Настоящее изобретение относится к способу управления подачей оксида алюминия в электролитические ячейки для получения алюминия, основанному на измерении электрического сопротивления между электродами электролитической печи, величина которого регистрируется через фиксированные интервалы времени.
Известные алгоритмы управления для точечной (т.е. локализованной в определенных местах ввода) подачи исходного сырья основаны на принципе идеального соответствия между сопротивлением ячейки и концентрацией оксида, представленного U-образной кривой, на которой концентрация откладывается по оси х, а сопротивление ячейки - по оси у. Рассмотрим верхнюю кривую на фиг. 1. Нижняя часть кривой обычно соответствует концентрации оксида, равной 4%. Такой алгоритм управления состоит в управлении ячейкой посредством сохранения низкого значения концентрации - ниже 4%. В этой области сопротивление ячейки увеличивается с уменьшением концентрации и, наоборот, уменьшается с увеличением концентрации. На практике это может осуществляться таким образом, что, если измерение сопротивления ячейки дает, например, величину, соответствующую концентрации оксида 2%, в ячейку может подаваться избыточное количество оксида, вследствие чего концентрация оксида в ванне увеличивается. Через некоторый промежуток времени, обычно 30-60 минут, концентрация оксида в обычном случае составит приблизительно 3%, и сопротивление ячейки уменьшится. В дальнейшем в ячейку подают недостаточное количество оксида, так что концентрация снова падает. Когда концентрация оксида снова составит 2%, может быть начат новый период избыточной подачи. При использовании этого алгоритма управления осуществляют возбуждение ячейки по концентрации оксида, для того чтобы получить сигнал в виде сопротивления ячейки, который используется для управления концентрацией оксида в ванне для данной ячейки на относительно низком уровне. Термин "R-сигнал" будет использоваться далее для обозначения сопротивления ячейки в периоды времени, окружающие моменты изменения скорости подачи. Термин "ускоренная подача" в дальнейшем обозначает избыточную подачу с фиксированной скоростью.
Определения:
U - период времени с недостаточной подачей
Н - период времени с ускоренной подачей
UH период - период времени U+Н
старт Н - момент времени запуска ускоренной подачи
старт U - момент времени запуска недостаточной подачи.
Если концентрация оксида в ванне становится достаточно низкой (приблизительно 1,8%), то имеет место так называемый анодный эффект. При анодном эффекте обычно немедленно возрастает напряжение приблизительно до 50 Вт. Этот эффект обычно продолжается приблизительно 5 мин. Для устранения анодного эффекта, как правило, необходимы специальные меры. Анодные эффекты могут быть желательными либо нежелательными. Одно из преимуществ технологии точечной подачи сырья состоит в том, что частота анодных эффектов может быть радикально уменьшена.
Подачей энергии в электролитическую ячейку можно управлять за счет регулировки положения анода в направлении вверх и вниз в периоды, когда отсутствует анодный эффект. Автоматическая регулировка основана на измерении омического сопротивления ячейки. Если измерение дает значение вне зоны нечувствительности вокруг эталонного значения сопротивления, проводится регулировка анода. Используются верхняя и нижняя зоны нечувствительности. Две нечувствительности и эталонное значение могут изменяться автоматически в зависимости от состояния ячейки.
Для того чтобы оптимизировать рабочие условия и повысить экономичность, является желательным сохранять низкую концентрацию оксида в ванне. Для того чтобы определить точку, которая соответствует концентрации оксида, приблизительно равной 2%, т.е. концентрации, которая обычно несколько превышает концентрацию, создаваемую за счет анодного эффекта в ячейке, используется изменение уровня сопротивления, например, на протяжении периода времени, предшествующего достижению этой точки, или же угловой коэффициент сопротивления вблизи этой точки. Угловой коэффициент сопротивления может быть определен на основе уравнения для прямой линии в системе координат х-у, т.е. у= ах+b, где а представляет собой угловой коэффициент. Алгоритм управления может быть основан на сочетании как изменения уровня сопротивления, так и углового коэффициента сопротивления. Решение о том, что точка достигнута, называется прогнозом (т.е. прогнозом анодного эффекта).
