СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ В АЛЮМИНИЕВОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ С ОБОЖЖЕННЫМИ АНОДАМИ Российский патент 2007 года по МПК C25C3/20 

Описание патента на изобретение RU2303658C1

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из глинозема, и может быть использовано для управления процессами на электролизерах с обожженными анодами для повышения качества управления системами АПГ.

Известно, что при снижении концентрации глинозема в электролите анод начинает хуже смачиваться электролитом, это приводит к тому, что пузырьки анодного газа разрастаются и изолируют часть поверхности анода от электролита. Плотность тока на свободной поверхности анода начинает увеличиваться, при достижении плотности тока, равной критической, возникает анодный эффект. Управление концентрацией глинозема является важной задачей в технологии управления электролизом и существующие системы АПГ должны поддерживать ее в строго заданных пределах, не допуская отклонений в большую или меньшую сторону, так как технологически не допустимо как возникновение лишних анодных эффектов, так и образование осадка на подине.

Известен способ автоматического регулирования алюминиевого электролизера (авторское свидетельство СССР №1724713, м.кл. С25С 3/20, 1992), согласно которому измеряют напряжение электролизера, ток серии, рассчитывают "приведенное" напряжение электролизера и скорость его изменения, концентрацию глинозема в электролите и стабилизируют "приведенное" напряжение в заданных пределах перемещением анода и изменением скорости загружаемого в электролизер глинозема, чередуя режимы избыточного (частого) и недостаточного (редкого) питания. При этом режимы питания изменяют в зависимости от изменения приведенного напряжения, включая тот или иной режим на определенное время или полностью прекращая питание электролизера глиноземом.

Недостатком указанного способа является низкое качество стабилизации теплоэнергетического и электрохимического режимов процесса, поскольку и изменение МПР, и изменение подачи глинозема осуществляют практически только по изменению "приведенного" напряжения электролизера.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу является способ управления технологическим процессом в алюминиевом электролизере. Способ включает измерение текущих значений напряжения и тока электролизера и вычисление по ним приведенного напряжения, скорости изменения последнего во времени и концентрации глинозема в электролизере, сравнение текущих значений этих параметров с заданными значениями, поддержание приведенного напряжения электролизера в заданных пределах перемещением анода и регулированием количества загружаемого в электролизер глинозема путем чередования режимов избыточного и недостаточного питания (патент RU 2113552, м.кл. С25С 3/20, 1998).

Способ управления - прототип основан на известной зависимости между напряжением электролизера Uэл и концентрацией глинозема в электролите Сгл. При неизменности остальных параметров электролиза любое изменение напряжения будет обусловлено только изменением концентрации глинозема в электролите и, следовательно, по скорости изменения напряжения dUэл/dt можно приблизительно определить Сгл.

Недостаток данного способа состоит в том, что зависимость Uэл=f(Cгл) имеет нелинейный характер с минимумом в диапазоне Сгл=3,5-4,5%. Таким образом, в диапазоне высоких концентраций глинозема (больше 4%) рост напряжения электролизера будет свидетельствовать о повышении Сгл, а в диапазоне низких концентраций глинозема (меньше 4%) будет свидетельствовать о снижении Сгл и приближении анодного эффекта. В промышленной практике диапазон низких концентраций обычно называют "левая ветвь концентрационной кривой", а диапазон высоких концентраций - "правая ветвь концентрационной кривой".

Производственный опыт показывает, что использование данного способа не всегда дает положительный результат. Для правильного управления технологическим процессом необходимо сначала определить знак ветви концентрационной кривой, на которой в данный момент работает электролизер. Если же ветвь будет определена неверно, то эффект от управляющего воздействия (регулирования количества загружаемого в электролизер глинозема) будет прямо противоположен ожидаемому результату.

Задача изобретения состоит в реализации автоматического контроля концентрации глинозема Сгл в расплаве и ее выравнивании на заданном уровне в объеме электролизера.

Технический результат изобретения состоит в повышении технико-экономических показателей процесса электролиза алюминия за счет исключения незапланированных анодных эффектов и образования скоплений глинозема на подине электролизера.

Поставленная задача достигается тем, что в способе управления алюминиевым электролизером с обожженными анодами, включающем измерение текущих значений тока, сравнение текущих значений тока с заданными значениями и поддержание их в заданных пределах регулированием количества загружаемого в электролизер глинозема, согласно предлагаемому изобретению определяют зону с пониженной концентрацией глинозема в электролизере путем измерения текущих значений тока во всех анодах независимо друг от друга, при этом с питателем автоматизированной подачи глинозема связывают группу близлежащих анодов и при определении снижения тока в отдельном аноде или в группе анодов относительно тока в других анодах, или группе анодов ведут избыточную от текущей подачу глинозема в электролит непосредственно в месте определения рассогласования до его устранения.

Изобретение дополняют частные отличительные признаки, направленные также на достижение поставленной задачи.

