем базового тока I_б, то колебания тока "вниз" не ограничиваются и вследствие этого даже при выдерживании лимита требуемых ампер-часов и среднего за сутки тока значение тока серии I(τ) имеет значительные колебания (от I_б до значения тока при анодном эффекте). Эти падения тока компенсируются повышением значения I_б выше среднесуточного, что ведет к повышенному расходу сырья, удельному расходу электроэнергии и снижает выход металла по току.

Для устранения вышеуказанных недостатков, повышения эффективности управления и для повышения технико-экономических показателей процесса электролиза в способе управления током серии алюминиевых электролизеров, включающем изменение напряжения, подаваемого на серию электролизеров при отклонении текущего значения тока серии I(τ) от заданного базового значения тока I_з.б. в направлении, соответствующем знаку разницы I_з.б.-I(τ), заданное базовое значение текущего тока корректируют в процессе управления в зависимости от суточного лимита тока, количества выбранных с начала суток ампер-часов и времени, причем заданное базовое значение тока серии определяют по математическому выражению:

где I_ср заданное по технологии среднее значение текущего тока серии, кА;
24 количество часов в сутках, ч;
I(τ) текущее значение тока серии, кА;
(τ_i) время задания базового тока, ч,
а ступенчатое изменение напряжения на серии производят при условии
где
A величина изменения тока при изменении напряжения на одну ступень.

Если ΔI_i>0,, переключают на одну ступень "вверх", если ΔI_i<0,, то переключают на одну ступень "вниз".

Техническая сущность предлагаемого способа управления током серии алюминиевых электролизеров заключается в том, что задаваемое базовое значение текущего тока непрерывно корректируется в зависимости от выбранных с начала суток ампер-часов, текущего тока серии, времени суток, т.е. практически учитываются любые изменения тока по ходу технологического процесса, в том числе и вызванные случайными трудно прогнозируемыми факторами. Кроме того, мгновенное ступенчатое изменение напряжения (например, с помощью переключающих устройств трансформатора) при случайных резких скачках тока "вверх-вниз" также способствует повышению эффективности процесса управления. Предлагаемый способ обеспечивает минимальные колебания тока относительно его среднего значения, что благотворно сказывается на технико-экономических показателях процесса электролиза. По сравнению с прототипом и другими известными способами управления током серии электролизеров предлагаемый способ обеспечивает более точное регулирование и, как следствие, более высокие технико-экономические показатели процесса.

На чертеже представлен упрощенный вариант блок-схемы.

Способ реализуется следующим образом.

Текущий ток серии с выхода трансформатора 1 подается к электролизерам 2 и контролируется измерителем тока 3. С измерителя тока 3 сигнал о величине тока (I(τ)) подается на блок расчета базового тока () 4. Сюда же с пульта оператора 5 вводится величина, соответствующая суточному лимиту тока. В блоке 4 производится расчет базового тока. Сигнал о величине базового тока с выхода блока 4 поступает на блок сравнения 6. Сюда же с измерителя тока 8 поступает сигнал о величине текущего тока серии. В блоке 6 производится расчет величины ΔI_i С выхода блока 6 сигнал о величине ΔI_i поступает на блок управления 7, в котором производится анализ величины ΔI_i. Сюда же с пульта оператора 5 вводится величина A, соответствующая изменению тока при переключении трансформатора 1 на одну ступень. При с блока управления 7 на переключающее устройство трансформатора 1 выдается управляющий сигнал, при котором, если ΔI_i>0, то трансформатор переключается на одну ступень "вверх" и при этом напряжение серии увеличивается, увеличивается и ток серии. Если ΔI_i<0, то трансформатор переключается на одну ступень "вниз" и при этом напряжение серии уменьшается, уменьшается и ток серии.

Таким образом осуществляется автоматическое управление током серии.

Пример 1. Для серии электролизеров 160 кА суточный лимит тока составляет 3840 кАч.

Примем τ_i8 ч.

Величину интеграла, расчитанную к 8 ч, получаем, например, равную 1270 кАч.

Рассчитываем по формуле (1) величину базового тока на 8 ч.

Теперь, если до конца суток снижений тока не будет и ток серии будет равен базовому (160,6 кА), то величина интеграла на "ноль" часов будет равна 1270 + 160,6 • 16 3840 кАч, что соответствует суточному лимиту тока. Средний за сутки ток составит 3840 24 160 кА, что соответствует заданному технологическому режиму.

Пример 2. Рассчитываем базовый ток по примеру 1. Если в этот момент (8 ч) при величине базового тока 160,6 кА возникает анодный эффект, а ток серии I(τ) начал падать и разница составила, например, 2,5 кА и стала больше некой заданной величины A, то в этот момент производится переключение трансформатора на одну ступень в сторону увеличению напряжения. Напряжение серии увеличивается, дальнейшее падение тока прекращается. Таким образом, падение тока скомпенсировано увеличением напряжения серии. После прекращения анодного эффекта напряжение уменьшается на одну ступень и токовый режим восстанавливается. В этом случае также сохраняется выбор суточного лимита тока и средний за сутки ток, соответствует заданному технологическому.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к регулированию тока на серии алюминиевых электролизеров при электролитическом производстве алюминия из криолит-глиноземных расплавов. Сущность: способ управления током серии алюминиевых электролизеров, включающий изменение напряжения, подаваемого на серию электролизеров при отклонении текущего значения тока серии I(τ) от заданного базового значения тока I_з.б. в направлении, соответствующем знаку разницы I_з.б.-I(τ), отличается тем, что заданное базовое значение текущего тока корректируют в процессе управления в зависимости от суточного лимита тока, количества выбранных с начала суток ампер-часов и времени, причем заданное базовое значение тока серии определяют по математическому выражению:

где I_ср - заданное по технологии среднее значение текущего тока серии, кА;
24 - количество часов в сутках, ч;
I(τ) - текущее значение тока серии, кА;
τ_i - время задания базового тока, ч. 1 ил.

Способ управления током серии алюминиевых электролизеров, включающий изменение напряжения, подаваемого на серию электролизеров при отклонении текущего значения тока серии I(τ) от заданного базового значения тока I_з . б в направлении, соответствующем знаку разницы I_з . б I(τ), отличающийся тем, что заданное базовое значение текущего тока корректируют в процессе управления в зависимости от суточного лимита тока, количества выбранных с начала суток амперчасов и времени, причем заданное базовое значение тока серии определяют по математическому выражению

где I_с р заданное по технологии среднее значение текущего тока серии, кА;
24 количество часов в сутках;
I(τ) - текущее значение тока серии, кА;
τ_i - время задания базового тока, ч.