Проблема для известных способов предсказания состоит в том, что идеальное соотношение между сопротивлением и концентрацией, на котором основаны эти способы, может быть серьезно нарушено за счет других условий в ячейке - условий, которые влияют на изменение сопротивления с течением времени. Такие нарушения являются особенно большими в ячейках (электролизерах) Седерберга (Söderberg) и приводят ко многим ошибочным прогнозам. Ошибочные прогнозы представляют собой прогнозы, которые имеют место при относительно высоких концентрациях в ванне. Верные прогнозы представляют собой прогнозы, которые имеют место при достаточно низких концентрациях оксида в ванне.
Примером нарушения является изменение сопротивления в связи с поглощением осадка оксида с поддона и с покрытия стенок. Поглощение осадка вызывает падение уровня металла с увеличением в результате этого сопротивления. Изменение сопротивления в единицу времени зависит от многих факторов, например, подачи энергии для разложения оксида, количества осадка в ячейке, химической и механической доступности к осадку, геометрии покрытия стенок, количества ванн и т.п. Механическая доступность в этом отношении включает, в числе прочего, потоки жидкости в ванне и металле. Существенными являются пути потоков и физические скорости потоков.
Во всех электролитических ячейках для получения алюминия концентрация оксида в ванне всегда зависит от двух источников оксида: оксида, подаваемого в ванну извне, и оксида, образующегося в ванне изнутри. Оксид из внутреннего источника поступает из осадка с поддона и из покрытия стенок. В связи с тем, что подача оксида в ячейку осуществляется через спекшийся слой в ванне, находящийся у точек подачи (мест ввода) сырья, некоторая часть оксида может пройти через находящуюся в ванне фазу без разложения. Этот оксид становится осадком. Количество оксида, который становится осадком, зависит, помимо прочего, от концентрации оксида в ванне и локальной подачи энергии к порции оксида. Высокая концентрация и небольшое "превышение температуры" благоприятствуют образованию осадка. "Превышение температуры" обозначает разницу между температурой в ванне и температурой плавления содержимого ванны (температура ликвидуса). Два вышеупомянутых оксидных потока могут сильно изменяться в ячейке Седерберга с точечной подачей сырья. В ячейке с предварительным обжигом и с точечной подачей сырья обычно доминирует поток оксида от точек подачи сырья.
Если в ячейке имеется большое количество легко доступного осадка, высокая концентрация оксида в ванне может поддерживаться в течение длительного периода, когда происходит поглощение осадка. Осадок, который исчезает, часто приводит к увеличению сопротивления. Это увеличение сопротивления часто ведет к ошибочным прогнозам. Прогноз дает относительно высокую скорость подачи оксида через питатели (подающие механизмы) для определенного периода времени (избыточная подача). Таким образом, подается оксид, который постепенно образует новый осадок, концентрация оксида в ванне может оставаться высокой на протяжении длительного времени. Периоды высокой концентрации снижают экономичность процесса.
Другие переменные параметры в ячейке также могут приводить к ложным прогнозам, например, изменение температуры, изменение химического состава ванны и изменение формы покрытия стенок.
Другими примерами состояний, в которых известные способы управления не всегда работают оптимально, является период после проявления анодного эффекта, период после выпуска металла, период после осаждения на стенки или конечного осаждения, другие периоды с высокой концентрацией оксида в ванне, периоды с крайне низкой концентрацией оксида в ванне, периоды с высоким уровнем шума сопротивления в ячейках, периоды с высоким поглощением осадка и периоды с высокой температурой в ванне.
В отношении к вышеперечисленным состояниям известные алгоритмы управления будут характеризоваться в большей или меньшей степени ошибочными прогнозами и высокой концентрацией оксида, поскольку достаточно хорошее общее представление о концентрации оксида не является доступным ни в один момент времени. Ячейки Седерберга обычно в большей степени подвержены ошибочным прогнозам по сравнению с ячейками с предварительным обжигом.
