СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ СЛОЯ РАСПЛАВЛЕННОГО АЛЮМИНИЯ НА ПОДИНЕ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 2007 года по МПК C25C3/20 

Изобретение относится к цветной металлургии, к электролитическому получению алюминия, в частности к измерению высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера.

В настоящее время высоту слоя расплавленного алюминия на подине электролизера в основном измеряют, используя след межфазной границы на стальных стержнях, погружаемых в электролит и расплавленный алюминий (при охлаждении стержня, извлеченного из электролита и расплавленного алюминия, цвет намерзшего на него электролита по-разному изменяется на частях, погружаемых в электролит и расплавленный алюминий).

Известен способ измерения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера вручную с помощью стального стержня, погружаемого вертикально или под некоторым углом к горизонту в расплавленный алюминий до соприкосновения с подиной (Light metals, 1999, р.297).

Известен способ измерения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера, заключающийся в извлечении с помощью пробоотборника, фиксированной относительно электролизера и выполненной, например, в виде цилиндра пробы металла, верхняя часть которой фиксирована зеркалом поверхности расплава металла, а нижняя часть - подиной электролизера. Высоту (Н) слоя расплавленного алюминия на подине электролизера определяют по весу извлеченной пробы исходя из следующего уравнения:

H=(A+gK)sinα,

где А - расстояние от подины электролизера до нижней поверхности пробы;

g - вес пробы;

α - угол взятия пробы;

К - физическая и геометрическая постоянная формы пробы, например, для цилиндра К=1/(πr²·ρ);

r - радиус цилиндрической пробы;

ρ - плотность расплавленного алюминия при температуре электролиза (Авторское свидетельство СССР №328201, С25С 3/20, 1972).

Перечисленные выше способы обладают недостатками.

Способ измерения вручную с помощью стального стержня является трудоемким и дает большую погрешность измерения, в частности, из-за наличия осадков и коржей на подине электролизера.

Способ измерения по весу извлеченной пробы также является трудоемким и дает большую погрешность измерения вследствие использования в формуле значительного количества измеряемых величин и, кроме того, требует знания температуры расплавленного алюминия в момент отбора пробы.

Известен способ измерения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера с помощью стального стержня, фиксированного относительно горизонтального уровня, совпадающего с плитой перекрытия около продольной стороны электролизера, и погружаемого вертикально в электролит и расплавленный алюминий (Light metals, 1999, р.298). Стальной стержень погружается в электролит и расплавленный алюминий таким образом, что торец погружаемого в расплавленный алюминий нижнего конца располагается на некотором расстоянии от подины, примерно 10 см. Это расстояние является основным калибровочным размером, а плоскость торца погружаемого конца стального стержня служит точкой отсчета. После извлечения стального стержня на погружаемой в расплавленный алюминий части стержня измеряется расстояние от точки отсчета до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием. Высоту слоя расплавленного алюминия на подине электролизера рассчитывают как сумму расстояния от точки отсчета до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием и расстояния от точки отсчета до подины электролизера, которая устанавливается и определяется при пуске электролизера и затем дважды в год.

По назначению и наличию сходных существенных признаков данное решение принято в качестве прототипа.

Недостатком способа, выбранного в качестве прототипа, является невозможность получения правильных значений высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера в случае изменения длины конца стального стержня, погружаемого в расплавленный алюминий, например, вследствие его растворения или подгорания или в случае изменения уровня плиты перекрытия.

Задачей предлагаемого решения является увеличение устойчивости энергетического баланса электролизера.

Технический результат заключается в разработке способа определения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера, обеспечивающего большую точность и достоверность.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера, включающем измерение расстояния от точки отсчета на стальном стержне до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием, образующегося при погружении вертикально в электролит и расплавленный алюминий стального стержня, фиксированного относительно заданного горизонтального уровня, согласно предлагаемому решению измеряют расстояние от точки отсчета, нанесенной на не погружаемую в электролит и расплавленный алюминий часть стального стержня, до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием на стальном стержне, фиксированном относительно горизонтального уровня в верхней части электролизера, а высоту слоя алюминия на подине электролизера определяют как разность между расстоянием от точки закрепления стального стержня до подины электролизера, расстоянием от точки закрепления стального стержня до точки отсчета и расстоянием от точки отсчета до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием на стальном стержне.

