СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ТЕРМИТНЫХ РЕАКЦИЙ В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ Российский патент 2017 года по МПК C25D17/00 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Эта заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке США № 61/684212, поданной 17 августа 2012 г., и по предварительной заявке США № 61/800649, поданной 15 марта 2013 г. Раскрытие предварительных заявок США №№ 61/684212 и 61/800649 настоящим включено сюда по ссылке во всей их полноте для всех целей.

УВЕДОМЛЕНИЕ ОБ АВТОРСКОМ ПРАВЕ

[0002] Эта заявка включает в себя материал, который подлежит охране авторским правом. Владелец авторского права не возражает против факсимильного воспроизведения кем-либо раскрытия изобретения, когда это происходит в файлах или записях Патентного ведомства, но в других случаях сохраняет за собой все авторские права.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Настоящее изобретение относится к термитным реакциям в электролизерах. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системам и способам обнаружения и/или предотвращения термитных реакций в электролизерах.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0004] Электролиз глинозема в электролизерах является основным промышленным процессом производства металлического алюминия. В алюминиевом электролизере электрический ток пропускают между анодом и катодом, погруженными в ванну расплавленного криолита, содержащего растворенный глинозем. Электрический ток вызывает осаждение металлического алюминия на катоде. В большинстве случаев аноды изготавливают из углеродных или графитовых материалов. Углеродные аноды расходуются во время процесса производства алюминия, производя диоксид углерода, и должны часто заменяться.

[0005] В некоторых электролизерах использование по существу «нерасходуемых» или «инертных» анодов предлагает экономически эффективную и более экологически приемлемую альтернативу углеродным анодам. Однако когда инертный анод включает в себя оксиды металла, существует вероятность термитной реакции между этими оксидами металла и металлическим алюминием в электролизере, приводящей к возможному повреждению электролизера или прорыву электролизера.

[0006] Термитная реакция является сильно экзотермической окислительно-восстановительной реакцией, которая возникает между оксидами металла и другим металлом, таким как алюминий, в присутствии тепла.

[0007] Например, типичные термитные реакции, которые могут возникать в электролизере, представлены ниже как уравнения 1 и 2.

M_xO_y(оксид металла)+2Y/3Al(металл)→XM+Y/3Al₂O₃+тепло (ур. 1)

Fe₂O₃(оксид железа)+2Al(металлический алюминий)→ 2Fe+Al₂O₃+тепло (ур. 2)

[0008] Как показано в уравнении 2, поскольку алюминий образует более сильные связи с кислородом, чем железо, металлический алюминий восстанавливает оксид железа с получением оксида алюминия, железа и большого количества тепла.

[0009] Так же как в других процессах электролитического производства металла, электролитическое производство алюминия предполагает сильный нагрев в электролизере (например, до температуры вплоть до 950°С) и наличие металла (алюминия), чтобы подпитывать термитную реакцию. Таким образом, при определенных условиях функционирования применение инертных анодов с оксидами металлов может вызвать термитную реакцию внутри электролизера.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Настоящее изобретение относится к термитным реакциям в электролизерах. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системам и способам для обнаружения и/или предотвращения термитных реакций в электролизерах. В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение предоставляет способы контроля электролизеров на показатели термитной реакции.

[0011] Дополнительные цели и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными при описании фигур, детальном описании изобретения и формулы изобретения.

[0012] Упомянутые выше и/или другие аспекты и полезные эффекты настоящего изобретения могут быть достигнуты за счет обеспечения способа контроля электролизера, включающего обнаружение информации, указывающей на термитную реакцию, сравнение указывающей на термитную реакцию информации с пороговой величиной, генерацию термитного ответного сигнала согласно сравнению и реагирование на термитный ответный сигнал.

[0013] В другом варианте осуществления обнаружение информации, указывающей на термитную реакцию, включает в себя обнаружение указывающей на термитную реакцию информации от одного или более анодов, и при этом один или более анодов содержат оксид металла.

[0014] В другом варианте осуществления информация, указывающая на термитную реакцию, включает в себя информацию, имеющую отношение к электрическому току, проходящему через один или более анодов.

[0015] В другом варианте осуществления информация, указывающая на термитную реакцию, включает в себя по меньшей мере одно из магнитного поля, связанного с одним или более анодами, электрического поля, связанного с одним или более анодами, и напряжения, связанного с одним или более анодами.

[0016] В другом варианте осуществления информация, указывающая на термитную реакцию, включает в себя падение напряжения, связанное с одним или более анодами.

[0017] В другом варианте осуществления падение напряжения обнаруживают по известным точкам в каждом из одного или более анодов.

[0018] В другом варианте осуществления падение напряжения обнаруживают по известной точке на анодной распределительной пластине, удерживающей группу из одного или более анодов.

[0019] В другом варианте осуществления падение напряжения обнаруживают по известной точке в анодном узле, удерживающем один или более анодов или одну или более анодных распределительных пластин.

[0020] В другом варианте осуществления падение напряжения обнаруживают по известным точкам по меньшей мере каждого из одного или более анодов, анодной распределительной пластины, удерживающей группу из одного или более анодов, и анодного узла, удерживающего один или более анодов или одну или более анодных распределительных пластин.

[0021] В другом варианте осуществления сравнение информации, указывающей на термитную реакцию, с пороговой величиной включает в себя сравнение падения напряжения, связанного с одним или более анодами, с пороговым падением напряжения.

[0022] В другом варианте осуществления пороговое падение напряжения основано на данных предшествующей эксплуатации электролизера.

[0023] В другом варианте осуществления пороговое падение напряжения является уровнем падения напряжения, ранее связанным с термитной реакцией.

[0024] В другом варианте осуществления пороговое падение напряжения является скоростью возрастания падения напряжения.

[0025] В другом варианте осуществления пороговое падение напряжения является выведенным компьютером пороговым значением, выведенным из одних из данных предшествующей эксплуатации электролизера или параметров работы и строения электролизера.

[0026] В другом варианте осуществления генерация термитного ответного сигнала согласно сравнению включает в себя генерацию термитного ответного сигнала, если обнаруженное падение напряжения соответствует или превышает пороговое падение напряжения.

[0027] В другом варианте осуществления генерация термитного ответного сигнала согласно сравнению включает в себя генерацию термитного ответного сигнала, если обнаруженное падение напряжения указывает на резкое возрастание падения напряжения на одном или более анодах.

[0028] В другом варианте осуществления генерация термитного ответного сигнала согласно сравнению включает в себя генерацию термитного ответного сигнала, если по сравнению с пороговым обнаруженное падение напряжения указывает на резкое возрастание падения напряжения на одном или более анодах.

[0029] В другом варианте осуществления генерация термитного ответного сигнала согласно сравнению включает в себя генерацию сигнала ожидания в качестве термитного ответного сигнала, если обнаруженное падение напряжения не соответствует или не превышает пороговое падение напряжения.

[0030] В другом варианте осуществления генерация термитного ответного сигнала согласно сравнению включает в себя генерацию сигнала ожидания в качестве термитного ответного сигнала, если по сравнению с пороговым обнаруженное падение напряжения не указывает на резкое возрастание падения напряжения на одном или более анодах.

[0031] В другом варианте осуществления реагирование на термитный ответный сигнал включает в себя продолжение обнаружения информации, указывающей на термитную реакцию, когда термитный ответный сигнал является сигналом ожидания.

[0032] В другом варианте осуществления реагирование на термитный ответный сигнал включает в себя отправку сигнала оператору электролизера.

