Способ управления серией алюминиевых электролизеров Советский патент 1991 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.

Цель изобретения - повышение производительности .

На фиг.1-6 представлены графики изменения параметров процесса электролиза.

Сущность способа заключается в следующем.

По ч-меренным определяется прине J/JH j i электролизера:

D - По

U

Т

I

I П

где U, 1 - напряге ц

тнзорс с п i TQ, Ка - номин i и :r)ij соогпет-гтги i рии и обл nti Значения Unp ч тг живанию р фильтпацч|. п р, также скорость итмш-мм

т Т

7

Д

ванных значений U Пр во времени dUnp /dt и интервал времени {;, который проходит с момента очередной обработки электролизера до момента, когда падение U Пр сменяется его ростом и dUnn/dt меняет знак минус на плюс.

Перед регламентным временем обработки электролизера величину интер- вала Ј сравнивают с заранее заданными граничными значениями с, /уин и макс и к°РРектнРУют очередную обработку электролизера по следующим правилам: при с/ ь ммн загРУжают уве- личенную по сравнению с регламентной порцию глинозема, при с С aKc обработку не производят, а при с ддИН - I ллакс обработку производят по регламенту.

Способ основан на следующем: известно, что зависимость сопротивления электролизера R и его приведенного напряжения UПр от С имеет вид, показанный па фиг.1.

При использовании передвижных механизмов питания в электролизер практически мгновенно загружается порция глинозема, которая в дальнейшем расходуется в течение периода Т, опре- деленного регламентом обработки элек тролизеров. Концентрация С г цикличеMU fcC

ски изменяется от значения С , достигаемого сразу после очередной обработки электролизера и растворени загруженного линозема, до , имеющего место непосредственно перед следующей обработкой.

Поскольку при каждой обработке, если не приняты специальные меры, загружаются одинаковые порции глинозема, а потребление глинозема в процессе электролиза зависит от многих факторов (состав электролита, состояние поверхности анода, уровни ме- талла и электролита и тсп.), значения и могут меняться со временем. При этом возможны ситуации когда концентрационный режим близок к технологически оптимальному (облас 1-2 на фиг.1), когда значения Сг понижены (область 3-4) или повышены (область 5-6).

Как показано на фиг.2, характер изменения U пр за период Т различен для каждой из этих ситуаций. В соответствии с характеристикой Unp(Cr), в первом случае (соответствующем области 1-2 на фиг.1) после непродолжительного падения от U . до U ......

лл и и

(интервал (.Q на фиг. 2) напряжение растет до U . Во втором случае (соответствующем области 3-4 на фиг.1) после растворения загруженного глинозема (интервал 0, на фиг.2) напряi i

жение монотонно растет до U,. В третьем случае, когда электролизер ра- ботает в области 5-6 (фиг.1),напряжение монотонно падает до U весь период Т (фиг.2).

Таким образом, текущий концентрационный реким электролизера к моменту, когда по регламенту должна бы выполнена очередная его обработка,может быть оценен по характеру изменения U Пр за период между двумя обработками .

Эта оценка сводится к классификации концентрационных режимов на три класса: первый класс - низкая концентрация глинозема ; второй класс - нормальный концентрационный режим ; третий класс - высокая концентрация глинозема.

Сравнение кривых ирр(с), приведенных на фиг.2, показывает, что в качестве критерия для такой классификаци может быть принят интервал времени о от очередной обработки электролизера до момента начала роста U., когда скорость его изменения во времени dn/dc из отрицательной становится положительной. Тогда правила классификации и управления питанием сводятся к следующему: если Ьдилн концентрационный режим относится к первому классу и при очередной обработке загружают повышенную дозу глинозема (проводят усиленную обработку) j если ЈМИц бЈ Ј ЈvaKC , концентрационный регош относят к второму классу и проводят регламентную обработку;

если v /мак-г концентрационный ржим относят к третьему классу, и пропускают очередную обработку.

