СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ АНОДНОГО КОЖУХА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК C25C3/20 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, и касается автоматизации подъема анодного кожуха в процессе электрохимического расхода самообжигающегося анода.

Известен способ управления положением анодной рубашки электролизера для получения алюминия, включающий перемещение рубашки относительно массы анода, отличающийся тем, что перемещения анодной рубашки осуществляют автоматически с частотой 1-10 раз в сутки на величину, соответствующую сгоревшей части анода [1].

Практика использования известного способа на отечественных алюминиевых заводах показывает, что невозможно исключить ручное вмешательство человека в операцию перемещения анодного кожуха, поскольку, как известно, скорость сгорания анода является величиной переменной, и нет методик, позволяющих точно определять эту величину, например за сутки.

Кроме этого, в электролизере накапливается катодный алюминий. Скорость подъема катодного металла также не является стабильной величиной и на разных электролизерах разная, что не учитывает известный способ.

Наконец, в процессе электролиза, в результате нестабильности перечисленных факторов, происходит изменение межполюсного расстояния (МПР) в обоих направлениях и осуществляется его программная автоматическая регулировка, что также приводит к текущим изменениям положения анодного кожуха относительно заданного.

Поэтому не удается правильно выбрать, согласно описанию известного способа, число перемещений анодного кожуха в сутки при заданной длительности одного перемещения, что приводит к значительным отклонениям положения кожуха от заданного в обоих направлениях во времени: либо к завышению, либо к занижению. То и другое вызывает нарушения технологического хода электролиза, такие как: избыточные поступления масс глинозема в электролит, разгерметизация пространства "анод-катод", выгорание боковой поверхности анода, застывание электролита в подколокольном пространстве газосборника и, как следствие, снижение эффективности газоотсоса от электролизера, снижение уровня электролита и срока службы газосборного укрытия.

При этом невозможно подобрать эффективный режим работы пробойников и дозаторов устройства АПГ, жестко смонтированных на кожухе, из-за нестабильной величины заглубления пробойников в электролит, связанной с нестабильным положением анодного кожуха.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение срока службы газосборного укрытия и производительности электролизера, снижение трудозатрат, расхода электроэнергии путем стабилизации технологических параметров электролиза.

Решение задачи достигается тем, что в способе автоматической стабилизации положения анодного кожуха относительно катода алюминиевого электролизера, включающем периодическое перемещение анодного кожуха относительно анодного массива вверх в автоматическом режиме, устанавливают анодный кожух в заданное положение относительно катода, при наличии электрического сигнала от датчика положения, характеризующего низкое положение анодного кожуха, включают приводы подъема анодного кожуха, которые отключают при исчезновении электрического сигнала от датчика положения.

Использование сигналов обратных связей о текущем положении анодного кожуха относительно катода в сравнении с заданным положением позволяет программно формировать управляющий сигнал привода перемещения анодного кожуха на точно заданную величину в точно заданный момент текущего времени.

Наиболее близким устройством для стабилизации положения анодного кожуха относительно катода алюминиевого электролизера является устройство для измерения перемещения анода алюминиевого электролизера, включающее электродвигатель, редуктор с шестернями и механизм вертикального перемещения анода, закрепленный на опорной металлоконструкции электролизера, снабженное концевым бесконтактным выключателем с индуктивным чувствительным элементом, закрепленным на кронштейне и жестко связанным с опорной металлоконструкцией электролизера, причем, шестерня редуктора дополнительно снабжена пластинками, установленными симметрично оси вращения и с зазором относительно чувствительного элемента бесконтактного выключателя [2].

Известному устройству присущи следующие недостатки:
1. Схема устройства сложная, состоит из большого количества элементов, что снижает надежность его работы.

2. Назначение концевого бесконтактного выключателя известного устройства и принцип его действия - выработка электромагнитных импульсов, количеством и с длительностью пропорциональных времени перемещения анода. Применение известного устройства для регулирования положения анодного кожуха путем определения времени перемещения невозможно в силу причин, изложенных в описании предлагаемого изобретения, поскольку техническая цель при решении стабилизации анодного кожуха - определение местонахождения анодного кожуха относительно заданного положения, что известное устройство определять не может в принципе.

Устройство для реализации способа автоматической стабилизации анодного кожуха алюминиевого электролизера, включающее нижний уровень управления электролизером, состоящий из контроллера управления, и верхний уровень системы управления электролизером, состоящий из сервера и персонального компьютера - рабочего места оператора, отличающееся от известных ранее тем, что контроллер управления электролизером электрически связан с одним или двумя электромеханическими датчиками обратных связей, например концевыми выключателями, жестко закрепленными на неподвижных элементах конструкции электролизера, например поддомкратной стойке, и приводящимися в действие рычагом, жестко закрепленным на анодном кожухе как подвижном элементе, и связан по выходу с электродвигателями приводов перемещения анодного кожуха.

