Способ автоматического регулирования алюминиевого электролизера Советский патент 1990 года по МПК C25C3/20 

Изобретение относится к производству алюминия электролитическим методом и может быть использовано при автоматизации алюминиевых электролизеров, преимущественно загружаемых глиноземом с помощью самоходных передвижных устройств.

На фиг. 1 представлена зависимость сопротивления (R) электролизера от концентрации (Сг) глинозема в электг ролите; на фиг. 2 - зависимость изме- . нения сопротивления (R ) во времени

(Т).

Зависимость сопротивления электролизера R, определяемого по формуле (1), от концентрации глинозема в электролите Сг имеет определенный вид (фиг. 1). Минимальное значение R

кривым (фиг. 1, RMMH ) достигается при концентрации Сг 3-4%. Поскольку С (-.существенно больше влияет на Е и рэ, чем температура электролита, то величина RMVIH, которая имеет место при CfV const, зависит в основном от МПР, а значит различные кривые семейства (фиг„ 1) отличаются значениями МПР.

Сопротивление электролизера R и приведенное напряжение UnB определяются по формуле

R U

лр

BI§ .

I IHR + Е„,

np

(Г) (2)

;л

Јь

30

S3

)

где U измеренное значение напряжения на электролизере;

I - измеренное значение тока

,электролизера; Е - текущее значение обратной

ЭДС;

ЕИ - номинальное значение обратной ЭДС; Iи - номинальное значение тока

электролиза.

При этом сопротивление электролиера R включает сопротивление МПР

R

йПЕ.

МПР P sM;P

(3)

где рэ - удельное сопротивление элек- тролита в межполюсном зазоре;

1мпр- величина МНР; SMnp- площадь сечения рабочего

пространства электролизера в межполюсном зазоре. При питании глиноземом с помощью самоходных устройств, например, на- польно-рельсовых машин интервал времени между двумя последовательны- ми подачами глинозема в электролизер составляет 2-3 ч. Для того, чтобы к концу этого интервала Сг не упала ниже 1-1,5%, что создает опасность анодных эффектов, значение Сг после очередной подачи глинозема должно быть не менее 3-4%.

Так, среднее значение Сг после загрузки глинозема равно 4,2%, а перед загрузкой 1,8%.

Диапазон изменения Сг между загрузками глинозема представлен в таблице.

Таким образом, диапазон изменения С р в течение интервала времени меж- ду двумя последовательными подачами глинозема включает значения 3-4%, что соответствует минимальному значению R (фиг. 1), следовательно, график изменения R во времени на каждом интервале между двумя последовательными подачами глинозема проходит через минимум, который соответствует значениям С - « 3-4%. Это подтверждает кривая измерения R во времени (фиг. 2), построенная по экспериментальным данным.

Поскольку R мим - минимальное значение R на каждом интервале Т - достигается при одних и тех же значе- ниях Сг, то оно определяется величиной МПР. Таким образом, стабилизация мин обеспечивает и стабилизацию МПР

Сущность способа заключается в следующем.

После загрузки каждой очередной порции глинозема в электролизер начинают контролировать падение напряжения на электролизере U и ток электролизера I. Контроль осуществляют известными способами, предусматривающими сглаживание измеренных значений, например путем усреднения за интервал времени Тис . В конце интервала Тис по сглаженным значениям падения напряжения U и тока электролиза I вычисляют текущее значения сопротивления электролизера R или приведенного напряжения Uno по формулам

R - U-:EM R i

(4)

или

и OP ,.

(5)

Вычисленное значение R дои Upp записывают в запоминающее устройство.

После каждого интервала Тис вычисляют R или (J „в , подставляя §, формулу (4) или (5) значения U и I, полученные на очередном интервале

Тис.

Вычисленное текущее значение R ил U Пр сравнивают с записанным в запоминающем устройстве. Если оно меньше записанного, то ранее записанное значение стирают, а вместо него записывают вновь вычисленное. Если же оно больше записанного или равно ему то в запоминающем устройстве сохраняется ранее записанное значение.

Когда до загрузки очередной пор- ции глинозема остается заданный промежуток времени (примерно 5-10 мин), прекращают выполнение предыдущих операций и значение R или U np , хранящееся в запоминающем устройстве, принимают в качестве минимального для

текущего интервала Тп значения RMl,H

„ JXHH m

или U™ .

Полученное фактическое значение R мин или ип«ИН сравнивают с заданным значением К а или ип. . Если величина

рассогласования (К. или ПР ) превышает заданное допустимое значение R или&ипр (зону нечувствительности) то его ликвидируют, перемещая анодный массив на величину

ы к}и„ин-Кп) кхрин-и;р

(8)

где К,| и Kj - коэффициенты, учитывающие удельное сопротивление электролита при С 3-4% и конструктивные параметры электролизера.

