Способ диагностики анодного эффекта в алюминиевом электролизере Советский патент 1989 года по МПК C25C3/20 

Изобретение относится к промышленному производству алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов и касается диагностики анодного эффекта на алюминиевых электролизерах с обожженными анодами.

Цель изобретения - повышение достоверности диагностики.

На фиг.1 представлены кривая изменения сглаженного напряжения и функция взаимокорреляции между средним значением напряжения электролизера и интенсивностью частотной гармоники; на фиг.2 - блок-схема системы для реализации предлагаемого способа диагностики.

Сущностью способе диагностики является определение состояния электролизера, когда количество газов, накапливающихся под подошвой анода и образующих газовую пленку за время контроля напряжения, превышает количество газов, выходящих из-под подошвы анода. Это состояние свидетельствует об увеличении газовой пленки и приближении анодного эффекта. При хорошей смачиваемости электролитом подошвы анода, ЧТОБ общем случае наблюдается при высокой концентрации глинозема, выделение газов из электролита происходит по всей площади подошвы анода. Интенсивность газовыделения, фиксируемая по соответствующей гармонике напряжения частотой, в данном случае максимальна. При уменьшении концентрации глинозома

Ј

00

со со bo

ухудшается смачиваемость подошвы анода, образуется газовая пленка, уменьшается площадь подошвы анода, контактирующая с электролитом, и соответственно уменьшается интенсивность гармоники напряжения электролизера частотой f. При этом часть газов из электролита выделяется непосредственно в газовую пленку. В процессе электролиза в зависимости от концентрации глинозема площадь газовой пленки, а следовательно площадь подошвы анода, контактирующая с электролитом, и интенсивность rap- моники с частотой f меняются. Способ базируется на выявленной зависимости между изменением напряжения электролизера и интенсивностью частотной гармоники напряжения, соответстую- щей газовыделению из электролита, в нормальном состоянии электролизера и перед анодным эффектом. В качестве параметра, обеспечивающего контроль газовыделения и образования газовой пленки, используется напряжение электролизера, а также производные от него параметры: интенсивность частотной гармоники напряжения, соответствующая газовыделению, и функция коэффициента взаимокорреляции между напряжением электролизера и интенсивностью данной частотной гармоники.

Диагностика анодного эффекта основана на выделении признаков распозна вания из одного измеряемого парамет ра и использование их взаимосвязей, присущих состоянию перед анодным эффектом. В частности, данный способ основывается на выявлении взаимокор реляции между инфранизкой частотной составляющей напряжения электролизер (с периодом 30 с и выше) и низкочастотной составляющей (с частотой 0,9Зоны 4 и 5, ограниченные осью абсцисс и кривой Лункции Ry T(t), соответствуют положительному значению функции. Наличие зоны 4 объясняется прекращением роста газовой пленки в точке b и увеличением интенсивности газовыделения при увеличении напряжения, наличие зоны 5 - соответ50

1,3 Гц). Первая составляющая соответ-45 ственно уменьшением интенсивности,

обусловленным понижением напряжения. Зона 6 соответствует увеличению интенсивности газовыделения под анодом за счет уменьшения площади газовой пленки и выделения газов газовой пленки наружу. Степень увеличения этой интенсивности можно оценить по величине интеграла от функции Иц /t) по времени на участке cd. Зона 7 соответствует состоянию электролизера, когда наблюдается понижение интенсивности газовыделения, обусловленное прекращением уменьшения площади газовой пленки и понижением

ствует сглаженному напряжению электролизера Г3 и используется как параметр контроля процесса пассивации и рае- пассивации т.е. процесс, обратный пассивации подошвы анода. Вторая составляющая соответствует частотной гармонике напряжения электролизера, обусловленной образованием под анодом и выходом наружу некоторого результирующего газового пузыря. Событие, в котором происходит возрастание первой составляющей (первая производная положительна) при уменьшении интенсивности второй составляю55

щей, диагностируетсячкак увеличение пассивированной площади, а понижение Ua (первая производная отрицательная) при одновременном увеличении интенсивности второй составляющей распознается как уменьшение пассивированной площади,

Из анализа кривых 1 и 2 (фиг.1), представляющих собой во времени сглаженного напряжения электролизера и функции коэффициента взаимокорреляции между напряжением электролизера и интенсивностью частотной гармоники, видно, что зона 3, ограниченная осью абсцисс и функцией RUa (t) (где Е - коэффициент взаимокорреляции; 1ТЭ - среднее напряжение электролизера; I - интенсивность частотной гармоники), соответствует отрицательному значению функции Pu (t) на участке напряжения электролизера, имеющего положительную первую производную. На этом временно интервале увеличение напряжения и изменение функции Ru (t) в отрицательной функции свидетельствует об уменьшении интенсивности газовыделения из электролита под подошвой анода, контактирующей с электролитом. Степень уменьшения интенсивности можно оценить по величине интеграла от функции Ry (t) по времени, когда функция отрицательна, на участке напряжения с положительной первой производной ab.