[0033] В другом варианте осуществления реагирование на термитный ответный сигнал включает в себя регулирование эксплуатационных параметров электролизера.

[0034] В другом варианте осуществления регулирование эксплуатационных параметров электролизера включает в себя одно или более из изменения МПР одного или более анодов, перемещения одного или более анодов, извлечения одного или более анодов из электролитической ванны, изменения тока, подаваемого к одному или более анодам, изменения температуры электролитической ванны, изменения химического состава электролитической ванны, извлечения электродного узла из электролитической ванны, изменения электрического тока, подводимого к электролизеру.

[0035] В другом варианте осуществления величина термитного ответного сигнала соответствует величине обнаруженного падения напряжения, и при этом реагирование на термитный ответный сигнал соразмерно с величиной термитного ответного сигнала.

[0036] Упомянутые выше и/или другие аспекты и полезные эффекты настоящего изобретения могут также быть достигнуты за счет обеспечения электролизера с инертными анодами, включающего в себя две или более групп инертных анодов, выполненных с возможностью доставлять электрический ток в электролитическую ванну в жидкостном контакте с двумя или более анодами, первую анодную распределительную пластину, электрически соединенную с первой группой инертных анодов, выполненную с возможностью распределять электрический ток в первую группу инертных анодов, первый датчик напряжения, выполненный с возможностью обнаруживать падение напряжения, связанное с первой анодной распределительной пластиной, и передавать соответствующий первый сигнал падения напряжения, вторую анодную распределительную пластину, электрически соединенную со второй группой инертных анодов, выполненную с возможностью распределять электрический ток во вторую группу инертных анодов, второй датчик напряжения, выполненный с возможностью обнаруживать падение напряжения, связанное со второй анодной распределительной пластиной, и передавать соответствующий второй сигнал падения напряжения, устройство контроля, выполненное с возможностью принимать первый и второй сигналы падения напряжения и выполненное с возможностью генерировать термитный ответный сигнал, если один из первого или второго сигнала падения напряжения достигает или превышает пороговое падение напряжения, и систему управления электролизером, выполненную с возможностью принимать термитный ответный сигнал и выполненную с возможностью регулировать эксплуатационные параметры электролизера согласно термитному ответному сигналу, причем устройство контроля генерирует термитный ответный сигнал, если при сравнении с пороговым падением напряжения один или более из первого и второго сигналов падения напряжения указывает на резкое возрастание падения напряжения на первой или второй анодной распределительной пластине.

[0037] Упомянутые выше и/или другие аспекты и полезные эффекты настоящего изобретения могут также быть достигнуты за счет обеспечения устройства, включающего в себя ванну расплавленного электролита, по меньшей мере один катод в жидкостной связи с этой ванной, множество инертных анодов, включающих в себя металл-оксидный материал, причем инертные аноды находятся в жидкостной связи с ванной, и устройство контроля, связанное с каждым из множества анодов (например, через датчик напряжения, выполненный с возможностью измерять падение напряжения между точкой на анодном токоподводе и общей точкой на электрической распределительной пластине или другой конструкции), причем устройство контроля выполнено с возможностью принимать сигнал падения напряжения, связанный с каждым анодом (например, с каждым анодным датчиком напряжения), причем устройство контроля сравнивает множество сигналов падения напряжения от множества анодов с предварительно заданным пороговым значением, причем дополнительно устройство контроля генерирует ответный сигнал, указывающий на термитную реакцию (например, имеет ли место термитная реакция).

[0038] Упомянутые выше и/или другие аспекты и полезные эффекты настоящего изобретения могут также быть достигнуты за счет обеспечения устройства, включающего в себя электродный узел, имеющий первую группу инертных анодов, причем эти аноды включают в себя металл-оксидный материал; по меньшей мере один распределитель, причем каждый анод первой группы анодов электрически соединен с распределителем так, что распределитель измеряет падение напряжения от общего токоподвода до первой группы анодов, причем этот распределитель выполнен с возможностью генерации сигнала, указывающего на общий ток, проходящий через первую группу анодов; и устройство контроля, связанное с этим распределителем, причем устройство контроля приспособлено для приема и сравнения сигнала от распределителя с предварительно заданным пороговым значением (например, падения напряжения) и генерирует термитный ответный сигнал, указывающий на термитную реакцию в анодном узле.

[0039] Упомянутые выше и/или другие аспекты и полезные эффекты настоящего изобретения могут также быть достигнуты за счет обеспечения устройства, включающего в себя электродный узел, включающий в себя по меньшей мере два распределителя, включая первый распределитель и второй распределитель; первую группу анодов на основе оксида металла, соединенных с первым распределителем, причем каждый анод первой группы анодов электрически соединен с первым распределителем, причем первый распределитель измеряет падение напряжения от общего токоподвода до первой группы анодов, причем первый распределитель выполнен с возможностью генерировать сигнал, указывающий на общий ток, проходящий через первую группу анодов; вторую группу анодов на основе оксида металла, соединенных со вторым распределителем, причем каждый анод второй группы анодов электрически соединен со вторым распределителем, причем второй распределитель измеряет падение напряжения от общего токоподвода до второй группы анодов, причем второй распределитель выполнен с возможностью генерировать сигнал, указывающий на общий ток, проходящий через вторую группу анодов; устройство контроля, связанное с первым распределителем и вторым распределителем, причем устройство контроля приспособлено для приема сигналов от распределителей и генерации термитного ответного сигнала, указывающего на термитную реакцию в анодном узле.

[0040] Упомянутые выше и/или другие аспекты и полезные эффекты настоящего изобретения могут также быть достигнуты за счет обеспечения способа, включающего в себя измерение падения напряжения от общего токоподвода до множества анодов на основе оксида металла; сравнение падения напряжения с предварительно заданным пороговым значением; и определение того, происходит ли термитная реакция.

[0041] Упомянутые выше и/или другие аспекты и полезные эффекты настоящего изобретения могут также быть достигнуты за счет обеспечения способа, включающего в себя измерение падения напряжения от общего токоподвода до множества анодов, причем эти аноды включают в себя оксид металла; направление сигнала, указывающего на падение напряжения, с анода на устройство контроля, сравнение этого сигнала с предварительно заданным пороговым значением посредством устройства контроля, генерацию ответного сигнала в соответствии с результатом сравнения (например, для решения вопроса о том, возникла ли в электролизере/на анодах термитная реакция); и регулирование системы или компонента электролизера в соответствии с ответным сигналом.

[0042] В некоторых вариантах осуществления одна или более из этих операций могут быть повторены, например для непрерывного и/или периодического контроля анодов на термитную реакцию.

[0043] Упомянутые выше и/или другие аспекты и полезные эффекты настоящего изобретения могут также быть достигнуты за счет обеспечения способа, включающего в себя обеспечение множества групп анодов, каждая из которых связана с распределителем, причем каждая группа анодов выполнена с возможностью соединения (например, и электрической связи) с этим распределителем; передачу сигнала падения напряжения с каждого анода каждой группы анодов на каждый распределитель для этой группы анодов; передачу сигнала наибольшего падения напряжения, полученного на каждом распределителе, в устройство контроля; сравнение этого сигнала наибольшего падения напряжения с предварительно заданным пороговым значением посредством устройства контроля; и генерацию ответного сигнала посредством устройства контроля, указывающего, имеет ли место термитная реакция.