Известен способ управления подачей оксида алюминия в электролитические ячейки для получения алюминия, описанный, например, в патенте Норвегии 166821 или в патенте Норвегии 172192. Кроме того известен способ управления подачей оксида алюминия в электролитические ячейки для получения алюминия, включающий измерение сопротивления между электродами электролитической ячейки, регистрацию значений сопротивления через фиксированные интервалы времени, оценку концентрации оксида алюминия в электролитической ячейке и подачу оксида алюминия в ячейку в недостаточном или избыточном количестве с фиксированной скоростью (ЕР 044794 С 25 С 3/20, 27.01.1982).
Задачей изобретения является разработать алгоритм управления подачей оксида алюминия в электролитические ячейки для получения алюминия, который может улучшить управление концентрацией оксида, чтобы повысить надежность прогнозов.
Эта задача решается в способе управления подачей оксида алюминия в электролитические ячейки для получения алюминия, включающем измерение сопротивления между электродами электролитической ячейки, регистрацию значений сопротивления через фиксированные интервалы времени, оценку концентрации оксида алюминия в электролитической ячейке и подачу оксида алюминия в ячейку в недостаточном или избыточном количестве с фиксированной скоростью, за счет того что для оценки концентрации выбирают момент времени Т на основе ряда значений сопротивлений, зарегистрированных непосредственно перед моментом времени Т, рассчитывают первую линию Е на основе ряда значений сопротивлений, зарегистрированных непосредственно после момента времени Т, рассчитывают вторую линию Y, рассчитывают угол β между линиями Е и Y для нескольких значений момента времени Т, для линий Е и Y определяют угловые коэффициенты на основе нескольких рассчитанных значений угла β и, при необходимости, углового коэффициента для прямой Y для ряда моментов времени Т, совпадающих с моментами измерений сопротивления, строят одну или несколько кривых, регистрируют значение амплитуды для кривой углов β и зарегистрированные значения сопротивления и полученные кривые сравнивают с моментами времени начала избыточной или недостаточной подачи.
Согласно предпочтительным формам выполнения управление используют для того, чтобы исключить концентрации, которые являются более низкими, чем заданное значение для предотвращения нежелательного анодного эффекта;
управление используют для обнаружения концентраций оксида, которые являются более высокими, чем заданное значение, с целью предотвращения нежелательно высокой концентрации оксида;
управление осуществляют для снижения количества осадка оксида в ячейке при слишком большом количестве осадка;
управление используют для обнаружения дисбаланса между подачей энергии и разложением оксида, подаваемого в ванну извне;
значения, регистрируемые в связи с управлением, используются для слежения за состоянием ячейки;
управление используют при управлении электролитической ячейкой, основанном на измерении электрического сопротивления.
Согласно изобретению сопротивление ячеек и происходящие процессы непрерывно отслеживаются (мониторинг). Это отслеживание осуществляется описанными методиками, чтобы избежать некорректной интерпретации измерений. В те периоды, когда известная схема управления может привести к нежелательному развитию вследствие некорректной интерпретации, подачей оксида в ячейку управляют с использованием алгоритмов фиксированной подачи оксида вне зависимости от сопротивления ячейки. В то же время им сопутствуют фиксированные алгоритмы для подачи энергии. Эти алгоритмы создаются таким образом, что ячейка достигает состояния, при котором как можно быстрее снова вводится известная схема управления. Алгоритмы определяются также таким образом, что на протяжении длительного периода они систематически противодействуют образованию осадка и ведут к сбору осадка.
Форма R-сигнала может быть зарегистрирована, например, следующим образом (см. фиг.2): β представляет собой угол между двумя прямыми линиями, где одна линия, а именно более ранняя линия Е, проведена через 10 точек на кривой сопротивления, что соответствует в данном случае периоду в 20 минут. Другая линия, а именно более поздняя линия Y, проведена через следующие 10 точек. Кривую значений β получают посредством продвижения линий на одно измерение вперед по времени, т.е. на 2 минуты. В дальнейшем по отношению к кривой β применяются термины "кривая β" и "кривая углов". Величина β и угловые коэффициенты для прямых Е и Y являются примерами так называемых UH-параметров. Соответствующее определение дано ниже.