Наличие датчиков обратных связей подвижного элемента (анодного кожуха) с неподвижным элементом электролизера (поддомкратной стойкой) через уровни АСУТП позволяет точно определять положение подвижного элемента относительно неподвижного и, тем самым, программно управлять этим положением.

На фиг.1, 2 представлена схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит нижний уровень 1 управления электролизером - контроллер управления системы "Siemens" и верхний уровень 2 системы управления электролизером, состоящий из сервера фирмы "SUN" и персонального компьютера. Контроллер 1 электрически связан с одним или двумя датчиками 3, 4 обратных связей. В качестве датчика 3, 4 может быть применен концевой выключатель электромеханического типа "Bernstein" 608.2186.027 ~ 300 В. Датчики 3, 4 жестко закреплены на поддомкратной стойке 5. Контроллер 1 по выходу связан с электродвигателями приводов перемещения анодного кожуха (на чертежах не показаны).

Включение и отключение контактных групп датчиков 3, 4 происходит при изменении положения наконечника 6 рычага 7, оборудованного регулировочным устройством с возможностью регулировки положения рычага 7 в вертикальном направлении и жестко закрепленного на анодном кожухе 8 со смонтированным в его нижней части газосборным колоколом.

В качестве датчиков 3, 4 обратных связей могут быть применены фотоэлемент, лазерный, индуктивный элемент или другие аналогичные приборы.

Устройство работает следующим образом: при установившемся электролитическом процессе на алюминиевом электролизере с самообжигающимся анодом монтируют устройство (фиг.1). Выставляют анодный кожух 8 на заданную высоту Н по отношению к катоду 9 и выставляют рычаг 7 регулировочного устройства по высоте таким образом, чтобы наконечник 6 рычага 7 не производил нажатием замыкание контактов датчиков 3, 4. Данным образом фиксируется заданное положение анодного кожуха 8 относительно катода 9, что соответствует сигналу "кожух в норме", отраженному в программном обеспечении сервера верхнего уровня 2.

В ходе электролиза, при электрохимическом расходовании анода в процессе поддержания заданного МПР, происходит опускание анодного кожуха 8 вместе с анодом относительно неподвижного катода 9. При этом наконечник 6 рычага 7 замыкает контакты верхнего датчика 3 и появляется электрический сигнал в контроллере 1, который воспринимается программой как сигнал "кожух низко".

Контроллер 1 формирует команду на электропривод анодного кожуха "кожух вверх" по заданной программе, производят подъем анодного кожуха в автоматическом режиме до исчезновения сигнала "кожух низко" и появления сигнала "кожух в норме", то есть до восстановления заданного положения анодного кожуха 8 относительно катода 9.

В случае, когда анодный кожух 8 в ходе электролиза окажется по каким-то причинам выше заданного, наконечник 6 замкнет контакты нижнего датчика 4, в контроллере 1 появится электрический сигнал "кожух высоко". При наличии сигнала "кожух высоко" вводят программный запрет на подъем анодного кожуха до исчезновения "кожух высоко" или до появления "кожух низко".

При наличии одного датчика 3 обратных связей (фиг.2) сигнал "кожух высоко" не формируется, и управление положением анодного кожуха 8 относительно катода 9 производят с использованием только двух программных сигналов - "кожух низко" и "кожух в норме".

Пример реализации способа
На промышленных электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом силой тока 157 кА типа С8БМ монтируют устройство на опытных электролизерах А, В.

При установившемся процессе электролиза анодный кожух 8 устанавливают на заданную высоту (Н) по отношению к катоду 9, выставляют рычаг 7 таким образом, чтобы наконечник 6 не производил нажатие контактов датчиков 3, 4. Последние подключают электрически к контроллеру 1 нижнего уровня управления и включают программу управления. Сбор данных, их обработку и выдачу управляющих сигналов на приводы формируют в верхнем уровне 2 управления электролизером.

В ходе электролиза происходит сгорание нижней части анода, накопление и выливка катодного алюминия, регулировка МПР и подъем анодного кожуха согласно заданной программе с использованием сигналов обратных связей о положении анодного кожуха и полученных на нижний уровень от датчиков 3, 4 в результате опускания кожуха 8 вместе с анодом.

На электролизере - свидетеле аналогичного типа ведут подъем анодного кожуха по известному способу [1] без использования элементов обратных связей о положении кожуха, с использованием аналогичной системотехники верхнего и нижнего уровней управления.

Исходные данные, параметры программного управления АСУТП электролиза на опытных электролизерах А, В и электролизере-свидетеле, осредненные результаты испытаний в течение 6 месяцев отражены в таблице.

Из полученных результатов следует:
1. Операции ручного вмешательства на опытных электролизерах отсутствуют. Наличие ручного вмешательства на электролизере "А" обусловлено неконтролируемой верхней границей подъема кожуха и выражается в ручном отключении приводов кожуха.

Большое количество ручных операций на электролизере-свидетеле обусловлено неконтролируемыми границами верхнего и нижнего пределов положения анодного кожуха при наличии программного автоматического управления приводом подъема кожуха.