Граничные значения ЈМИц и подбирают экспериментально по следующим правилам: значение СМЙ„ выбирается столь мальм, чтобы его дальнейшее уменьшение вызывало выпадение глиноземистых осадков.

Полученные зависимости между концентрационным режимом и величиной интервала и подтверждены экспериментальными исследованиями, проведенными на двух сериях электролизе

ров с самообгшгающимися анодами и верхним .токоподводом (на силу тока 156 кЛ).

По принятому регламенту обработка этих электролизеров осуществляется с помопы неавтоматизированных передвижных устройств с периодом Т 240 мин. Зафиксированы кривые изменения U во времени между последовательными обработками электролизеров, соответствующие всем трем классам концентрационных режимов: первому классу (фиг.З) - когда концентрация

меняется от С

мокс

3,5% до «

0,8-1,2% и имеют место анодные эффекты, при этом L, остается меньше 60 мин, что составляет 0,25 Т; второму классу(фиг.4) - когда концентрация меняется от 4-4,5% до Ср 1,5-2,5%, что близко к технологически оптимальному диапазону, при этом Ј 100-150 мин,что составляет примерно (0,40-0,60) Т; третьему классу (Лиг.5) - когда концентрация меняется от

смин з,5-4,5

5,5-6,5% до при этом наблюдается ныпадение глиноземистых осадков, Ј превышает 170 мин или 0,7 Т, а в ряде случаев (Лиг.5) до самого конца периода Т величина остается отрицательной.

Во всех случаях значения С С 36 мин соответствуют концентрационным режимам первого класса (низкое содержание глинозема, частые анодные эффекты), значения 36 мин мин - режимам второго класса (номинальный .диапазон Ср) и о 180 мин - режимам третьего класса (высокие Сг, выпадание осадков).

Таким образом, экспериментальные исследования подтверждают, что по величине интервала времени Ј от очередной обработки электролизера до момента, когда скорость меняет знак, становясь полокительной, можно надежно классифицировать концентрационный режим электролизера и управлять передвижными механизмами питания электролизеров глиноземом.

Способ осуществляют следующим образом.

После кадцой очередной обработки электролизера начинают контролировать падение напряжения на электролизере U и ток серии I. Контроль осуществляют известными способами, предусматривающими сглаживание измеренных

значений, например, путем усреднения за интервал времени Тис. Одмопропро -

У промежуток

менно отсчитывают

мениС, проиедкшп после очередной

обработки.

В конце интервала Тис по сглаженным значениям падения напряжения U и тока серии I вычисляют текущее значение приведенного напряжения Unp по формуле (1). Вычисленное значение Unn записывают п запоминающес устройство.

По вычисленным значениям II

пр оп скорогти

адр LHJ 1эр cricnn dn/uC, На

с помощью процедуры циАроределяют величину и знак изменения Unp во времени пример,

вой фильтрации Холта-Винтерса: ЁПЫ

5с

+ О - 8,) &U,p (п-1)

Atyn)

В, уп). V

п-1)- (2)

где

УП)

- отфильтрованное значение

U

Р

после n-го интервала усреднения Т

ус,

iyn)

B2UfU

0

где ния, 0-1.

+ (1-82) х

х tyn-О +йиф(п-1). (3)

8 ( В 2. коэффициенты сглажива- которые выбираются в диапазоне

Знак du/dc Диф(п) записывают в запоминающее устройство. После кож дого интервала Т(1/ выполняют также

УС

следующие операщ

ии:

сравнивают зна0

5

0

5

ки скорости изменения Unp за предпоследний и последний интервалы ус - реднения; если йиф(п-1) - 0, а

AUjpCn)

О, т.е. снижение U np сменяется ростом, а в запоминающем устройстве отсутствует (равна нулю) запись значения промежутка времени с, прошедшего после последней обработки, то в это запоминающее устройство записывается текущее значение с ; вычисленное текущее значение Uop(n) сравнивают с записанным в запоминающем устройстве; если оно больше записанного или равно ему, то в запоминающем устройстве сохраняется ранее записанное значение, если же оно меньше записанного, то ранее записанное значение стирают, а вместо него записывают вновь вычисленное ; одновременно стирают значение Ј ,если оно было записано ранее.