Зоны 4 и 5, ограниченные осью абсцисс и кривой Лункции Ry T(t), соответствуют положительному значению функции. Наличие зоны 4 объясняеся прекращением роста газовой пленки в точке b и увеличением интенсивности газовыделения при увеличении напряжения, наличие зоны 5 - соответственно уменьшением интенсивности,

напряжения электролизера. Зона 8 определяет состояние увеличения интенсивности газовыделения при увеличении напряжения электролизера до момента увеличения площади газовой пленки (до точки е).

В качестве распознающего признака приближения анодного эффекта используется знак разности модулей интегралов от функции (t) по области ее определения, в которой она отрицательна на интервале контроля напряжения, соответствующих участкам с положительной и отрицательной первой производной от сглаженного по методу скользящего усреднения напряжения электролизера. Этот знак разности указывает на соотношение количества газов, выделяющихся из электролита под подошвой анода и образующих газовую пленку за время контроля напряжения, и количества газов, выходящих из-под подошвы наружу за этот же временной интервал. Если знак отрицательный, то это значит, что по окончании каждого периода колебания сглаженной переменной составляющей напряжения электролизера (кривая 1 на фиг.1) все пузыри, составляющие газовую пленку, выходят наружу. Если знак разности интегралов положительный, то это свидетельствует об увеличении площади газовой пленки и приближении анодного эффекта. По полученным экспериментальным данным периодичность низкочастотных колебаний напряжения электролизера находится во времени. Для выбора частотной гармоники достаточно десяти реализаций напряжения электролизера за 5 мин до наступления анодного эффекта.

Способ диагностики реализуется следующим образом.

10

Напряжение электролизера, измеряемое в течение 4 мин с помощью двенадцатиразрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с дискретностью 0,2 с, записывается в буферное 5 запоминающее устройство..Затем для частоты f из диапазона 0,9-1,3 Гц на окне Т0, равном 5 с, с шагом Тщ, равным 1 с, производится расчет массива интенсив нос тей-М о частотной гармоники на интервале измерения напряжения

TUZ/A

Расчет производится по следующей

Лормуле: 20

25

1

n-« n-V

Ко)) --() + (nr

Ti fi m

W

xU3U(n+k).. -созОад)),

где а - угловая частота;

30 иэц

n - число замеров за время Т,.,,.

H3«f

(m) - центрированные значения временного ряда зна ений напряжения электролизера

-о и тш

(п 1-п).

Далее для тех же значений ТЈ 35 методом скользящего усреднения производится расчет массива М,, сглаженных значений напряжения электролизера, Для массивов М, и 1 на скользящем окне Т0 с шагом тв производится

ся в интервале 20-40 с, поэтому время 40 расчет массивов М,сглаженных во второй раз значений напряжения электролизера 11 (кривая 1 на фиг.1) и массива м, значений функции Руэт () Дален для этой Лункции по области ее 45 определения, в которой она отрицательна, на интервале Тиз по формуле прямоугольников производится расчет интегралов А и В, соответствующих участкам сглаженного напряжения элек- газовыделению из электролита, произ- 50 олизера и, с положительной (учас- водится на основе выявления максималь- ток } и отрицатепьной (участок Тг)

первой производной. Математическая запись расчета интегралов А и В имеет

контроля напряжения должно включать в себя несколько колебаний низкочастотной составляющей напряжения, По результатам испытаний способа для получения достоверности диагноза анодного эффекта, близкой к 100%, достаточен интервал измерения напряжения порядка 4 мин. Определение частотного диапазона, соответствующего

ной отрицательной корреляции между напряжением электролизера на участках с положительной первой производной и интенсивностью частотных гармоник напряжения. Выбор конкретной частотной гармоники из диапазона 0,9-1,3 Гц производится для каждого электролизера отдельно и может корректироватьследующий вид:

55

А Т

ш

«Т,

);

в т(

ш

V.«T,

R

иэГ

t);

ся во времени. Для выбора частотной гармоники достаточно десяти реализаций напряжения электролизера за 5 мин до наступления анодного эффекта.

Способ диагностики реализуется следующим образом.