[0044] В некоторых вариантах осуществления способ включает в себя регулирование системы или компонента электролизера (например, для предотвращения, уменьшения и/или устранения термитной реакции).

[0045] В некоторых вариантах осуществления один или более этапов способа могут быть повторены.

[0046] В некоторых вариантах осуществления падение напряжения на токоподводящем ниппеле (относительно нормальных условий) используют для обнаружения возможного режима короткого замыкания.

[0047] В некоторых вариантах осуществления падение сопротивления электролизера (относительно нормальных условий) используют для обнаружения режима короткого замыкания.

[0048] В некоторых вариантах осуществления падение сопротивления пластины (относительно нормальных условий) используют для обнаружения режима короткого замыкания.

[0049] В некоторых вариантах осуществления сигнал является пропорциональным току в какой-либо распределительной пластине.

[0050] В некоторых вариантах осуществления одна или более из данных систем и/или один или более из данных способов измеряют и предотвращают разрушение анода (например, вследствие термитных реакций, возникающих на аноде). В одном или более вариантах осуществления данные системы и/или способы контролируют экзотермические реакции в электролизере. В одном или более вариантах осуществления настоящего изобретения инертные аноды с оксидами металлов применяют для изготовления первичных металлов посредством электролизера, гарантируя, что эти инертные аноды и/или электролизер не выходят из строя вследствие термитных реакций.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0051] Эти и/или другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными и более легко понятными из последующего описания различных вариантов осуществления, взятых в сочетании с приложенными чертежами, из которых:

[0052] Фиг. 1А и 1В иллюстрируют схемы электролизеров согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0053] Фиг. 2 и 3 иллюстрируют анодные узлы согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0054] Фиг. 4, 5 и 6 иллюстрируют способы контроля электролизера согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0055] Фиг. 7 и 8 иллюстрируют анодные узлы согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0056] Фиг. 9 иллюстрирует различные сигналы обратной связи, которые могут быть использованы согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0057] Фиг. 10-27 иллюстрируют компьютерную модель, имитирующую варианты осуществления настоящего изобретения.

[0058] Чертежи, упомянутые выше, не обязательно представлены в масштабе; вместо этого основное внимание обращено на иллюстрацию принципов настоящего изобретения. Кроме того, некоторые признаки могут быть преувеличены, чтобы показать особенности отдельных компонентов. Эти чертежи/фигуры предназначены для пояснения и не ограничивают изобретение.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0059] Обратимся теперь более подробно к различным вариантам осуществления настоящего изобретения. Эти варианты осуществления описаны ниже, чтобы обеспечить более полное понимание компонентов, процессов и устройств по настоящему изобретению. Любые приведенные примеры представлены в качестве пояснительных, а не ограничительных. По всему описанию изобретения и в формуле изобретения следующие термины принимают значения, однозначно связанные с данной заявкой, если контекст явно не диктует иное. Употребляемые здесь фразы «в некоторых вариантах осуществления» и «в варианте осуществления» не обязательно относятся к одному и тому же варианту (вариантам) осуществления, хотя и могут относиться. Кроме того, употребляемые здесь фразы «в другом варианте осуществления» и «в некоторых других вариантах осуществления» не обязательно относятся к разным вариантам осуществления, хотя и могут относиться. Как описано ниже, различные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть легко скомбинированы без отступления от сущности и объема настоящего изобретения.

[0060] Применяемый здесь термин «или» является оператором включения и эквивалентен термину «и/или», если контекст явно не диктует иное. Термин «на основании» не является исключительным и допускает основанность на дополнительных, не описанных факторах, если контекст явно не диктует иное. Кроме того, по всему описанию единственное число включает ссылки на множественное число. Значение предлога «в» включает «в» и «на».

[0061] Все физические свойства, которые описаны здесь и далее, измерены при 20°-25°С, если не указано иное.

[0062] При ссылке на любой числовой диапазон величин в данной заявке подразумевается, что такие диапазоны включают в себя каждое и любое число и/или часть между минимумом и максимумом указанного диапазона. Например, диапазон примерно 0,5-6% в явном виде включает в себя все промежуточные значения примерно 0,6%, 0,7% и 0,9%, все вплоть до и включая 5,95%, 5,97% и 5,99%. То же применяется к каждой другой числовой характеристике и/или каждому другому элементарному интервалу, изложенным здесь, если контекст явно не диктует иное.

[0063] Как используется в данной заявке, «электрод» может относиться к положительно заряженным электродам (например, анодам) и отрицательно заряженным электродам (например, катодам).

[0064] Как используется в данной заявке, «инертный анод» относится к аноду, который практически не расходуется или практически стабилен по размерам в ходе процесса электролиза. Некоторые неограничительные примеры инертных анодов включают: керамические, металлокерамические, металлические аноды и их комбинации.

[0065] Как используется в данной заявке, «падение напряжения» относится к разности напряжений между двумя объектами или двумя точками на одном и том же объекте.

[0066] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения оксид металла относится к металлическому компоненту анода, который окисляется во время электролиза. В других вариантах осуществления оксид металла формируется в качестве слоя или части на инертном аноде во время электролиза.

[0067] В некоторых вариантах осуществления аноды сконструированы из электропроводящего материала, включая, но не ограничиваясь перечисленным: металлы, оксиды металлов, керамики, керметы, углерод и их комбинации. В одном неограничительном примере аноды сконструированы из смешанных оксидов металлов, включая оксиды железа, как описано в патенте США № 7507322 или в патенте США № 7235161 (например, FeO, FeO₂, Fe₂O₃ и их комбинации).

[0068] Фиг. 1А-1В и 2-3 иллюстрируют схемы электролизера согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на фиг. 1А-1В и 2-3, электролизер (1) может включать в себя анод (2), катод (3), электродный узел (100), электролитическую ванну (5) и устройство контроля (200). Электролизер (1) может управляться посредством системы (300) управления электролизером.

[0069] В одном варианте осуществления настоящего изобретения анод (2) и катод (3) погружены в электролитическую ванну (5). В другом варианте осуществления анод (2) связан с устройством контроля (200), а устройство контроля (200), в свою очередь, связано с системой (300) управления электролизером. В одном варианте осуществления анод (2) связан с устройством контроля (200) посредством анодных датчиков (500) (не показаны). В одном варианте осуществления анодные датчики (500) реализованы в виде анодных датчиков (500) напряжения.

[0070] Как показано на фиг. 1А, в одном варианте осуществления анод (2) расположен на электродном узле (100). В другом варианте осуществления, как показано на фиг. 1В, и анод (2) и катод (3) расположены на электродном узле (100).

[0071] Как показано на фиг.2, в некотором варианте осуществления настоящего изобретения электролизер (1) включает в себя множество анодов (2)(А₁, А₂, ...A_n). В одном варианте осуществления каждый анод (2)(А₁, А₂, ...A_n) оснащен датчиком (500) напряжения, который измеряет и передает сигнал падения напряжения с каждого анода (2)(А₁, А₂, ...A_n) на устройство контроля (200).

[0072] Как показано на фиг. 3, в другом варианте осуществления электролизер (1) включает в себя множество анодов (2)(А₁, А₂, ...A_n) и множество анодных распределительных пластин (110)(D₁, D₂, ...D_n). В одном варианте осуществления отдельные группы анодов (2)(А₁, А₂, ...A_n) удерживаются по отдельности каждой анодной распределительной пластиной (110)(D₁, D₂, ...D_n).

