Способ регулирования выхода по току алюминиевого электролизера Советский патент 1986 года по МПК C25C3/20 

I

Изобретение относится к промьш- ленному производству алюминия электролизером криолит-глиноземных рас- гйавов, а именно к контролю и регулированию выхода по току алюминиевых электролизеров, и может быть использовано для оценки интенсивности технологических процессов, сопровождающихся выделением газа, например, для контроля производительности маг- ниевых электролизеров,

Цель изобретения - повьппение производительности за счет оперативности и точности контроля и регулирования .

На фиг, 1 представлен элементарный участок объема электролизера; на фиг. 2 - его эквивалентная схема; на фиг. 3 - график спектральной плотности флуктуации, вызванных гаэовы- делением в электролите; на фиг, 4 - структурная схема устройства контроля выхода по току для реализации

предлагаемого способа,

I

Введены следующие обозначения:

анод 1, газовые пузырьки 2, электролит 3, катод 4 (расплавленный металл), сопротивление R, электролита, обусловленное наличием газа, сопротивление R- электролита в отсутствии газа, емкость С, анод-электролит при наличии газовых пузырьков, емкость С2 анод-электролит в отсутствии газа графики 5-7 спектральной плотности флуктуации, вызванных колебаниями га за СО, COg, и суммарной соответственно, клеммы 8 для снятия рабочего напряжения электролизера, акустический датчик 9, полосовой фильтр 10, усилитель 11, ограничитель I2, интегра- тор 13, перемножитель 4, индикатор 15, делитель 16, перемножитель 17

Разложение глинозема ведет к образованию газообразного кислорода (присутствие газообразного фтора не учитывается). Соприкасаясь с анодом, кислород окисляет уголь с образованием газа СО и СО. В электролите газ ведет себя подобно упругому шарику с эквивалентной присоединенной массой m 4 й а , равной массе электролита, заключенной в объеме, участвующем в пульсациях пузьфька. Кинетической энергией обладает оболочка сферы пузырька с коэффициентом жест- кости S 12 It JC Рд, Каждый пуэьфек имеет свою собственную частоту, определяемую из равенст ва

Р 2 ira

(О

5

0

5 0 5

где а - диаметр пуэьфька, м;

If - отношение удельных теплоем- костей газов, наполняющих пузьфек (относительная единица): для СО 1,33, для COj 1 ,18 при ;

Рд - гидростатическое давление на глубине нахождения пузьфька, равное (1+0,21h) X 10

h - глубина погружения анода, м; р - плотность электролита,

2100 кг/м.

В связи с тем, что интенсивность флуктуации определяется присоединенной массой электролита,пропорциональной а , а количество пузьфьков газа в электролите пропорционально а, то максимум интенсивности колебаний приходится на частоту 30-150 Гц, для которой произведение присоединенной массы на количество пузьфьков газа данного диаметра имеет максимальное значение. Если подставить в вьфаже- ние (I) наиболее вероятную величину диаметра газового пузырька а 2/3 h ( см), то получим наиболее вероятные частоты колебаний газа СО и COj,равные 62 и 68 Гц соответственно. Пульсирующий объем газа в электролите вызьгоает колебания в области : звуковых частот.

Сопротивление электролита R при наличии газа увеличивается за счет уменьщения эффективного сечения электропроводящего объема. Увеличение сопротивления электролита за счет газа моделируется включением резистора R1 и перемещением его движка в направлении X. Следовательно, активное сопротивление, обусловленное газом, можно записать в виде

-е --S,

где В - сопротивление столбика электролита 0,05 0,01 0,01 м с пу- -зырьком газа диаметром 0,005 м;

ct - коэффициент пропорциональности, vi 1/5

aj - диаметр i-rp пузырька газа, ограниченный пределами О а 5 Юм (предел сверху ограничен меж- полюснь м расстоянием, снизу - реально обнаруживаемыми размерами газовых пузьфьков);

- угловая частота собственного резонанса газового пузырька. Полагая, что сопротивление электролиР,

та в отсутствие газа имеет постоянну величину (что допустимо для неколеб- люп1ейся Поверхности металла), найдем суммарное эквивалентное сопротивление рассматриваемого объема электро- лита. Поскольку R (0) const, то результирующее сопротивление электролита будет зависеть от диаметра пузырька газа. Сопротивление R2 будет увеличиваться пропорционально а и флуктуировать с частотой оз; 2irf собственных колебаний газового пузырька. В связи с этим межполюсное напряжение будет также флуктуировать с частотами ,

n.N .