Если же величина рассогласования не выходит за заданные зоны нечувствительности, перемещения анодного массива не производят.

После очередной загрузки глинозема описанные операми повторяются на следующем интервале времени Тп. При этом положение анода сохраняется неизменным, пока до очередной загрузки не останется промежуток времени, не больший, чем заданный.

Пример. Электролизеры типа СБ-8 с верхним токоподводом на силу тока I 160 кА запитывается глиноземом с помощью, напольно-рельсовых машин с периодом Т Ј3.ч. Электролизная серия оснащена АСУ ТП на базе УВК СМ-2М. Каждую секунду АСУ ТП осуществляет автоматическое измерение мгновенных значений U и I. Каждые 15 с измеренные значения усредняются и определяется значение R по формуле (4).

Пусть за один период загрузки (например, от 16 ч 30 мин до 19 ч 30 мин, фиг. 2) R изменяется от

14.4мкОм в начале интервала Т до

14.05мкОм в конце интервала. Минимальное значение сопротивления на этом интервале составляет RMM() 13,58 мкОм. В конце интервала Т (приблизительно в 19 ч 20 мин) АСУ ТП сравнивает, Rwv1H с заданным значением

п

13,3 мкОм (фиг. 2). Пусть

мкОм, что превосходит допустимое отклонение &R 0,1 мкОм,

Это свидетельствует о недопустимом увеличении МПР, поэтому АСУ ТП автоматически опускает анод на

А1 - K(RMHH R

мм

где К - настроечный коэффициент, зависящий от состава электролита и конструктивных параметров электролизера. Использование в качестве регулируемого параметра минимального значения сопротивления R/WKH за интервал времени между последовательными1 моментами загрузки глинозема при постоянстве положения анода внутри каж0

дого такого интервала позволяет исключить влияние концентрации глинозема на сопротивление электролизера и благодаря этому значительно точнее стабичизировать МПР, предотвращая в частности, зажатие электролизеров, Исполт зеванием в качестве регулируемого параметра предлагаемый способ отличается от всех известных способов автоматического регулирования алюминиевых электролизеров.

Фиксация моментов загрузки глинозема в электролизер позволяет определить интервалы времени, за которые вычисляются значения RMI1((. Сравнение

R ддЧН с заданным значением К-уЗ

0

и перемещение анода для ликвидации рассогласования производятся только перед очередной загрузкой глинозема, когда уже определено значение R,Wv..H за последний истекающий интервал времени между загрузками,

Применение способа обеспечивает более точную стабилизацию межполюсного расстояния на заданном уровне, предотвращает зажатие электролизеров, повышает выход по току на 0,2- .0,% и уменьшает удельный расход электроэнергии и трудозатраты при электролизе алюминия.

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования алюминиевого электролизера, включающий измерение напряжения на электролизере, тока электролиза, расчет текущих значений сопротивления электролизера, поддержание регулируемого параметра в заданных пределах перемещением анода, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью

повышения производительности, фиксируют моменты загрузки глинозема в электролизер, перед каждой очередной загрузкой глинозема определяют минимальное из текущих значений сопротивления, рассчитанных с момента предыдущей загрузки, и принимают его в качестве регулируемого параметра, сравнивают это минимальное за истекший интервал времени значение сопротивления с заданным значением и, если модуль разности между ними превышает заданный допуск, перемещают анод в положение, необходимое для поддержания регулируемого параметра

в зл . 1нньк пределах, и сохраняют это положение неизменным в течение очередного интервала времени между загрузками глинозема.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам автоматического управления алюминиевого электролизера. Цель изобретения - повышение производительности. Способ заключается в том, что перемещением анода стабилизируют минимальное значение сопротивления электролизера за каждый интервал времени между последовательными загрузками. Указанное значение сопротивления соответствует постоянному значению содержания глинозема в электролите. Значение сопротивления определяется величиной межполюсного расстояния. Регулируя значения минимального сопротивления, исключают нарушение технологического режима типа "зажатие", повышают выход по току на 0,2-0,4%, уменьшают удельный расход электроэнергии. 2 ил.

3,4 4,0 3,3 4,4 3,5 3,5 4,5

1,2 2,6 1,8 2,7 0,8 1,0 2,9

«

V

Я

мин

Фиг.1

Анодный эффект

Анодный эффект

.

/з.

f63° T7

off

т я

т я

оо

18

ЗУ

ие.2

W

,00

/У

н

30

tyCM. V, AWM