[0073] В одном варианте осуществления каждый анод (2) оснащен анодным датчиком (500) напряжения. В некоторых вариантах осуществления анодные датчики (500) напряжения оснащены чувствительным элементом или фильтром, выполненным с возможностью передавать только сигнал наивысшего падения напряжения на каждую распределительную пластину (110) и/или устройство контроля (200). В других вариантах осуществления все сигналы падения напряжения передаются от анодных датчиков (500) напряжения на каждую анодную распределительную пластину (110) и/или устройство контроля (200).

[0074] В другом варианте осуществления каждая анодная распределительная пластина (110) оснащена датчиком (500) напряжения анодной распределительной пластины, выполненным с возможностью измерять и передавать сигнал падения напряжения с каждой анодной распределительной пластины (110) на устройство контроля (200).

[0075] В некоторых вариантах осуществления датчики (500) напряжения анодной распределительной пластины оснащены чувствительным элементом или фильтром, выполненным с возможностью передавать только сигнал наивысшего падения напряжения на устройство контроля (200). В других вариантах осуществления все сигналы падения напряжения передаются от датчиков (500) напряжения анодной распределительной пластины на устройство контроля (200).

[0076] В одном варианте осуществления настоящего изобретения датчик (500) напряжения имеет одну или более точек измерения, расположенных так, чтобы измерять падение напряжения между упомянутыми точками, а датчик (500) напряжения выполнен с возможностью передавать сигнал падения напряжения, соответствующий измеренному падению напряжения. Например, в одном варианте осуществления датчики (500) напряжения выполнены с возможностью измерять падение напряжения между двумя точками на аноде (2). В некоторых вариантах осуществления сигнал падения напряжения включает в себя величину или значение, связанные с размером падения напряжения.

[0077] В одном варианте осуществления дисбаланс тока вследствие термитной реакции или электрического короткого замыкания в электролизере (1) будет оказывать влияние на падение напряжения на одном или более из анодов (2). В некоторых вариантах осуществления измеренное падение напряжения будет указывать на приблизительное местоположение этой проблемы. В других вариантах осуществления измеренное падение напряжения будет указывать на подверженные влиянию конкретный анод (2) или группу анодов (2).

[0078] В другом варианте осуществления датчики (500) напряжения расположены так, чтобы измерять падение напряжения между верхней частью проводника (299) каждого анода и общей точкой на каждом аноде (2), такой как анодный стержень (2а). Хотя этот вариант осуществления может потребовать больше сигналов и участков крепления проводов, он может обеспечить более чувствительное обнаружение дисбалансов тока, а также точное указание правильного местонахождения дисбаланса тока.

[0079] В другом варианте осуществления датчики (500) напряжения выполнены с возможностью измерять падение напряжения между точкой на анодном токоподводе и общей точкой на электрической распределительной пластине (110) или другой электрически подсоединенной конструкции.

[0080] Как показано на фиг. 7-8, в других вариантах осуществления электролизер (1) включает в себя один или более анодных узлов (101) в качестве электродного узла (100). В некоторых вариантах осуществления каждый анодный узел (101) может включать в себя одну или более групп анодов (2)(А₁, А₂, ...A_n). В других вариантах осуществления каждая группа анодов (2)(А₁, А₂, ...A_n) удерживается анодной распределительной пластиной (110).

[0081] В некоторых вариантах осуществления датчики (500) напряжения прикреплены к анодному узлу (101) в одном или более местоположениях, чтобы измерять соответствующее падение напряжения. Например.

[0082] В некоторых вариантах осуществления датчики (500) напряжения выполнены с возможностью измерять падение напряжения в анодном узле (101). В других вариантах осуществления датчики (500) напряжения выполнены с возможностью измерять падение напряжения в каждой анодной распределительной пластине (110).

[0083] В некоторых вариантах осуществления, поскольку группа анодов (2) может быть электрически соединена посредством анодной распределительной пластины (110), то падение напряжения, указывающее на термитную реакцию в одном или более анодах (2), вызовет дисбаланс тока по анодной распределительной пластине (110), влияющий на падение напряжения в анодной распределительной пластине (110). Например, когда термитная реакция или электрическое короткое замыкание оказывает влияние на электрический ток в одном или более из анодов (2), влиянию будет подвергаться и измеренное падение напряжения по анодной распределительной пластине (110). В некоторых вариантах осуществления измеренное падение напряжения в анодных распределительных пластинах (110) будет указывать приблизительное местоположение проблемы. То есть то, какая анодная распределительная пластина (110) может иметь анод (2), потенциально подверженный термитной реакции или короткому замыканию.

[0084] Например, и со ссылкой на фиг. 7-8, в некоторых вариантах осуществления электрический ток проходит вниз через анодную штангу электрического подключения (280), через токоподвод (290) и токоподводящий ниппель (295) в анодную распределительную пластину (110). Распределительная пластина (110) распределяет электрический ток в группу анодов (2), электрически соединенных с распределительной пластиной через каждый анодный проводник или участок крепления анодного штыря (299). В некоторых вариантах осуществления датчики (500) напряжения установлены вдоль одного или более из токоподвода (290), токоподводящего ниппеля (295), анодной распределительной пластины (110), анодного проводника или участка крепления анодного штыря (299) и анодов (2), чтобы измерять падение напряжения на отдельных областях анодного узла (101).

[0085] В некоторых вариантах осуществления, при нормальных условиях работы, каждый анод (2) пропускает одинаковый ток или аналогичный ток в пределах некоторого диапазона при подаче того же самого электрического тока. Соответственно, падения напряжения, измеренные в одной или более областях анодного узла (101) (то есть, на токоподводе (290), токоподводящем ниппеле (295), анодной распределительной пластине (110), анодном проводнике или участке крепления анодного штыря (299) и анодах (2)), должны быть аналогичными. Если термитная реакция вызывает локальное изменение электрического тока, проходящего через анод (2), то падение напряжения, измеренное в подвергнутых влиянию областях анодного узла (101), также изменится, и это изменение падения напряжения послужит показателем термитной реакции в данной области.

[0086] Предусмотрены различные методы подсоединения датчиков (500) напряжения. Например, в некоторых вариантах осуществления в анодном узле (101) или анодной распределительной пластине (110) просверливают/вырезают отверстие, которое затем заполняют (например, изоляционным материалом). В других вариантах осуществления датчик механически присоединяют (то есть непосредственно к) к внешней части анодного узла (101), анодной распределительной пластины (110), анодной штанги электрического подключения (280), анодного токоподводящего ниппеля (290), и так далее.

[0087] Фиг. 9 иллюстрирует различные сигналы обратной связи, которые могут быть использованы в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 9, измерения падения напряжения, указывающие на термитную реакцию, могут быть измерены на уровне отдельных анодов (2), анодных распределительных пластин (110) и/или токоподводящих ниппелей (295).

[0088] В одном варианте осуществления настоящего изобретения устройство контроля (200) принимает сигналы падения напряжения от анодных датчиков (500) напряжения и/или датчиков (500) напряжения анодной распределительной пластины и сравнивает эти сигналы падения напряжения с пороговым значением падения напряжения. В некоторых вариантах осуществления устройство контроля (200) генерирует термитный ответный сигнал, указывающий на возможность термитной реакции согласно сравнению сигналов падения напряжения с пороговым значением падения напряжения.