Определяют зону с пониженной концентрацией глинозема по росту величины обратной ЭДС на каждом аноде или группе анодов, при этом величину обратной ЭДС определяют при изменении суммарного тока проходящего через все аноды электролизера.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается тем, что в прототипе для поддержания концентрации глинозема в заданных пределах измеряют напряжение электролизера и ток серии, рассчитывают текущее значение приведенного напряжения Uпр и скорости его изменения во времени dUпр/dt - эти значения сравнивают с заданными и формируют циклы, состоящие из последовательности базового режима питания, режима недостаточного питания и режима избыточного питания ванны. В предлагаемом способе определяется зона в электролизере с пониженной концентрацией глинозема путем измерения текущих значений тока во всех анодах независимо друг от друга. После определения такой зоны путем выработки управляющего сигнала на соответствующий питатель АПГ выравнивается концентрация глинозема в этой зоне до установленных пределов.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемые решения от прототипа, что делает возможным сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Способ осуществляется следующим образом.

На электролизере с обожженными анодами, оснащенном системой измерения токов по каждому отдельному аноду (схема измерения на фиг.1, где 1 - анодная штанга, 2 - датчик измерения нагрузки на штанге, 3 - управление и сбор данных), определяется зона с пониженной концентрацией глинозема. Для этого собирается, накапливается и анализируется информация по токовой нагрузке каждого анода. На основе этих данных в динамике производится анализ изменения токовой нагрузки на каждом аноде. На фиг.2 показаны графики токовой нагрузки анодов перед анодным эффектом. На фиг.3 - блок-схема управления электролизером по прототипу №1 и с анализом изменения нагрузки анодов (по заявляемому способу) №2.

Каждый анод электролизера распределяется к заранее определенной зоне, за поддержание концентрации глинозема в которой отвечает определенный питатель АПГ. Снижение токовой нагрузки на аноде или анодах, при неизменности ее на других анодах, считается локальным снижением концентрации глинозема. Если отмечается существенное снижение нагрузки по отдельным анодам (фиг.2, анод №4 и анод №12) относительно других, это считается признаком изоляции подошвы анода газовой пленкой, как следствие снижение концентрации глинозема в данной зоне электролита, дальнейшее развитие этого процесса приводит, как правило, к возникновению анодного эффекта (фиг.2, время 12:52) и вырабатывается сигнал на управление питателем, ответственным за зону, в которой находятся данные аноды. Режим работы данного питателя выбирается исходя из текущего режима, но с повышенной частотой срабатывания относительно других питателей. Усиленный цикл питания дозатора включается в течение заранее определенного времени или пока нагрузка на соответствующих анодах не начнет возрастать.

Пример 1.

При управлении концентрацией глинозема в расплаве электролита, оцениваемой по изменению Uпр и dUпр/dt (прототип), часто возникают незапланированные анодные эффекты, вызванные запоздалой реакцией системы питания на снижение концентрации глинозема, вследствие того, что по приведенному напряжению не достаточно рано и правильно можно диагностировать возникновение анодного эффекта. При использовании предлагаемого способа возможно раннее предсказание возникновения анодного эффекта и принятие решения по управлению концентрацией глинозема. Предложенный способ можно использовать в алгоритме управления питанием глиноземом электролизера, пример алгоритма показан на фиг.3 контур №2. Принцип действия модуля анализа следующий: измеренная нагрузка анода сравнивается с предыдущим значением, вычисляется разница ΔIi (i - номер анода) между ними и при превышении этой разницы больше установленного значения выдается сигнал в систему управления о регулировании концентрации глинозема в электролизере путем включения усиленного питания через один из питателей.

Пример 2.

Известен метод определения значений обратной ЭДС электролизера по изменениям тока серии, он заключается в следующем: во время значительного изменения тока электролизера запоминают значения тока и напряжения электролизера до и после изменения и рассчитывают значение обратной ЭДС электролизера по формуле:

где U1эл-ра, I1эл-ра - значения напряжения и тока электролизера до изменения силы тока;

U2эл-ра, I2эл-ра - значения напряжения и тока электролизера после изменения силы тока.

По второму пункту способа определение зоны с пониженной концентрацией глинозема оценивают по изменению обратной ЭДС, рассчитанной для каждого анода. Величину обратной ЭДС для каждого анода рассчитывают по методу, как и для всего электролизера, но используя значения токов каждого анода по формуле:

,

где U1iэл-ра, I1iэл-ра - значения напряжения электролизера и тока i-го анода до изменения силы тока;

U2iэл-ра, I2iэл-ра - значения напряжения электролизера и тока i-го анода после изменения силы тока.

Значения обратной ЭДС анодов сравниваются между собой, и определяется зона с пониженной концентрацией глинозема и выдается сигнал в систему управления о регулировании концентрации глинозема в электролизере путем включения усиленного питания через один из питателей.

Использование предлагаемого способа позволяет улучшить распределение концентрации глинозема в объеме электролита, производить более раннюю диагностику возникновения анодного эффекта, что повышает качество управления и стабильность работы электролизера.