716

При выполнении описанных операций положение анода оставляют неизменным. Эти операции выполняются до момента, когда до регламентного времени очередной обработки электролизера остается заданный промежуток времени (примерно 10-30 мин). В этот момент регулируют известными способами положение анода и формируют управляющее воздействие на очередную обработку электролизера по следующим правилам: если записанное в запоминающем устройстве значение Ј больше нуля, но меньше заранее за- данного значения , концентрационный режим относят к первому классу и проводят усиленную обработку электролизера; если значение Ј равно нулю (&Uф остается все время от- рицательной) или превышает заранее заданное значение Ј , концентрационный реяим относят к третьему классу и пропускают очередную обработку; если Смин :Ј ё „акс, кон- центрационный режим относят к второму классу и проводят очередную обработку по установленному регламенту.

После очередной обработки все операции повторяются.

Пример. Электролизеры с верхним токоподводом на силу тока 156 кА запитываются глиноземом с помощью самоходных питающих устройств с периодом Т Ъ 4 . Электролизная серия оснащена АСУ ТП на базе терминала ТВСО-1. Каждую секунду АСУ ТП осуществляет автоматическое измерение мгновенных значений U и I. Каждые 3 мин измеренные значения усредняютс (Т ас 3 мин), определяются и фильтруются по формулам (1)-(3) значения ипр utf A-Ujno При этом коэффициенты сглаживания равны g 0,2; g 0,3 а. граничные значения с соответствен- нос мин Т 48 мин; Ј MatLC 0,75 Т 3 ч.

Пусть за период Т между двумя обработками изменяется так, как это показано .З. При Ј 12 мин Од, достигает минимального за период значения 3915 мВ. В этот же момент падение Um сменяется ростом. Получают знаяения скорости изменения

Um: после первых Т.,с (при (п Т3; Ј - 9) МуЗ) -З мВ/Т после первых четырех Тас (при (п - 4,Ј 12) &иф(4) - +5 мВ/Тц,С1

5 0 5

0

5

Q

0

5

8

Поскольку при Ј 12 мин величина Ди,р поменяет знак и становится положит- лыюй, это значение с записано в запоминающее устройство. Дальнейшие изменения знака Um (например, приС 30, 51, 84, 120, 165 мин) не влияют на записанную величину о , поIT п АЛ™ скольку они происходят при и о, и ф 3915 мВ. Поэтому за 20 мин до регламентного времени очередной обработки (при Ј 220 мин) установлено, что в устройстве памяти записано о 12 мин длин концентрационный режим отнесен к первому классу и по окончании периода Т проводят усиленную обработку электролизера.

Если изменение Uop за период Т протекает так, как это показано на фиг.4, то в первый раз изменение знака Д.иф с минуса на плюс фиксируется при о 39 мин (п 13), когда Uф # 3880 мВ. Однако при С 51 -мин (п 17), иф(17) мЛ иф(13), поэтому значение f 39 мин стирается из запоминающего устройства. Новое значение с 54 мин записывается при п 18, когда UUqj вновь становится положительный величиной. Однако при Ъ 117 мин иф (39) 3865 (17) поэтому оно и записывается в запоминающее устройство в качестве минимального.

Одновременно из запоминающего устройства стирается значение Ј 54 мин. При п 39 Лиф(39) 6 0, а й.иф(38) 1 0, поэтому в запоминающее устройство записывается Ј 117 мин. Поскольку до конца периода Т опускается ниже 1)(39), то значению с/ 1 17 мин, и производится классификация концентрационного режима. Поскольку инс: 117 мин с ь мащ, режим относят к второму классу и проводят очередную обработку по регламенту.