Как следствие, максимальная величина отклонения положения кожуха от заданного на опытных электролизерах в 4 раза меньше и составляет 20-24 мм, что при заданном расстоянии "колокол-электролит", равном 100-120 мм, является практически нормой и не может привести к забиванию подколо-кольного пространства электролитом (п.2.4 таблицы).

2. Нахождение анодного кожуха (колокольного газосборника) в заданном положении исключает изменение уровня электролита вследствие перехода его части в твердое состояние (п. 2.5). Наличие обратных связей и появление сигнала "кожух низко" на опытных электролизерах позволяет оперативно устранять это положение программным путем, не позволяя анодному кожуху находиться в состоянии отклонения от заданного (п.2.6). Отсюда, стабильный температурный режим газосборного колокола исключает разрушение секций колокола (п.2.15) и стабилизирует процесс газоотсоса и дожига анодных газов (п. 2.16). На электролизере-свидетеле нахождение колокольного газосборника в положении "кожух низко" в течение 5,4 ч с величиной отклонения 72-87% от заданного приводит к ухудшению технико-экономических показателей (п.2.14-2.16).

3. Стабилизация положения анодного кожуха (колокольного газосборника) опытных электролизеров снизила колебание уровня электролита примерно в 10 раз, припекание кожуха к аноду примерно в 8 раз, исключила попадание электролита в подколокольное пространство (п.2.7 и п.2.10).

4. Результатами стабилизации положения анодного кожуха (газосборного колокола) и, как следствие, других параметров электролиза являются увеличение производительности опытных электролизеров в среднем на 9-11 кг А1 в сутки, существенное улучшение сортности катодного алюминия (п.2.8 и п.2.9).

Соблюдение правильного режима подъема и стабильного температурного режима анодного кожуха позволяет устранить такое вредное явление, как припекание кожуха к аноду (п.2.10), что, в свою очередь, существенно снижает выход угольной пены и расход анодной массы (п.2.11 и п.2.12), а также расход электроэнергии на 200-210 кВтч/тА1, связанный, в данном случае, с технологическими операциями по восстановлению уровня электролита, снятию угольной пены и подтягиванию глиноземного осадка (п.2.13).

Таким образом, внедрение предлагаемого технического решения позволяет увеличить срок службы газосборного укрытия, производительность электролизера, снизить трудозатраты и расход электроэнергии.

Дополнительным эффектом от внедрения изобретения следует считать снижение расхода анодной массы и улучшение сортности катодного алюминия.

Реализация предлагаемого технического решения позволяет также стабилизировать процесс поступления порции глинозема в электролит и улучшить условия его растворения в режиме АПГ при монтаже устройства АПГ на анодном кожухе.

Источники информации
1. Aвторское свидетельство СССР 618453, МКИ² С 25 С 3/20, БИ 29, 1978.

2. Aвторское свидетельство СССР 827603, МКИ³ С 25 С 3/20, БИ 17, 1981.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, и содержит способ автоматизации подъема анодного кожуха в процессе электрохимического расхода самообжигающегося анода алюминиевого электролизера и устройство для его осуществления. Устанавливают анодный кожух в заданное положение, при наличии электрического сигнала с датчика положения, характеризующего низкое положение анодного кожуха, включают приводы подъема анодного кожуха, которые отключают при исчезновении электрического сигнала с датчика положения. Устройство для реализации способа автоматической стабилизации анодного кожуха алюминиевого электролизера включает нижний уровень системы управления электролизером - контроллер и верхний уровень управления - сервер и персональный компьютер. Контроллер электрически связан с одним или двумя датчиками обратных связей, жестко закрепленными на неподвижных элементах конструкции электролизера и приводящимися в действие рычагом, жестко закрепленным на анодном кожухе как подвижном элементе. На выходе контроллер связан с электродвигателями приводов перемещения анодного кожуха. Изобретение позволяет увеличить срок службы газосборного укрытия и производительность электролизера, снизить трудозатраты и расход электроэнергии путем стабилизации технологических параметров электролиза. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ автоматической стабилизации положения анодного кожуха относительно катода алюминиевого электролизера, включающий периодическое перемещение анодного кожуха относительно анодного массива вверх в автоматическом режиме, отличающийся тем, что устанавливают анодный кожух в заданное положение, при наличии электрического сигнала от датчика положения, характеризующего низкое положение анодного кожуха, включают приводы подъема анодного кожуха, которые отключают при исчезновении электрического сигнала от датчика положения. 2. Устройство автоматической стабилизации анодного кожуха алюминиевого электролизера, включающее контроллер управления нижнего уровня управления электролизером и сервер с персональным компьютером верхнего уровня управления электролизером, отличающееся тем, что контроллер электрически связан с одним или двумя датчиками обратных связей, жестко закрепленными на неподвижных элементах конструкции электролизера и приводящимися в действие рычагом, жестко закрепленным на анодном кожухе, и связан с электродвигателями приводов перемещения анодного кожуха.