Ниже способ описывается более подробно с использованием примеров выполнения и графиков, где:
на фиг.1 приведена кривая, показывающая зависимость сопротивления ячейки R от концентрации оксида в ванне;
на фиг. 2 на одном и том же графике приведены типичное изменение сопротивления R ячейки, связанная с ним кривая β и скорости подачи сырья для ячейки. Для кривой значений R проведено преобразование координат, так чтобы она могла быть построена на том же графике, что и кривая β;
на фиг. 3 показаны фундаментальные зависимости, которые найдены между кривой β, концентрацией оксида в ванне и скоростями подачи;
на фиг.4 приведена типичная кривая β до и после анодного эффекта, и
на фиг.5 приведена регистрация анодного эффекта.
В способе используется накопленная информация о форме кривой сопротивления за период времени, который включает период недостаточной подачи сырья и последующий период избыточной подачи сырья. Этот период дальше будет называться "период R-сигнала". При низких значениях концентрации оксида в ванне в идеальных условиях для кривой сопротивления при переходе от недостаточной подачи сырья к избыточной подаче имеет место отклонение вниз. При концентрациях, равных приблизительно 5% и выше, кривая отклоняется вверх. При концентрациях, близких приблизительно к 4%, отклонение кривой становится незначительным или отсутствует. К идеальным кривым добавляется влияние абсорбции осадка и других "возмущений" на R-сигнал. В ячейках Седерберга часто наблюдается, что такие эффекты ведут к тому, что R-сигнал вращается против часовой стрелки (см. фиг.1).
При низких концентрациях происходит разрыв R-сигнала, так что скорость его роста в связи с избыточной подачей сырья является более низкой, чем скорость роста в связи с недостаточной подачей сырья. При более высоких концентрациях разрыв R-сигнала является менее резким. Разрыв может даже полностью отсутствовать, иными словами, R-сигнал имеет характеристические формы, которые зависят от концентрации оксида в ванне.
Период R-сигнала может быть описан путем числового подбора подходящей математической функции, в дальнейшем называемой "UH-функция". UH-функция может быть, например, параболой. В этом способе используются две линии Е и Y (смотри данное выше определение β и фиг.2). Математическую функцию подгоняют к кривой сопротивления для фиксированного периода времени, составляющего от 30 до 60 минут. Функция однозначно описывается ее параметрами - UH-параметрами. В качестве UH-параметров выбираются β и угловой коэффициент для Y. Путем передвижения подогнанной функции вперед по времени на одно измерение получают новые значения для UH-параметров. Каждый отдельный UH-параметр может быть получен в виде изменяющейся со временем кривой. Параметры изменяются с изменением концентрации оксида в ванне. UH-параметры могут изменяться от ячейки к ячейке, даже если ячейки имеют одинаковые концентрации оксида в ванне. В одной и той же ячейке при фиксированном уровне концентрации оксида параметры могут также меняться со временем, однако это изменение является медленным. С использованием механизма подгонки данных может быть определено ожидаемое значение для UH-параметров ячейки, близких к концентрации, соответствующей анодному эффекту. Влияние любых операций регулирования анода на кривую сопротивления может быть исключено при помощи простых методик перед расчетом UH-параметров.
Для нахождения ожидаемых значений UH-параметров могут использоваться полученные опытным путем графики. Экспериментальные графики могут быть одними и теми же для нескольких ячеек. Экспериментальные графики могут быть также индивидуальными для каждой ячейки. Какой метод является наилучшим, зависит от однородности и стабильности всего набора рассматриваемых ячеек.