[0089] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения эксплуатационными параметрами электролизера (1) управляют посредством системы (300) управления электролизером. В одном варианте осуществления система (300) управления электролизером выполнена с возможностью принимать и реагировать на термитный ответный сигнал, генерируемый устройством контроля (200). Например, в некоторых вариантах осуществления система (300) управления электролизером будет осуществлять изменения в режиме работы электролизера, предназначенные для того, чтобы избегать или подавлять термитную реакцию, такие как извлечение анодов (2) из электролитической ванны (5), изменение напряжения, подаваемого на аноды (2) или распределительные пластины (110), и так далее. В некоторых вариантах осуществления, когда термитный ответный сигнал не генерируется или когда вместо него генерируется сигнал ожидания, система (300) управления электролизером делает предположение, что не требуется изменение/регулирование, чтобы избежать или подавить термитную реакцию.

[0090] Фиг. 4, 5 и 6 иллюстрируют способы контроля электролизера согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0091] Как показано на фиг. 4, способ контроля электролизера может включать в себя измерение (601) информации, указывающей на возможную термитную реакцию, анализ (602) информации, указывающей на возможную термитную реакцию, и регулирование (603) эксплуатационных параметров электролизера.

[0092] В варианте осуществления настоящего изобретения измерение информации, указывающей на возможную термитную реакцию, в операции (601) включает в себя измерение падения напряжения на одном или более из анодов (2) электролизера (1). В одном варианте осуществления измеряют падение напряжения на каждом аноде (2). В другом варианте осуществления измеряют падение напряжения на группе анодов. Например, в одном варианте осуществления падение напряжения может быть измерено от распределительной пластины (110), удерживающей группу анодов (А₁, А₂, ...A_n).

[0093] Хотя некоторые варианты осуществления настоящего изобретения основаны на измерении падения напряжения на одном или более анодах в качестве информации, указывающей на термитную реакцию, и/или для генерации термитного ответного сигнала, настоящее изобретение не ограничено этим. В другом варианте осуществления другая указывающая на термитную реакцию информация может быть измерена и использована для генерации термитного ответного сигнала. Например, в той степени, что изменение электрического тока, проходящего через анод (2) или распределительную пластину (110), указывает на возможность термитной реакции, в некоторых вариантах осуществления измерение информации, указывающей на возможную термитную реакцию, в операции (601) включает в себя измерение электрического тока, проходящего через один или более анодов (2) или распределительных пластин (110). В других вариантах осуществления измерение информации, указывающей на возможную термитную реакцию, в операции (601) включает в себя измерение магнитного поля, связанного с одним или более анодами (2) или распределительными пластинами (110). Еще в других вариантах осуществления измерение информации, указывающей на возможную термитную реакцию, в операции (601) включает в себя измерение электрического поля, связанного с одним или более анодами (2) или распределительными пластинами (110). В некоторых вариантах осуществления упомянутая информация, указывающая на возможную термитную реакцию, соответствует по меньшей мере одному из напряжения, падения напряжения, тока, электрического поля и магнитного поля, связанным с одним или более анодами (2) или распределительными пластинами (110).

[0094] В одном варианте осуществления настоящего изобретения анализ (602) информации, указывающей на возможную термитную реакцию, включает в себя прием сигнала падения напряжения от анодов (2) электролизера (1) и сравнение сигнала падения напряжения с пороговым значением падения напряжения, чтобы сгенерировать термитный ответный сигнал.

[0095] В одном варианте осуществления каждый анод (2) имеет связанный с ним датчик (500) напряжения для измерения падения напряжения между двумя известными точками, и каждый датчик (500) напряжения выполнен с возможностью посылать сигнал падения напряжения, соответствующий измеренному на каждом аноде (2) падению напряжения, на устройство контроля (200). В другом варианте осуществления каждая анодная распределительная пластина (110) имеет связанный с ней датчик (500) напряжения для измерения падения напряжения между двумя известными точками, и каждый датчик (500) напряжения выполнен с возможностью посылать сигнал падения напряжения, соответствующий измеренному на этой анодной распределительной пластине (110) падению напряжения, на устройство контроля (200). В другом варианте осуществления каждый анодный узел (101) имеет связанный с ним датчик (500) напряжения для измерения падения напряжения между двумя известными точками, и каждый датчик (500) напряжения выполнен с возможностью посылать сигнал падения напряжения, соответствующий измеренному на этом анодном узле (101) падению напряжения, на устройство контроля (200).

[0096] В некотором варианте осуществления настоящего изобретения устройство контроля (200) принимает сигнал падения напряжения и сравнивает его с предварительно заданным пороговым значением падения напряжения. В одном варианте осуществления, если упомянутый сигнал падения напряжения соответствует или превышает пороговое значение падения напряжения, то устройство контроля (200) генерирует термитный ответный сигнал. В другом варианте осуществления, если упомянутый сигнал падения напряжения не соответствует или не превышает пороговое значение падения напряжения, то устройство контроля (200) не генерирует термитный ответный сигнал или генерирует вместо него сигнал ожидания. Например, в одном варианте осуществления устройство контроля (200) принимает сигнал падения напряжения от анодной распределительной пластины (110) и генерирует термитный ответный сигнал, если сигнал падения напряжения соответствует или превышает пороговое значение падения напряжения.

[0097] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения термитный ответный сигнал меняется в зависимости от амплитуды или величины сигнала падения напряжения. Например, бóльшие сигналы падения напряжения, указывающие на более высокую вероятность короткого замыкания или термитной реакции, вызывают больший термитный ответный сигнал в устройстве контроля (200).

[0098] В варианте осуществления настоящего изобретения пороговое значение падения напряжения относится к предварительно заданному падению напряжения или диапазону падения напряжения, указывающему на термитную реакцию, соответствующую местоположению и расположению датчиков (500) напряжения. В качестве неограничительных примеров предварительно заданное пороговое значение падения напряжения может включать в себя диапазон допустимых сигналов падения напряжения; верхний диапазон сигнала падения напряжения; средний сигнал падения напряжения; скорость изменения сигнала падения напряжения, скорость увеличения или уменьшения падения напряжения, и их комбинацию.

[0099] В одном варианте осуществления пороговое значение падения напряжения вычисляется из и является функцией одной или более из характеристик электролизера, химического состава электролитической ванны, эксплуатационных параметров; скоростей подачи реагентов, состава анода или катода, напряжения или тока, подаваемых на электролизер или аноды, расстояния между анодом и катодом (т.е. межполюсного расстояния, «МПР»), или их комбинации. В одном варианте осуществления предварительно заданное пороговое значение падения напряжения основано на генерируемой компьютером вероятности претерпевания анодами (2) термитной реакции на основании одной или более из вышеупомянутых переменных.

[0100] В другом варианте осуществления пороговое значение падения напряжения определяют исходя из предшествующей эксплуатации электролизера. Например, в одном варианте осуществления ведут протокол сигналов падения напряжения, снятых за прошедшие циклы электролиза для каждого электролизера (1), и падения напряжения, соответствующие термитным реакциям и/или коротким замыканиям, регистрируют за каждый период.

[0101] Как используется в данной заявке, в некоторых вариантах осуществления «устройство контроля» относится к устройству (или приспособлению) для наблюдения, обнаружения и/или регистрации режима работы компонента или системы. Например, в некоторых вариантах осуществления устройство контроля включает в себя систему автоматического управления или компьютер, выполненные с возможностью непрерывного контроля, регистрации и сравнения сигналов падения напряжения с пороговым значением падения напряжения и генерации термитного ответного сигнала.

