Способ автоматического управления алюминиевым электролизером Советский патент 1989 года по МПК C25C3/20 

Изобретение относится к электролитическому способу получения алюминия и может быть использовано при автоматическом управлении электролизером.

Цель изобретения - повышение производительности электролизера.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего способ.

Устройство состоит из электролизера 1, регулятора 2 сопротивления, блока 3 расчета обратной ЭДС, блока 4 регистрации анодного эффекта, датчика 5 тока, блока 6 коррекции уставок сопротивления.

Сущность способа заключается в оценке отклонения теплового режима электролизера от номинального значения как по отклонению частоты анодных эффектов, так и отклонению обратной ЭДС. В этом случае влияние на обратную плотность тока состава электролита, активности углеродистого материала и др., кроме температуры рассматривается как помеха.

При повышении температуры расплава на один градус значение обратной ЭДС уменьшается на 2,4-3,4 мВ.

Тогда при изменении температуры расплава от 950 доМООО°С изменение обратной ЭДС должно составить - (120-170) мВ.

Одновременный контроль отклонения частоты анодных эффектов (АЭ) и обратной ЭДС позволит повысить надежность формирования управляющего воздействия за счет исключения влияния на контур управления помех, связанных с изменением режимов загрузки глинозема, скорости его растворения.

Определение заданного значения обратной ЭДС по результатам измерений ее значений на группе электролизеров

3

с частотой анодных эффектов 0,5-1,5 обеспечивает инвариантность алгоритм к дрейфу общих для всех электролизеров параметров,таких,например,как состав и качество анодной массы, анодная плотность тока и т.д.

Экспериментально установлено, что

оптимальному диапазону температур расплава электролита 960-965 С при

среднеквадратическом отклонении загружаемой массы глинозема, равной +.35 кг, соответствует диапазон частоты анодных эффекгов, равньй 0,51.5.

Устройство для реализации способа работает следующим образом.

Анодная и катодная шины электролизера 1 соединены с входами V- регулятора 2 сопротивления, блока 3 опре- деления обратной ЭДС и блока 4 регистрации анодных эффектов. Входы I регу- лятора 2 сопротивления и блока 3 определения обратной ЭДС соединены с вьсхо- дом 5 датчика тока серии.Выход блока 3 определения обратной ЭДС подключен к одному из входов блока 6 коррекции уставок, другой вход которого подключен к выходу блока А регистрации анодных эффектов. Выход блока 6 коррекции

уставок соединен с входом Р регулято 2 сопротивления,

Напряжение V с шин электролизера и сигнал, пропорщ1онал1 Ный току серии 1, с датчика 5 тока подают на входы регулятора - сопротивления. По данным Vg и If., а -чкже значению обратной ЭДС производят расчет приведенного напряжения:

Б

где

тока

серии, кА. Полученное значение

Р

сравнивают

с заданным, поступающим с выхода блока 6 коррекции уставок, и, если отклонение превышает зону }1счувствительности формируют сигнал на перемещение анодного массива.

Обратную ЭДС рассчитывают методом экстраполяции I-V кривой до 1-0 .(блок 3). Входными величинами блока 3 являются мгновенные значения напряжения электролизера Vj и тока серии

с

а выходной среднее значение ЭДС

за период t .

Блок 4 регистрации анодных эффектов включает в себя пороговый элемент с напряжением срабатывания 9-1 1 В и за0

5

Q 5

0

5

0

поминающее устройство. Периодически данные о среднем значении обратной ЭДС и количестве анодных эффектов с выходов блоков 3 и А поступают на вход блока 6 коррекции уставок, который является общим для всех электролизеров серии. Для группы электролизеров, частота анодных эффектов которых находится в заданных границах, определяется среднее значение обратной ЭДС и величина среднеквадрати- ческого отклонения. Эту величину обратной ЭДС принимают в качестве номинальной, а удвоенное значение ее среднеквадратического отклонения в качестве зоны нечувствительности.

Затем для каждого электролизера определяют отклонение частоты анодных эффектов и обратной ЭДС от но- кшнальньос значений и, если ти отклонения имеют один и тот же знак и превышают зоны нечувствительности, то заданное значение уставки сопротивления такого электролизера изменяют на одну ступень, величина ко- Topoft соответствует изменению напряжения на 50 мВ при заданном номинальном токе серии.

Способ управления алюминиевыми электролизерами может быть реализован в рамках АСУ ТИ Электролиз на базе УВК типа СМ-2М.

Пример. Регулятор сопротивления (напряжения) электролизера реализовывался следующим образом.

Рассчитывается приведенное напря-; женис электролизера

V -A

0

С где ,

riil

+А,

5

-- средние значения напряжения и тока серии на J-M цикле измерения, соответственно;

А - постоянная величина, численно равная обратной ЭДС электролизера (принимали А 1,48 В); 1 - номинальное значение тока серии ( кА) .

Полученное значение приведенного напряжения сравнивалось с заданным, и,если разница превышала пороговое значение (±25 мВ), то формировалась команда на перемещение анодного массива вниз или вверх в зависимости от знака отклонения.