Концентрация оксида в ванне может быть оценена в любой момент времени путем сравнения текущих UH-параметров с ожидаемыми значениями параметров. Управляющая программа сохраняет значения отсчетов количества сырья, подаваемого через питатели. Используя эту информацию и ход изменения UH-параметров, можно оценить подачу в ванну оксида, который поступает не из питателей. В обычном случае будет преобладать самоподача сырья из осадка и покрытия стенок. Таким образом, "самоподача" определяется как подача оксида в ванну из осадка и из покрытия стенок.
Является целесообразным, чтобы решение о продолжительности недостаточной и избыточной подачи сырья в следующем UH-периоде было принято в предыдущем UH-периоде, так чтобы концентрация оксида в ванне изменялась оптимальным образом. В продолжение UH-периода верхняя зона нечувствительности для регулировки анода является относительно высокой вплоть до тех пор, пока не заканчивается период избыточной подачи. Затем зона нечувствительности снижается. Таким образом, регулировка анода согласуется с UH-периодом. В обычном случае только специальные возмущения приводят к регулировке анода в продолжение периода иным образом, например, выпуск металла, конечное осаждение, вытягивание затвора, обработка шумов и т.п. В случае крупных возмущений R-сигнала (шум) оцененная концентрация оксида в ванне отклоняется в качестве управляющей информации для данного UH-периода. В случае регулирования анода влияние возмущения на кривую сопротивления устраняется перед расчетом переменных.
В отношении оценки информация, например, двух последних UH-периодов может быть использована и отфильтрована таким образом, что последнее принятое значение принимается в расчет в большей степени, чем предыдущее значение, и т.д.
Целесообразно, чтобы UH-периоды были настолько короткими, насколько это возможно. Однако они должны быть достаточно продолжительными для того, чтобы гарантировать, что информация, содержащаяся в кривой сопротивления (R-сигнал), не устаревает.
Оптимальное изменение концентрации оксида в ванне определяется ситуацией и адаптируется к подаче сырья из осадка в ячейке. При низкой концентрации оксида в ванне и низкой подаче из осадка, большая часть оксида должна дозировано подаваться через точечные питатели, чтобы исключить анодный эффект. Если точечные питатели подают за период времени больше оксида, чем поглощаемое количество, избыток оксида обычно создает относительно легко доступный осадок и/или повышает концентрацию оксида в ванне.
В продолжение периода времени сразу после анодного эффекта оксид подается через питатели в фиксированных количествах в единицу времени, так чтобы концентрация оксида изменялась оптимальным образом. В ходе этого периода прогнозы в процессе управления не используются. По окончании этого периода может быть применен описанный выше механизм управления.
Были выполнены испытания в электролитических ячейках Седерберга с целью изучить взаимосвязь между сигналами сопротивления и скоростями подачи сырья при различных концентрациях оксида. В процессе испытаний в ячейки осуществлялась "ритмичная подача" сырья, т.е. с заранее заданной продолжительностью недостаточной подачи U и избыточной подачи Н в те периоды, во время которых в механизме контроля могут использоваться прогнозы. Подачу оксида регулировали таким образом, чтобы концентрация оксида в ванне сохранялась приблизительно на одном и том же уровне в продолжение длительных периодов времени. Продолжительность U изменяли в ходе испытаний. Продолжительность Н была установлена равной 30 минутам.
Во время испытаний в некоторых ячейках был зарегистрирован "эффект гистерезиса" при концентрациях оксида в ванне ниже 4%. В течение длительных периодов времени сигналы сопротивления были противоположны тем, которые ожидались. Сопротивление ячеек понижалось при недостаточной подаче сырья и повышалось при ускоренной подаче. Реакция ячеек в процессе испытаний может быть объяснена тем фактом, что ускоренная подача приводит к росту слоя оксида, который плавает на металле, и увеличивает сопротивление ячейки, тогда как при недостаточной подаче слой оксида и сопротивление уменьшаются. Вышеприведенное наблюдение будет в общем случае представлять собой возмущение в отношении управления питателями, подающими оксид в ячейку.