[0102] В одном варианте осуществления настоящего изобретения регулирование эксплуатационных параметров электролизера (1) в операции (603) включает в себя прием сигнала от устройства контроля (200) и, при необходимости, регулирование эксплуатационных параметров электролизера (1). Например, в одном варианте осуществления сигнал падения напряжения, принятый устройством контроля (200), не достигает или не превышает предварительно установленного порогового значения падения напряжения. В этом варианте осуществления термитный ответный сигнал не генерируется и не посылается в систему (300) управления электролизером. В этом случае система (300) управления электролизером делает предположение, что никакие изменения/регулировки не требуются, чтобы избежать или подавить термитную реакцию, и просто продолжает контролировать устройство контроля (200) на предмет термитного ответного сигнала. В другом варианте осуществления, если сигнал падения напряжения, принятый устройством контроля (200), не достигает или не превышает предварительно установленного порогового значения падения напряжения, то устройство контроля (200) генерирует сигнал ожидания. В этом варианте осуществления сигнал ожидания посылается в систему (300) управления электролизером, и система управления электролизером делает предположение, что никакие изменения/регулировки не требуются, чтобы избежать или подавить термитную реакцию, и просто продолжает контролировать устройство контроля (200) на предмет термитного ответного сигнала.

[0103] В других примерах, если сигнал падения напряжения, принятый устройством контроля (200), достигает или превышает предварительно установленное пороговое значение падения напряжения, то устройство контроля (200) генерирует термитный ответный сигнал и посылает его в систему (300) управления электролизером.

[0104] В других вариантах осуществления термитный ответный сигнал побуждает систему (300) управления электролизером производить изменения в электродном узле (101), такие как изменение МПР, перемещение анодов (2), извлечение анодов (2) из электролитической ванны, изменение тока или напряжения, подаваемого на аноды (2), анодную пластину (110) или анодный узел (101), или их комбинации. Неограничительные примеры регулировок в электролизере (1) включают в себя перемещение анодов (2) вверх или вниз, изменение температуры электролитической ванны (например, увеличение или уменьшение температуры электролитической ванны за счет перемещения укрытия электролизера); изменение химического состава электролитической ванны (например, увеличение относительного содержания компонента электролитической ванны, изменение содержания определенных компонентов/составляющих электролитической ванны, или изменение количества Al₂O₃, присутствующего в электролитической ванне); изменение межполюсного расстояния («МПР») (например, увеличение этого расстояние или уменьшение этого расстояния); извлечение электродного узла (101) и/или анодов (2) из электролитической ванны; изменение электрического тока, подаваемого в электролизер (1) (например, увеличение или уменьшение этого тока); и их комбинаций.

[0105] В одном варианте осуществления система (300) управления электролизером производит изменения, предназначенные для того, чтобы предотвратить или подавить термитную реакцию, связанную с инертными анодами. В других вариантах осуществления система (300) управления электролизером производит изменения, предназначенные для того, чтобы снизить частоту возникновения термитной реакции, связанной с инертными анодами.

[0106] В некоторых вариантах осуществления изменения, произведенные системой (300) управления электролизером, соразмерны величине падения напряжения. Например, в одном варианте осуществления, бóльшая скорость роста падения напряжения или бóльшая величина измеренного падения напряжения будет заставлять устройство контроля (200) генерировать термитный ответный сигнал соответственно большей величины. В этом варианте осуществления изменения, произведенные системой (300) управления электролизером, могут включать в себя больше изменений или более серьезные изменения эксплуатационных параметров электролизера (1), чтобы устранить, предотвратить или подавить термитную реакцию, связанную с инертными анодами.

[0107] Фиг. 5 иллюстрирует способ контроля электролизера согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0108] Как проиллюстрировано на фиг. 5, способ контроля электролизера (700) может включать в себя измерение (701) падения напряжения на анодах; направление (702) сигналов измеренного падения напряжения на устройство контроля; сравнение (703) сигналов измеренного падения напряжения с предварительно заданным пороговым значением падения напряжения; генерацию (704) термитного ответного сигнала; и регулирование (705) системы электролизера или ее компонентов в соответствии с этим термитным ответным сигналом.

[0109] В одном варианте осуществления настоящего изобретения одна или более из этих операций способа контроля электролизера (700) может быть, при необходимости, повторена, чтобы гарантировать, что надлежащим образом выполняется контроль анодов (2) в электролизере (1) на термитные реакции, и/или чтобы уменьшить вероятность возникновения термитной реакции в анодах во время работы. В качестве неограничительного примера после генерации термитного ответного сигнала в операции (704) способ (700) может включать возврат к направлению сигналов измеренного падения напряжения на устройство контроля при операции (702), чтобы определить, изменилась ли (увеличилась или уменьшилась) или осталась той же вероятность термитной реакции (например, нет наличия или вероятности термитной реакции).

[0110] Фиг. 6 иллюстрирует способ контроля электролизера согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0111] Как проиллюстрировано на фиг. 6, способ контроля электролизера (800) может включать в себя измерение (801) падения напряжения на анодной распределительной пластине, связанной с группой анодов; направление (802) сигналов измеренного падения напряжения на устройство контроля; сравнение (803) сигналов измеренного падения напряжения с предварительно заданным пороговым значением падения напряжения; генерацию (804) термитного ответного сигнала; и регулирование (805) системы электролизера или ее компонентов в соответствии с этим термитным ответным сигналом.

[0112] В одном варианте осуществления настоящего изобретения одна или более из этих операций способа контроля электролизера (800) может быть, при необходимости, повторена, чтобы гарантировать, что надлежащим образом контролируются анодные распределительные пластины (110) электролизера (1) на термитную реакцию, и/или чтобы уменьшить вероятность возникновения термитной реакции в анодах, связанных с каждой из анодных распределительных пластин (110). В качестве неограничительного примера после генерации ответного сигнала в операции (804) способ (800) может включать возврат к направлению сигналов измеренного падения напряжения на устройство контроля при операции (802), чтобы определить, изменилась ли (увеличилась или уменьшилась) или осталась той же вероятность термитной реакции (например, нет наличия или вероятности термитной реакции).

ПРИМЕР 1

[0113] В одном примере настоящего изобретения и применительно к фиг. 7-8, каждый отдельный анод (2) анодного узла (101) электрически соединен с устройством обратной связи (устройством контроля (200)) посредством датчика напряжения (датчика (500) напряжения).

[0114] Каждый датчик (500) напряжения прикреплен к проводящему штырю (299) и к другой части анода (2), такой как анодный стержень (2а), тело анода или к другому устройству механического крепления (например, зажимам и так далее, которые не включают в себя проводящий штырь (299)).

[0115] Падение напряжения, измеренное каждым датчиком (500) напряжения, показывает величину электрического тока, протекающего к/через каждый анод (2). Если какой-то конкретный анод (2) начинает термитную реакцию, сигнал падения напряжения для этого анода (2) будет быстро расти в ответ на увеличение электрического тока, проходящего через этот анод.

[0116] Устройство контроля (200) принимает сигналы падения напряжения с анодов и, если оно определяет, что некий сигнал измеренного падения напряжения соответствует или превышает предварительно заданное пороговое значение падения напряжения, то оно генерирует и отправляет термитный ответный сигнал в систему (300) управления электролизером для регулирования условий работы электролизера (1) или его компонентов так, чтобы устранить термитную реакцию. Например, посредством вывода предупредительного термитного сигнала оператору, извлечения анода (2) из электролитической ванны, увеличения МПР, снижения напряжения в системе и так далее.