5

Блок определения обратной ЭДС включал в себя вьтолнение следую операций:

расчет предварительной МНК - ки обратной ЭДС. по.

YivLii D: ;

где

J

D

41

(i) 11

.„tJ 1 „0 ,(3)

Dx-- -Z V ; I ; ; и

tiT

Расчет стандартной ошибки j-ой МНК - оценки

,„.-. o v i ,

Р Vi V - --ni r.TiI

,11

D

1)

-5пг1-1Гя пВ -тГла :i

где

i|:v .

Расчет коэффициента фильтрации gj Н|, /(H. + Hj -1),

где

Н; g H.+ (1-g,) Hj., ;

/

j - номер цикла (при первом цикле

g 1).

Расчет сглаженного значения обратной ЭДС на J-OM цикле

0

5

0

5

0

176

ком-либо электролизере анодного эффекта в накопитель информации записывается номер электролизера и время возникновения АЭ.

Один раз в сутки производится обработка накопленной информации, заключающаяся в определении количества анодных эффектов по каждому электролизеру. Если на каком-либо электролизере было зарегистрировано два анодных эффекта с промежутком времени менее 30 мин, то последний из них не учитывался. Такая фнцьтрация позволяла исключить влияние мигающих анодных эффектов и повторно возникающих из- за некачественного гащения.

Данные о количестве анодных эффектов поступают далее в блок 6 коррекции уставок, в котором по каждому электролизеру формируется массив. Ежесуточно определялась группа электролизеров, из которых среднее значение частоты анодных эффектов за 4 сут находилось в пределах 0,5-1,5 и вариация значений количества анодных эффектов за этот период не превьшала 1 о Для этой группы определялось среднее значение обратной ЭДС и средне- квадратическое отклонение - 1

Егр Z.EK;

I к Ц:

Изобретение относится к электролитическому способу получения алюминия и может быть использовано при автоматическом управлении электролизером. Цель изобретения - повышение производительности электролизера. Способ обеспечивает стабилизацию теплового режима алюминиевых электролизеров путем изменения уставки сопротивления системе регулирования по результатам определения отклонений частоты анодных эффектов и обратной ЭДС от номинальных значений. В качестве номинального значения обратной ЭДС принимают ее среднее значение для группы электролизеров, частота анодных эффектов которых лежит в диапазоне 0,5 - 1,5. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

- g.-E. (l-gpE., ,

где К;., сглаженное значение обратной ЭДС на J-M цикле. Значение К поступает на вход блока коррекции уставок, где формируется

массив данных обратной ЭДС по каждому электролизеру серии. Из массива исключаются значения Е, полученные на 40-минутном интервале до и после анодного эффекта. Один раз в сутки производится расчет среднего значения об- ратной ЭДС для каждого электролизера 1

Е., - - п

J

где К - номер электролизера;, I„ Л

п - количество значении Ь: в мае-

сиве. I

Блок регистрации анодных эффектов

представляет собой набор пороговых элементов с напряжением срабатывания 9-10 В, устанавливаемых в цепи измерения напряжения электролизеров, а также накопитель информации (магнитный диск). При возникновении на ка35

0

0

,

где N - количество электролизеров в группе.

Затем производилась проверка необходимости изменения уставки напряжения на электролизерах, не вошедших в группу с частотой анодных эффектов 0,5-1,5.

Увеличение уставок напряжения производилось в том случае, если количество анодных эффектов на каком- либо электролизере бьто больше двух, а среднее значение обратной ЭДС за последние сутки превьшало значение по группе ЕГО более, чем на 26 .

Уставка понижалась, если электролизер не имел анодных эффектов в течение последних суток, а значение его обратной ЭДС бьшо меньше Е. на 2О .

Уставки напряжения не изменялись на электролизерах, которые в течение последних суток были отключены от автоматического регулирования.

Оценка эффективности способов производились по величине среднеквадра- тического отклонения теьтературы электролита.

Результаты приведены в таблице.

Из таблицы следует, что изменение задания по двум составляющим - частоте анодных эффектов и, противо- ЭДС, обеспечивает уменьшение диспер- сии температуры электролизера, что

способствует стабильности теплового режима и повышению производительно- |СТИ электролизера. Формула изобретения

Группа электролизеров

Среднее значение температуры за 30 сут

1848-1857 (по предлагаемому способу)

1858-1867 (по тотипу)

не сопротивления путем перемещения анода и изменения заданного значения при отклонении частоты анодных эффектов от номинального значения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности электролизера, изменение заданного значения сопротивления производят при одновременном превышении частотой анодных эффектов и обратной электродвижущей силой своих номинальных значений 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, в качестве номинального значения обратной электродвижущей силы принимают ее среднее значение для группы электролизеров, частота анодных эффектов которых лежит в диапазоне 0,5-1,5о

Среднеквадрати- ческое отклонение температуры

960,3 961,2

3,8

4,5