Регистрация эффекта гистерезиса указывает на слишком низкую подачу энергии для оксида, который подается в ячейку. Оксид не подвергается химическому разложению. Сочетание локальных потоков в ванне и локальных энергетических условий в ячейке может являться причиной этого состояния. Если такое состояние регистрируется в связи с ритмичной подачей, подача оксида через питатели может быть временно снижена, а эталонное значение сопротивления в ячейке может быть временно повышено. Эти меры запускаются автоматически в том случае, когда имеются в наличии другие условия. Степень и продолжительность указанных мер может управляться при помощи параметров, которые задаются вручную или автоматически.
Однако было установлено, что за концентрацией оксида можно следить с использованием "регистрации угла", которая будет описана в дальнейшем. В том случае, когда регистрация угла показывает высокую концентрацию, может использоваться ритмичная подача до тех пор, пока регистрация угла не покажет, что концентрация снизилась. При низкой концентрации для управления подачей сырья могут использоваться известные механизмы прогнозов. При крайне низкой концентрации (близкой к состоянию анодного эффекта) энергия пульсирует, и для исключения анодного эффекта может использоваться высокая скорость подачи. Слежение за кривой сопротивления проводится непрерывно и с параллельным использованием регистрации угла.
На фиг. 3 показана основополагающая взаимосвязь между скоростью подачи сырья, кривой углов и концентрацией оксида. Эта взаимосвязь основывается на результатах испытаний, и в верхней части фиг.3 показаны черточки, соответствующие моментам "старт U" и "старт Н", и "угол β" как функция времени. В нижней части фиг.3 показана соответствующая концентрация оксида как функция времени. Последние R-сигналы являются идеальными в отношении стандартного алгоритма управления во время, предшествующее анодному эффекту. Черточки для моментов "старт Н" и "старт U" являются такими, какими они должны быть в отношении к кривой β. На фиг. показано, что последние 6 черточек находятся "внутри" кривой. Это значит, что сопротивление повышается при недостаточной подаче и снижается при ускоренной подаче сырья. В данном случае разность времени между черточкой и соответствующим максимумом или минимумом на кривой является малой. В том случае, когда черточки находятся "внутри" кривой β и отклонения являются относительно большими, было зарегистрировано, что концентрация оксида является низкой. При расчете β на фиг. 3 не устранялось влияние регулировок анода на сопротивление R ячейки.
Однако первые черточки находятся "снаружи" кривой. Эти измерения были произведены при более высокой концентрации, и при таком состоянии было зарегистрировано, что черточки находятся снаружи кривой, и кривая имеет большие отклонения. Эти измерения показывают, что сопротивление повышается при ускоренной подаче и снижается при недостаточной подаче, что указывает на состояние, в котором оксид не разлагается в желаемой степени.
При средней концентрации оксида отклонения кривой углов являются относительно малыми. Черточки могут находиться внутри или снаружи кривой β. Здесь разница по времени между черточкой и ближайшим максимумом или минимумом на кривой является относительно большой.
На фиг.2 буквой Т обозначено время, соответствующее максимальным и минимальным значениям на кривой β. А обозначает амплитуду β в моменты времени Т. После некоторой задержки после моментов времени Т регистрируются некоторые значения, которые относятся к точке (Т, А). Задержка необходима для математических расчетов. Регистрируются следующие 4 значения:
- Угловые коэффициенты для линий Е и Y в точке (Т, А).
- А (значение β в точке (Т, А) рассчитывают на основе линий Е и Y).
- Разность времени между соответствующим изменением скорости подачи и моментом Т.
Немедленно после регистрации значений производится оценка состояния ячейки с точки зрения концентрации оксида в ванной. Оценка может основываться на нескольких наборах зарегистрированных значений в предшествующий период времени, например, на 3 наборах.