Если яе изменение U со за период Т происходит в соответствии с фиг.5. то начало роста , фиксируется при Ј 192 MHH(iMQKC концентрационный режим относится к третьему классу,и очередную обработку электролизера не производят.

Эффективность управления по предлагаемому способу проверяют на двух сериях электролизеров того же типа, что и в приведенном примере. Для оценивания и управления исподьзова- | ли АСУ ТП на базе ТВСО-1. По мере осуществления управления электролизерами уменьшается количество электролизеров с отклонениями Сг от технологически оптимального диапазона. Так, для серии из 86 электролизеров первоначально пропущена обработка на 23, п следующий период Т - на 11, затем - на шести, а в дальнейшем до конца испытаний - на двух - четырех электролизерах.Аналогичные результаты получают на второй серии электролизеров. Ни на одной из них при этом не возрастает частота анодных эффектов.

Использование в качестве параметра, характеризующего концентрационный реким, значения промежутка времени Ј от очередной обработки электролизера до момента, когда па-, дения приведенного напряжения после загрузки и растворения порции глинозема сменяется ростом, позволяет отнести текущий концентрационный режим к одному из трех классов (низкая концентрация, норма, высокая концентрация).

Коррекция обработок по результатам этой классификации предупреждает чрезмерное обогащение или обеднение электролизных ванн глиноземом и тем самым стабилизирует концентрацию глинозема в электролите в технологически наивыгоднейшем диапазоне.

Применение предлагаемого способа обеспечивает более точное поддержание концентрации глинозема в электролите в технологически оптимальном диапазоне, тем самым снижает частоту анодных эффектов, предотвращает

выпадение глиноземистых осадков и, как следствие, повышает выход алюминия по току на 0,3-0,5%,уменьшает удельный расход электроэнергии и трудозатраты при электролизе алюминия о Формула изобретения

Способ управления серией алюмини0 евых электролизеров путем циклического выполнения с заданным периодом времени операций по перемещению питающих механизмов и обработке электролизеров, включающей пробив5 ку-корки электролита и засыпку заданной порции глинозема, а также измерение мгновенных значений напряжения каждого электролизера и тока серии, вычисление и цифровую фильтра0 цию приведенного напряжения и скорости его изменения от времени,о т- личающийся тем, что,с целью повышения производительности, дополнительно определяют интервал

5 времени Ј от очередной обработки

электролизера до момента начала роста приведенного напряжения, сравнивают фактическое значение и с заданными по технологии граничными значениями

0 /ммн и макс и корректируют очередную обработку электролизеров, -при этом при Ј Ј с/ MW загружают увеличенную по сравнению с заданной порцию глинозема, при v f) Matie обработку

5 не производят, при Ј WMl) Ј Ј 0 обработку производят по регламенту, т.е. через заданный период времени загружают заданную порцию глинозема.

$

.f.p.sg5.

c

Ln

-e- u oo

OfipoSomco

I960

мю

ИбО

(Заработка

to /в гоч us 121

aw вел mv. nlf

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам автоматического управления алюминиевыми электролизерами. Цель ичо - ГОШ 1 J ; И нос гн, Cr TOO , , n . 1ЯЮТ HIITC pti ) редном обсчбгт)-и ( «опта или ina погт , j i пряжения. Этот ЮЩНЙ ОН иЧ Т Ч lTT4v I тполите. cp.ib U v м HiiUHUMII 4i 14C}IH i Iii1 nGp, Ti Г , ( cjieu ицим npj и 114: ч меньше минигпц п г л и i жают иепччен 1 п ГТ|1 rj ЦЯНН И ПГРЦИЮ lj li -I repHcii i ijiidi м ь с обрс )СТК НС 1ф II Hi тч Зал НЯХОДИТ1- г н гг и iir ПрОИЗГОДЯТ ПО рртп, рарл.П р пови чает rr j обор/м ьания ii i ,- - удельнпи расход лг 0,4% и трудозатрат 1, ri и

Пропущена обработка