ПРИМЕР 2

[0117] В другом примере настоящего изобретения и применительно к фиг. 7-8, каждая анодная распределительная пластина (110) удерживает отдельную группу анодов (2). Каждая анодная распределительная пластина (110) электрически соединена с устройством контроля (200) посредством датчика (500) напряжения. В некоторых вариантах осуществления все анодные распределительные пластины (110) электрически изолированы одна от другой. Например, в некоторых вариантах осуществления между анодными распределительными пластинами (110) имеется электрическая изоляция (например, воздушный зазор, электроизоляционный материал). В качестве неограничительных примеров анодная распределительная пластина (110) может быть расположена над слоем теплоизоляции электродного узла (101) (например, без покрытия) или под слоем теплоизоляции электродного узла (101) (например, с защитным покрытием).

[0118] Каждый датчик (500) напряжения измеряет падение напряжения, связанное с каждой анодной распределительной пластиной (110). Падение напряжения, измеренное каждым датчиком (500) напряжения, указывает на общую величину электрического тока, протекающего к/через все аноды (2), удерживаемые каждой анодной распределительной пластиной (110).

[0119] Устройство контроля (200) принимает сигналы падения напряжения от анодных распределительных пластин (110) и, если оно определяет, что некий сигнал измеренного падения напряжения соответствует или превышает предварительно заданное пороговое значение падения напряжения, то оно генерирует и отправляет термитный ответный сигнал в систему (300) управления электролизером для регулирования условий работы электролизера (1) или его компонентов так, чтобы устранить термитную реакцию.

[0120] Фиг. 10-26 иллюстрируют компьютерную модель, имитирующую варианты осуществления настоящего изобретения. В частности, эти фигуры иллюстрируют компьютерную модель короткого замыкания анода в период устойчивого функционирования, когда ток в электролизере поддерживали на постоянном уровне. Один анод (анод Х) выбрали для того, чтобы отобразить дополнительную величину тока в короткий период времени (пока поддерживали температуру электролизера). Компьютерная модель сосредоточена на итоговом влиянии на электрический потенциал пластины, падении напряжения на ниппеле (токоподводе), напряжении электролизера и изменении сопротивления электролизера.

[0121] Применительно к фиг. 7-8, фиг. 10 иллюстрирует распределение электрического тока, проходящего через аноды (2) в электродном узле (101). Как проиллюстрировано на фиг. 10, при нормальных условиях работы электролизера средний электрический ток через участки крепления анодных штырей (299) равен 203 амперам (А). В частности, как проиллюстрировано на фиг. 10, при нормальных условиях работы электрический ток анода «Х» составляет 213 А.

[0122] Как проиллюстрировано на фиг. 7-8, электрический ток, подводимый к аноду Х, проходит через анодную штангу электрического подключения (280), токоподвод (290) и один из токоподводящих ниппелей (295) в соответствующую анодную распределительную пластину (110). В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения падение напряжения, связанное с анодом Х, может быть обнаружено в различных точках этого электрического пути. Например, фиг. 11 иллюстрирует падения напряжения, измеренные в известных точках каждого из токоподводящих ниппелей (295). В частности, как проиллюстрировано на фиг. 11, при нормальных условиях работы падение напряжения, измеренное на токоподводящем ниппеле «Y», равно 0,0195 вольта (В).

[0123] Фиг. 12-21 иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения за счет моделирования случаев, когда анод Х подвергается короткому замыканию. В некоторых вариантах осуществления короткое замыкание, смоделированное на фиг. 12-21, имитирует эффекты термитной реакции на аноде Х.

[0124] Как проиллюстрировано на фиг. 12, в одной модели (случай 2) короткое замыкание на аноде Х служит причиной увеличения тока, протекающего через анод Х, до 419 А. Соответственно, как проиллюстрировано на фиг. 13, падение напряжения, измеренное на токоподводящем ниппеле «Y», возрастает до 0,0214 вольта (В) при увеличении тока на аноде Х до 419 А.

[0125] Как проиллюстрировано на фиг. 14, в одной модели (случай 3) короткое замыкание на аноде Х служит причиной увеличения тока, протекающего через анод Х, до 868 А. Соответственно, как проиллюстрировано на фиг. 15, падение напряжения, измеренное на токоподводящем ниппеле «Y», возрастает до 0,0254 вольта (В) при увеличении тока на аноде Х до 868 А.

[0126] Как проиллюстрировано на фиг. 16, в одной модели (случай 4) короткое замыкание на аноде Х служит причиной увеличения тока, протекающего через анод Х, до 1162 А. Соответственно, как проиллюстрировано на фиг.17, падение напряжения, измеренное на токоподводящем ниппеле «Y», возрастает до 0,0281 вольта (В) при увеличении тока на аноде Х до 1162 А.

[0127] Как проиллюстрировано на фиг. 18, в одной модели (случай 5) короткое замыкание на аноде Х служит причиной увеличения тока, протекающего через анод Х, до 1429 А. Соответственно, как проиллюстрировано на фиг. 19, падение напряжения, измеренное на токоподводящем ниппеле «Y», возрастает до 0,0305 вольта (В) при увеличении тока на аноде Х до 1429 А.

[0128] Как проиллюстрировано на фиг. 20, в одной модели (случай 1) короткое замыкание на аноде Х служит причиной увеличения тока, протекающего через анод Х, до 2909 А. Соответственно, как проиллюстрировано на фиг. 21, падение напряжения, измеренное на токоподводящем ниппеле «Y», возрастает до 0,044 вольта (В) при увеличении тока на аноде Х до 2909 А.

[0129] Фиг. 22-27 суммируют данные фиг. 10-21.

[0130] Как проиллюстрировано на фиг. 22-27, возрастание падения напряжения, измеренное на токоподводящем ниппеле (295), соответствующем аноду Х (токоподводящий ниппель «Y»), может быть использовано для обнаружения увеличения электрического тока на аноде Х.

[0131] Кроме того, поскольку подача постоянного электрического тока сбалансирована, другие измерения, связанные с анодным узлом (101), также могут быть использованы для подтверждения измерений, связанных с анодом Х.

[0132] Например, как проиллюстрировано на фиг. 22, увеличение электрического тока, протекающего через анод Х, повышает падение напряжения, обнаруженное в токоподводящем ниппеле «Y» (НИППЕЛЬ 3). Аналогично, соответствующее снижение падения напряжения, связанное с другими токоподводящими ниппелями (295) (НИППЕЛИ 1-2 и 4-6), подтверждает, что падение напряжения, обнаруженное в токоподводящем ниппеле «Y», не является ложным показанием. В других вариантах осуществления достоверность падения напряжения, обнаруженного в токоподводящем ниппеле «Y», может быть подтверждена измерением соответствующих снижений общего сопротивления электролизера (СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА) или увеличения потенциала анодной распределительной пластины.

[0133] Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения могут быть записаны в виде компьютерных программ и могут быть реализованы в цифровых вычислительных машинах общего назначения, которые выполняют программы, используя считываемые компьютером носители записи. Примеры считываемых компьютером носителей записи включают магнитные носители информации (например ПЗУ, гибкие диски, жесткие диски и так далее), оптические носители записи (например компакт-диски или цифровые видеодиски), и такие носители информации, как несущие волны (например, передача через Интернет).

[0134] Хотя было показано и описано несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области будет понятно, что в этих вариантах осуществления могут быть проделаны изменения без отступления от принципов и сущности настоящего изобретения, объем которого ограничен в прилагаемых пунктах формулы изобретения и их эквивалентах.