Способ дополняют частные отличительные признаки, направленные также на достижение поставленного технического результата.

Вертикальный стальной стержень фиксируют относительно фланца балки-коллектора при помощи кронштейна с установленными на нем направляющими.

В предлагаемом способе по сравнению с прототипом для более точного измерения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера с помощью стального стержня, погружаемого в электролит и расплавленный алюминий, по следу межфазной границы электролита с расплавленным алюминием и получения достоверных результатов предлагается калибровать верхнюю не погружаемую часть стального стержня, а стальной стержень фиксировать относительно горизонтального уровня в верхней части электролизера, например фланца балки-коллектора, в точке фиксации, жестко связанной с конструктивными элементами. Расстояние от точки фиксации до подины электролизера точно известно.

При использовании заявляемого способа нет опасности изменения длины калиброванной части и не требуется калибровка измерительного стального стержня, вызванная угаром и износом его нижней части, и, как следствие, повышается точность и достоверность результатов измерений.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критериям «новизна» и «существенные отличия».

Способ поясняется чертежом, где 1 - фланец балки-коллектора, 2 - кронштейн, 3 - точка фиксации стального стержня, жестко связанная с фланцем балки-коллектора, 4 - направляющие, 5 - стальной стержень, 6 - точка отсчета, 7 - электролит, 8 - уровень расплавленного алюминия, 9 - расплавленный алюминий, 10 - подина электролизера.

Способ определения осуществляют следующим образом.

Стальной стержень 5 с калиброванным верхним концом устанавливают вертикально и строго фиксировано в точке фиксации 3, жестко связанной с конструктивными элементами электролизера, например с балкой-коллектором 1 электролизера. Расстояния от точки фиксации 3 до подины электролизера 10 и до точки отсчета 6 точно известны и постоянны. Стальной стержень 5 погружают в расплавленный алюминий другим нижним концом таким образом, что погружаемый конец располагается на 50-100 мм выше подины.

Высота слоя расплавленного алюминия на подине электролизера (h_m) рассчитывается по выражению:

h_m=X_т.ф.-п-( X_{т.ф.-т.о.}+Х_{т.о.-след.}),

где X_т.ф.-п - расстояние от точки фиксации до подины электролизера,

Х_{т.ф.-т.о.} - расстояние от точки фиксации до точки отсчета,

Х_{т.о.-след.} - расстояние от точки отсчета до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием.

Величины Х_т.ф.-п и Х_{т.ф.-т.о.} измеряются один раз при калибровке стержня, а затем величина Х_т.ф.-п корректируется не реже двух раз в год вследствие возможного износа подины электролизера. Величина Х_{т.о.-след.} измеряется каждый раз при операции определения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера.

Изобретение относится к цветной металлургии, к электролитическому получению алюминия, в частности к измерению высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера. Способ включает измерение расстояние от точки отсчета на стальном стержне до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием, образующегося при погружении вертикально в электролит и расплавленный алюминий стержня. Стержень фиксируют относительно фланца балки-коллектора при помощи кронштейна с установленными на нем направляющими. Измеряют расстояние от точки отсчета, нанесенной на не погружаемую в электролит и расплавленный алюминий часть стального стержня, до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием на стержне. Высоту слоя алюминия на подине определяют как разность между расстоянием от точки фиксации стержня до подины электролизера, расстоянием от точки фиксации стержня до точки отсчета и расстоянием от точки отсчета до следа межфазной границы. Изобретение обеспечивает большую точность и достоверность измерения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера, включающий измерение расстояния от точки отсчета на стальном стержне до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием, образующегося при погружении вертикально в электролит и расплавленный алюминий стального стержня, фиксированного относительно заданного горизонтального уровня, отличающийся тем, что измеряют расстояние от точки отсчета, нанесенной на не погружаемую в электролит и расплавленный алюминий часть стального стержня, до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием на стальном стержне, фиксированном относительно горизонтального уровня в верхней части электролизера, а высоту слоя расплавленного алюминия на подине определяют как разность между расстоянием от точки фиксации стального стержня до подины электролизера и расстояниями от точки фиксации стального стержня до точки отсчета и от точки отсчета до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием на стальном стержне.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вертикальный стальной стержень фиксируют относительно фланца балки-коллектора электролизера при помощи кронштейна с установленными на нем направляющими.