Управление подачей оксида включает измерение электрического сопротивления между электродами электролитической ячейки. Значение сопротивления регистрируют через фиксированные интервалы времени, когда оксид подается в электролитическую ячейку в периоды ускоренной подачи (Н) и недостаточной подачи (U). В данный момент времени (Т) первую линию (Е) рассчитывают на основе ряда значений сопротивления, зарегистрированных непосредственно перед моментом времени (Т). Вторую линию (Y) рассчитывают на основе ряда значений сопротивления, зарегистрированных непосредственно после момента времени (Т) после чего определяют угол между первой линией (Е) и второй линией (Y), так что для нескольких моментов времени (Т), для β регистрируются значения амплитуды (А), а для линий (Е) и (Y) регистрируются угловые коэффициенты. На основе нескольких рассчитанных значений β и, возможно, углового коэффициента для Y для ряда моментов времени, совпадающих с моментами измерения сопротивления, получают одну или несколько кривых, и зарегистрированные значения и кривые сравнивают с моментами времени для ускоренной подачи (старт Н) и недостаточной подачи (старт U), для того чтобы оценить концентрацию оксида в электролитической ванне.
Управление используется для того, чтобы исключить концентрацию, которая является более низкой, чем заданное значение, чтобы не возникал нежелательный анодный эффект или же чтобы выявить концентрации оксида, которые являются более высокими, чем заданное значение, чтобы исключить нежелательную высокую концентрацию оксида.
Управление может использоваться для снижения количества осадка оксида в ячейке при слишком большом количестве осадка или использоваться для обнаружения дисбаланса между подачей энергии и разложением оксида, подаваемого в ванну извне.
Значения, регистрируемые при управлении, могут использоваться для слежения за состоянием ячейки. Помимо этого, управление может составлять неотъемлемую часть известной схемы управления электролитической ячейкой, которая основывается на измерении электрического сопротивления.
На основе вышесказанного к настоящему времени были выработаны некоторые переменные, которые могут использоваться для описания концентрации оксида в ванне. Это может быть осуществлено при использовании стандартного алгоритма управления таким образом, что когда регистрация угла показывает высокую концентрацию, может использоваться "ритмичная подача" до тех пор, пока концентрация не снизится. Ритмичная подача при этом задается таким образом, что количество оксида, подаваемого через питатели, находится ниже теоретического значения поглощения. При низкой концентрации для управления подачей сырья применяется стандартный механизм прогноза. При предельно низкой концентрации энергия пульсирует, и может быть использована высокая скорость подачи, чтобы исключить анодный эффект. Осуществляется непрерывное слежение за кривой сопротивления и параллельно используется регистрация углов. Этот механизм будет приводить к систематическому поглощению осадка и в долгосрочном плане давать более низкую степень самоподачи. Сигналы для хороших прогнозов требуют низкой степени самоподачи.
При высокой концентрации оксида ячейкой управляют с использованием ритмичной подачи до тех пор, пока концентрация не будет снова оценена как низкая или как близкая к анодному эффекту. Подача продолжается посредством смешивания продолжительных периодов недостаточной подачи и быстрых смен ускоренной подачи и недостаточной подачи с получением R-сигналов. Последовательность способов подачи имеет такую среднюю скорость подачи, которая ведет к снижению количества осадка в ячейке. Это не применимо к ячейкам, которые имеют крайне низкий коэффициент использования тока.
Вышеуказанное управление может быть осуществлено по известной схеме управления посредством выполнения непрерывного слежения за расчетной концентрацией оксида в ячейке. Если ячейка находится в состоянии, близком к анодному эффекту, автоматическая система будет пытаться предотвратить анодный эффект, используя повышенную скорость подачи и пульсацию мощности. При низкой концентрации оксида ячейка управляется при помощи используемых обычным образом прогнозов.
Регулировка анода обычно выполняется в конце периода ускоренной подачи, для того чтобы получить минимальное возмущение сигналов сопротивления, используемых для управления. Если, однако, сопротивление находится далеко за пределами зоны нечувствительности, анод регулируют так, чтобы он находился внутри зоны нечувствительности, с использованием различных правил.
Хотя описанный механизм и предназначен, в частности, для использования в сочетании с ячейками (электролизерами) Седерберга, само собой разумеется, он может также использоваться в сочетании с ячейками, которые имеют предварительно обожженные аноды.