ЛАП 21 Wja,

J- .i t

где J - номер элементарного объема элемента электролизера;

1 - номер пузырька газа в элемен

тарном объеме.

В результате получается узкополосный спектр с максимумом мощности флуктуации, соответствующим наиболее веро- ятному диаметру газового пузырька. Определив интеграл от спектральной плотности флуктуации в выбранном диапазоне частот, можно судить об интенсивности газовьщеления. Отношение величины интеграла спектральной плот ности флуктуации, измеренной на данном электролизере, к эталонной (полученной расчетным путем) дает, при известном токе серии, оценку выхода по току в момент измерения, т.е. перейдя к символам можно записать iz

JP(U)C)Q

Ic i,

El

o,s+o,s

lo с

.

где - выход по току, %;

Ij. и 1д - токи серии в момент измерения интеграла спектральной плотности флуктуации и принятый при вычислении коэффициента С;

С - постоянный коэффициент, соответствующий интегралу от спектральной плотности флуктуации при 100%- ном выходе по току;

Р(со) - спектральная плотность флуктуаций;

f, ,f2 - частоты, на которых производятся измерения спектральной плотности;

ДГ - полоса частот, в которой определяется спектральна:я плотность флуктуации (полоса пропускания фильтра).

j |0 t5

2U

25

30

5

0

5

0

5

Коэффициент С определяется путем экстраполяции экспериментально определенной кривой, отражающей зависимость интеграла спектральной плотности флуктуации для различных значений выхода по току.

Способ реализуется с помощью устройства (фиг. 4)-, которое может работать в двух режимах в зависимости от положения переключателя П2 (контроль К, регулирование Р). В положении Р флуктуации рабочего напряжения электролизера с клемм 8, или акустические излучения с акустического датчика 9, установленного на электролизере, подают на полосовой фильтр 10 с полосой пропускания дГ (фиг. 3). В процессе регулирования может быть установлена резонансная частота полосового фильтра f или f . С полосового фильтра 10 сигнал поступает на усилитель П с коэффициентом усиления порядка 1000, далее сигнал подается на ограничитель 12. Ограниченные, однополярные флуктуации поступают на интегратор 13 с временем интегрирования, выбранным в пределах (I0-100)f2 (0,5-1,5)с. С выхода интегратора в момент считывания сигнал поступает на блок 14 перемножения и далее на аналоговый или цифровой индикатор 15, щкала которого отградуирована в относительных единицах.

. В положении Р первое измерение выполняется на частоте f , второе - на частоте f , показания индикатора запоминаются. Процесс регулирования осуществляется перемещением анода, а с интервалом 2-3 мин производятся повторные измерения. Регулирование заканчивается, когда отношение показаний индикатора на частоте f к показанию индикатора на частоте f будет максимально. По окончании регулирования переключатель П2 переводится в положение К, а полосовой фильтр - на частоту f . В этом положении сигнал, пропорциональный спектральной плотности в полосе А F при частоте настройки f , поступает на блок 14 перемножения. На второй вход блока 14 поступает сигнал С , полученный перемножением величины С (в аналоговом варианте эта величина есть постоянное напряжение, соответствующее интегралу от спектральной

плотности флуктуации в измеряемом диапазоне частот для I00%-ного выхода по току) на коэффициент отношения текущего значения тока серии I к принятому в расчетах 1. Этот коэффициент определяется в делителе 16 путем нахождения отношения 1./1, С выхода церемножителя 14 сигнал, пропорциональный выходу, по току, поступает на аналоговый или цифровой индикатор I5, шкала которого отградуирована в процентах.

При рассмотренном определении выхода по току газ, находящийся над уровнем электролита, не оказывает влияния на суммарное сопротивление электролита R , а следовательно, и на контролируемый параметр.

Периодичность контроля выхода по току можно вести с любой последовательностью, заданной технологией, с учетом продолжительности вьтолнения операций регулирования технологического режима.

ж

FI

raf(( fcrcfff

Л

/

--- iM

f fjnf (С t (С(с (

я

Фиг. 5

17

Г Т

Составитель А. Абросимов Редактор В. Петраш Техред И,Попович Корректор Л. Патай

Заказ 2106/20 Тираж 615Подписное

ВНИИШ1 Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Фиг. 4