Изобретение относится к способу контроля возникновения термитной реакции в алюминиевом электролизере с инертными анодами. Способ включает обнаружение информации, указывающей на термитную реакцию, сравнение информации, указывающей на термитную реакцию, с пороговым значением, генерацию термитного ответного сигнала согласно сравнению и реагирование на термитный ответный сигнал посредством регулирования режима работы электролизера, при этом в качестве информации используют один из показателей, включающих напряжение, падение напряжения, ток, электрическое поле и магнитное поле, связанных с одним или более анодом. Раскрыт алюминиевый электролизер, имеющий устройство упомянутого контроля. Обеспечивается возможность исключения повреждения электролизера за счет предотвращения возникновения термитной реакции. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 27 ил.

1. Способ контроля возникновения термитной реакции в электролизере с инертными анодами, включающий:

обнаружение информации, указывающей на термитную реакцию, причем эта информация, указывающая на термитную реакцию, соответствует по меньшей мере одному из показателей, включающих напряжение, падение напряжения, ток, электрическое поле и магнитное поле, связанных с одним или более анодами,

сравнение упомянутой информации, указывающей на термитную реакцию, с пороговой величиной,

генерацию термитного ответного сигнала согласно полученному сравнению и

реагирование на термитный ответный сигнал.

2. Способ по п. 1, в котором обнаружение информации, указывающей на термитную реакцию, включает обнаружение указывающей на термитную реакцию информации от одного или более анодов, и при этом один или более анодов содержат оксид металла.

3. Способ по п. 2, в котором информация, указывающая на термитную реакцию, содержит информацию, имеющую отношение к электрическому току, проходящему через один или более анодов.

4. Способ по п. 3, в котором информация, указывающая на термитную реакцию, содержит по меньшей мере одну информацию о магнитном поле, связанном с одним или более анодами, электрическом поле, связанном с одним или более анодами, и напряжении, связанном с одним или более анодами.

5. Способ по п. 4, в котором информация, указывающая на термитную реакцию, содержит упомянутое падение напряжения, связанное с одним или более анодами.

6. Способ по п. 4, в котором упомянутое падение напряжения обнаруживают по известным точкам в каждом из одного или более анодов.

7. Способ по п. 4, в котором упомянутое падение напряжения обнаруживают по известной точке на анодной распределительной пластине, удерживающей группу из одного или более анодов.

8. Способ по п. 4, в котором упомянутое падение напряжения обнаруживают по известной точке в анодном узле, удерживающем один или более анодов или одну или более анодных распределительных пластин.

9. Способ по п. 4, в котором упомянутое падение напряжения обнаруживают по известным точкам по меньшей мере каждого из одного или более анодов, анодной распределительной пластины, удерживающей группу из одного или более анодов, и анодного узла, удерживающего один или более анодов или одну или более анодных распределительных пластин.

10. Способ по п. 5, в котором сравнение информации, указывающей на термитную реакцию, с пороговой величиной включает сравнение падения напряжения, связанного с одним или более анодами, с пороговым падением напряжения.

11. Способ по п. 10, в котором пороговое падение напряжения основано на данных предшествующей эксплуатации электролизера.

12. Способ по п. 11, в котором пороговое падение напряжения является уровнем падения напряжения, ранее связанным с термитной реакцией.

13. Способ по п. 12, в котором пороговое падение напряжения является скоростью возрастания падения напряжения.

14. Способ по п. 10, в котором пороговое падение напряжения является представленным компьютером пороговым значением, выведенным на основании данных предшествующей эксплуатации электролизера или параметров работы и строения электролизера.

15. Способ по п. 13, в котором генерация термитного ответного сигнала согласно сравнению включает генерацию термитного ответного сигнала, если обнаруженное падение напряжения соответствует или превышает пороговое падение напряжения.

16. Способ по п. 13, в котором генерация термитного ответного сигнала согласно сравнению включает генерацию термитного ответного сигнала, если обнаруженное падение напряжения указывает на резкое повышение падения напряжения на одном или более анодах.

17. Способ по п. 13, в котором генерация термитного ответного сигнала согласно сравнению включает генерацию термитного ответного сигнала, если при сравнении с пороговым обнаруженное падение напряжения указывает на резкое возрастание падения напряжения на одном или более анодах.

18. Способ по п. 13, в котором генерация термитного ответного сигнала согласно сравнению включает генерацию сигнала ожидания в качестве термитного ответного сигнала, если обнаруженное падение напряжения не соответствует или не превышает пороговое падение напряжения.

19. Способ по п. 18, в котором генерация термитного ответного сигнала согласно сравнению включает генерацию сигнала ожидания в качестве термитного ответного сигнала, если при сравнении с пороговым обнаруженное падение напряжения не указывает на резкое возрастание падения напряжения на одном или более анодах.

20. Способ по п. 19, в котором реагирование на термитный ответный сигнал содержит продолжение обнаружения информации, указывающей на термитную реакцию, когда термитный ответный сигнал является сигналом ожидания.

21. Способ по п. 17, в котором реагирование на термитный ответный сигнал включает отправку сигнала оператору электролизера.

22. Способ по п. 17, в котором реагирование на термитный ответный сигнал включает регулирование эксплуатационных параметров электролизера.

23. Способ по п. 22, в котором регулирование эксплуатационных параметров электролизера включает одно или более из следующих: изменение межполюсного расстояния (МПР) одного или более анодов, перемещение одного или более анодов, извлечение одного или более анодов из электролитической ванны, изменение тока, подаваемого к одному или более анодам, изменение температуры электролитической ванны, изменение химического состава электролитической ванны, извлечение электродного узла из электролитической ванны, изменение электрического тока, подводимого к электролизеру.

24. Способ по п. 23, в котором величина термитного ответного сигнала соответствует величине обнаруженного падения напряжения, при этом реагирование на термитный ответный сигнал соразмерно с величиной термитного ответного сигнала.

25. Электролизер с инертными анодами, содержащий:

две или более группы инертных анодов, выполненных с возможностью подвода электрического тока к электролитической ванне в жидкостном контакте с двумя или более анодами,

первую анодную распределительную пластину, электрически соединенную с первой группой инертных анодов, выполненную с возможностью распределения электрического тока в первую группу инертных анодов,

первый датчик напряжения, выполненный с возможностью обнаружения падения напряжения, связанного с первой анодной распределительной пластиной, и передачи соответствующего первого сигнала падения напряжения,

вторую анодную распределительную пластину, электрически соединенную со второй группой инертных анодов, выполненную с возможностью распределения электрического тока во вторую группу инертных анодов,

второй датчик напряжения, выполненный с возможностью обнаружения падения напряжения, связанного со второй анодной распределительной пластиной, и передачи соответствующего второго сигнала падения напряжения,

устройство контроля возникновения термитной реакции, выполненное с возможностью приема первого и второго сигналов падения напряжения и генерирования термитного ответного сигнала, если один из первого или второго сигнала падения напряжения достигает или превышает пороговое падение напряжения, и

систему управления электролизером, выполненную с возможностью приема термитного ответного сигнала и регулирования эксплуатационных параметров электролизера согласно термитному ответному сигналу,

при этом упомянутое устройство контроля выполнено с возможностью генерирования термитного ответного сигнала, если при сравнении с пороговым падением напряжения один или более из первого и второго сигналов падения напряжения указывает на резкое возрастание падения напряжения на первой или второй анодной распределительной пластине.