На фиг.4 показана типичная кривая β до и после анодного эффекта в ячейке В169, которая представляет собой ячейку Седерберга с током 130 кА, снабженную 4-я точечными питателями. Задаваемое значение для избытка фторида алюминия в ванне составляет 11 мас.%.
Концентрацию оксида в ванне измеряли, приблизительно, 4 часа до анодного эффекта и в это время она имела значение, равное 3%. С течением времени концентрация понижалась до тех пор, пока не появлялся анодный эффект, приблизительно, в момент времени 17:20. Непосредственно перед моментом 17:20 концентрация оксида составляла приблизительно 1,8%. Во время анодного эффекта операции над ячейкой выполняются таким образом, чтобы довести концентрацию вплоть до приблизительно 5%. Обычно концентрация будет оставаться высокой в продолжение многих часов после анодного эффекта вследствие самоподачи.
Преобразованное по координатам сопротивление ячейки (R), черточки, соответствующие изменению скорости подачи сырья, и β показаны на том же графике. Периоды с ускоренной подачей сырья помечаются как Н, а периоды с недостаточной подачей - как U. Влияние регулировок анода на R устраняется. Показана нулевая линия для β. Амплитуда β увеличивается по мере того, как понижается концентрация перед анодным эффектом. Моменты времени, соответствующие черточкам и точкам экстремума β, совпадают на периоде с низкой концентрацией оксида. Угловой коэффициент для R в периоды Н увеличивается по мере уменьшения концентрации.
В период с высокой концентрацией оксида после анодного эффекта амплитуда β является относительно малой. Времена, соответствующие черточкам, и соответствующие времена точек экстремума β не совпадают.
На фиг. 5 показана регистрация эффекта гистерезиса. Кривые и символы на фиг.5 соответствуют описанию для вышеуказанной фиг.4.
В период времени до метки 6.30 в ячейку осуществлялась ритмичная подача в продолжение длительного периода времени. Эффект гистерезиса, как утверждалось ранее, характеризуется тем, что сопротивление ячейки снижается при недостаточной подаче и повышается при избыточной подаче. Известные способы управления основаны на противоположном явлении, т.е. повышении R при недостаточной подаче и снижении R при ускоренной подаче.
Изобретение относится к способу управления подачей оксида алюминия в электролитические ячейки для получения алюминия, основанному на измерении электрического сопротивления между электродами ячейки, величина которого регистрируется через фиксированные интервалы времени. Для предотвращения нежелательного анодного эффекта, нежелательной высокой концентрации оксида, обнаружения дисбаланса между подачей энергии и разложением оксида, подаваемого в ванну извне, и для слежения за состоянием ячейки измеряют сопротивления между электродами, регистрируют значения сопротивления через фиксированные интервалы времени, оценивают концентрацию оксида алюминия в электролитической ячейке и подают оксид алюминия в ячейку в недостаточном или избыточном количестве с фиксированной скоростью. Для оценки концентрации выбирают момент времени Т на основе ряда значений сопротивлений, зарегистрированных непосредственно перед и после момента времени Т, рассчитывают линии Е и Y, угол β между линиями Е и Y и определяют угловые коэффициенты. На основе нескольких рассчитанных значений строят одну или несколько кривых, регистрируют значение амплитуды для кривой углов β и зарегистрированные значения сопротивления и полученные кривые сравнивают с моментами времени начала избыточной или недостаточной подачи. 6 з.п.ф-лы, 5 ил.
| Устройство для укрепления рамы саней на лыжах | 1934 |
|
SU44794A1 |
| US 4126525, 21.11.1978 | |||
| ЕР 0671488 A3, 13.09.1995 | |||
| Способ управления серией алюминиевых электролизеров | 1989 |
|
SU1654381A1 |
| СПОСОБ ЗАГРУЗКИ ГЛИНОЗЕМА В АЛЮМИНИЕВЫЕ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЫ | 0 |
|
SU221304A1 |