Напряжение электролизера, измеряемое в течение 4 мин с помощью двенадцатиразрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с дискретностью 0,2 с, записывается в буферное запоминающее устройство..Затем для частоты f из диапазона 0,9-1,3 Гц на окне Т0, равном 5 с, с шагом Тщ, равным 1 с, производится расчет массива интенсив нос тей-М о частотной гармоники на интервале измерения напряжения

TUZ/A

Расчет производится по следующей

Лормуле:

1

n-« n-V

Ко)) --() + (nr

Ti fi m

W

xU3U(n+k).. -созОад)),

где а - угловая частота;

иэц

n - число замеров за время Т,.,,.

H3«f

(m) - центрированные значения временного ряда зна ений напряжения электролизера

-о и тш

Ј произаженолизераящем ся

следующий вид:

55

А Т

ш

«Т,

);

т(

ш

V.«T,

R

иэГ

t);

, тигм}|;

Т 2 {t Rual(t)°; dMr.) , т } .

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролизу алюминия, и может быть использовано при автоматическом контроле алюминиевых электролизеров. Цель изобретения - повышение достоверности диагностики. В качестве распознающего признака приближения анодного эффекта используется знак разности интервалов от функции взаимокорреляции между сглаженным напряжением электролизера и интенсивностью частотной гармоники напряжения в диапазоне 0,9-1,3Гц. Знак разности характеризует состояние газовой пленки под подошвой анода: если, например, знак разности интегралов положительный, то это свидетельствует об увеличении площади газовой пленки и приближении анодного эффекта. 2 ил.

Затем определяется признак приближения анодного эффекта Рдэ

f 1 если 1AI - , | 0, если А| - 1BISO,

кэ

Равенство признака анодного эффекта единице свидетельствует о приближении анодного эффекта.

Предлагаемый способ может быть реализован на базе общеизвестных вычислительных средств АСУ ТП электролиза алюминия или с применением специализированного устройства диагностики анодного эффекта, структурная схема которого представлена.на фиг.2

Устройство содержит АЦП 9 вход которого подключен к клеммам напряжения электролизера U, а выход - к информационному входу блока 10 буферной оперативной памяти (БОП)t управляющий вход которого подключен к выходу таймера 11 и к управляющему входу блока 12 расчета интенсивности частотной гармоники и скользящих средних значений напряжения электролизера (БРИН), коррелятор 13, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока 12, а первый и второй выходы-соответственно к первому и второму входам блока 14 дискриминаци и суммирования (БДС), выход которого подключен к выходу устройства.

Устройство работает следующим об- разом.

В блоке 10 БОП в течение времени TUJM , устанавливаемом таймер 11, производится запись напряжения электролизера, преобразованного в цифровую форму АЦП 9. По окончании времени TUJM в блока 12 ИРИН производится расчет массивов М и М. Элементы массива М с первого выхода блока 12 поступают на первый вход корреля- тора 13, а элементы массива М с второго выхода блока 12 - на второй вход коррелятора 13. В последнем производится расчет значений массивов Mj и М|. Затем в блоке 14 диск- риминации и суммирования производится выделение участков напряжения элек0

5

0

ч 5

0

5 тролизера с положительной и отрицательной первой производной, вычисление А и В, а также определение признака приближения анодного эффекта Рдэ. При расчете данные о сглаженном напряжении U поступают с первого выхода коррелятора 13 на первый вход блока 14, а элементы массива Кф с второго выхода коррелятора - на второй вход блока 14.

Способ позволяет определить приближение анодного эффекта за 8-10 мин до его начала. Апробация способа производилась с применением подсистемы регистрации напряжения электролизера и ЭВМ ЕС 1022 и БЭСМ 6/7. Для проверки способа использовались свыше 40 реализаций напряжений, снятых с друх электролизеров на Таджикском алюминиевом заводе. По результатам апробации получена достоверность распознавания приближения анодного эффекта около 97% с временем счета на ЭВМ ЕС 1022 15 с для 1000 дискретных значений напряжения электролизера, измеренных на интервале 4 мин 20 с.

Формула изобретения

Способ диагностики анодного эффекта в алюминиевом электролизере, включающий измерение напряжения электролизера, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности диагностики, определяют функцию взаимокорреляции между сглаженным напряжением электролизера и интенсивностью частотной гармоники напряжения электролизера в диапазоне 0,9-1,3 Гц, причем приближение анодного эффекта фиксируют, если для функции взаимокорреляции в ее отрицательной области на временном интервале контроля напряжения разность модулей интегралов этой функции, соответствующих участкам с положительной и отрицательной первой производной от сглаженного напряжения электролизера, положительна.

r)

Фиг.1

U

Фиг, 2

АЭ