Похожие патенты RU2303658C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОМ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СКОРОСТИ РАСТВОРЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА 2004
  • Своевский А.В.
  • Роднов О.О.
  • Березин А.И.
  • Бузунов В.Ю.
RU2255149C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ В АЛЮМИНИЕВОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ 2001
  • Березин А.И.
  • Роднов О.О.
  • Межубовский И.В.
  • Стонт П.Д.
  • Клыков В.А.
RU2204629C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ГЛИНОЗЕМА В ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ПРИ ПОМОЩИ ТОЧЕЧНЫХ ПИТАТЕЛЕЙ 2003
  • Манн В.Х.
  • Никандров К.Ф.
  • Юрков В.В.
RU2233914C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОМ 1996
  • Локшин Р.Г.
  • Ланкин В.П.
  • Калужский Н.А.
RU2106435C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ГЛИНОЗЕМА В АЛЮМИНИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР 2023
  • Пузанов Илья Иванович
  • Губин Анатолий Анатольевич
RU2813922C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАМИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2000
  • Хазарадзе Т.О.
  • Ревякин А.П.
  • Синько С.Н.
  • Березин А.И.
  • Горяев С.С.
  • Катков И.В.
  • Галов Н.А.
RU2189403C2
Способ автоматического регулирования алюминиевого электролизера 1990
  • Герасимов Владимир Иванович
  • Манн Виктор Христьянович
  • Меликянц Роберт Вагаршакович
  • Мельников Андрей Алексеевич
  • Штеренберг Евгений Израилевич
  • Явно Зиновий Залманович
SU1724713A1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ НАРУШЕНИЙ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АПГ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 2016
  • Пузанов Илья Иванович
  • Завадяк Андрей Васильевич
  • Толкачев Николай Михайлович
  • Макеев Антон Владимирович
RU2631072C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ В АЛЮМИНИЕВОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ 1997
  • Деревягин В.Н.
  • Кирнос Л.Д.
RU2113552C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ГЛИНОЗЕМА В ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ПРИ ПОЛУЧЕНИИ АЛЮМИНИЯ 2014
  • Симаков Дмитрий Александрович
  • Гусев Александр Олегович
  • Бакин Кирилл Борисович
RU2596560C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 303 658 C1

Реферат патента 2007 года СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ В АЛЮМИНИЕВОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ С ОБОЖЖЕННЫМИ АНОДАМИ

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из глинозема, и может быть использовано на электролизерах с обожженными анодами для повышения качества управления системами АПГ. Способ управления алюминиевым электролизером с обожженными анодами включает измерение текущих значений тока, сравнение текущих значений тока с заданными значениями и поддержание его в заданных пределах регулированием количества загружаемого в электролизер глинозема. В способе определяют зону в электролизере с пониженной концентрацией глинозема путем измерения текущих значений тока или по росту величины обратной ЭДС на всех анодах независимо друг от друга. После определения такой зоны путем выработки управляющего сигнала на соответствующий питатель АПГ выравнивается концентрация глинозема в этой зоне до установленных пределов. Изобретение обеспечивает повышение технико-экономических показателей процесса электролиза алюминия. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 303 658 C1

1. Способ управления алюминиевым электролизером с обожженными анодами, включающий измерение текущих значений тока, сравнение текущих значений тока с заданными значениями и поддержание его в заданных пределах регулированием количества загружаемого в электролизер глинозема, отличающийся тем, что определяют зону с пониженной концентрацией глинозема в электролизере путем измерения текущих значений тока во всех анодах независимо друг от друга, при этом с питателем автоматизированной подачи глинозема связывают группу близлежащих анодов, и при определении снижения тока в отдельном аноде или в группе анодов относительно тока в других анодах или группе анодов ведут избыточную от текущей подачу глинозема в электролит непосредственно в месте определения рассогласования до его устранения.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют зону с пониженной концентрацией глинозема по росту величины обратной ЭДС на каждом аноде или группе анодов, при этом величину обратной ЭДС определяют при изменении суммарного тока, проходящего через все аноды электролизера.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2303658C1

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ В АЛЮМИНИЕВОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ 1997
  • Деревягин В.Н.
  • Кирнос Л.Д.
RU2113552C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ 1990
  • Берх В.И.
  • Казаков Д.Р.
  • Калужский Н.А.
  • Локшин Р.Г.
  • Фитерман М.Я.
RU2023058C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ 1999
  • Крюковский В.А.
RU2149223C1
RU 99112553 A, 10.04.2001
Способ автоматического регулирования алюминиевого электролизера 1990
  • Герасимов Владимир Иванович
  • Манн Виктор Христьянович
  • Меликянц Роберт Вагаршакович
  • Мельников Андрей Алексеевич
  • Штеренберг Евгений Израилевич
  • Явно Зиновий Залманович
SU1724713A1
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 2002
  • Боннардель Оливье
  • Ванворен Клод
RU2280717C2
US 2004256234 A1, 23.12.2004
US 2004168931 A1, 02.09.2004
ЕР 0671488 A3, 13.09.1995.

RU 2 303 658 C1

Авторы

Шайдулин Евгений Рашидович

Гусев Александр Олегович

Вабищевич Петр Николаевич

Даты

2007-07-27Публикация

2005-11-02Подача