Способ интегрального гашения и предупреждения анодных эффектов алюминиевых электролизеров Советский патент 1992 года по МПК C25C3/20 

Изобретение относится к технологии электролиза алюминия и может быть использовано на алюминиевых заводах при создании автоматической системы управления технологического процесса.

Существо изобретения заключается в том, что оператором или автоматически уменьшают, а затем, через заданную паузу восстанавливают ток. Причем продолжительность бестоковой паузы или глубокого снижения тока устанавливают равной времени, необходимого на усреднение концентрации глинозема в пространствах МПР и борт-анод для электролизеров серии, а ток восстанавливают толчком до заданной амплитуды, затем постепенно до рабочего, амплитуду выбирают из интервала значений (0,5-1,0)1р, где Ip - рабочий ток.

Известно, что электромагнитные силы вызывают отклонение поверхности раздела металл-электролит от плоскости, параллельной горизонту. Это отклонение тем больше, чем выше мощность и производительность электролизера. Для электролизеров 150- 160 кА, с двухсторонним токоподводом эта граница интерпретируется трехмерной поверхностью холма. Высота холма составляет 4-12 см.

В соответствии с конфигурацией границы металл-электролит вырабатывается поверхность анода. Поэтому слой электролита в электролизере в установившемся режиме имеет примерно одинаковую толщину в различных точках.

Известно, что анодный эффект в алюминиевых электролизерах возникает из-за снижения концентрации глинозема в электролите, заключенном в МПР ниже критической величины. Она соответствует анодной плотности тока, температура электролита и другим факторам. Известно также, что перенос глинозема под анол осуществляется циркуляцией электролита в направлении борт-анод, скорость которой с приближением к центру анода падает. С другой стороны, разложение глинозема в центральных областях идет быстрее, чем на периферии из-за несколько большей плотности тока. Это приводит к значительной разнице концентрации глинозема в электролите у борта и под центральными областями анода. Поэтому условия для пассивации анода в центральных областях возникают при еще

ё

XI

О 00

О

о

N

достаточно высокой концентрации глинозема на периферии МПР, Это ведет к повышению плотности тока на периферии, что в свою очередь, способствует расширению области пассивации анода, и, в конечном счете, приводит к возникновению анодного эффекта, для которого характерна полная пассивация.поверхности анода.

Механизм устранения этого явления заключается в смывании анодной поверхности электролитом, обогащённым глиноземом и алюминием. Для этого вызывают в расплаве электролизера с помощью газа, механически или электромеханически волну из металла и электролита, достигающую подошвы анода, многократно усиливающую циркуляцию электролита, выносящую электролит, богатый глиноземом от бортов в МПР.

При отключении (глубоком снижении) тока поверхность размела между электролитом и металлом придет в движение и займет определенное положение. Под центром анода толщина электролита увеличится с 4 до 8-16 см (при высоте холма 4-12 см). Указанный объем заполнится электролитом, обогащенным глиноземом, поступившим от бортов. Обогащенный электролит омоет всю подошву анода при своем движении,

За время бесконтактной паузы должны в основном закончиться бурные конвективные процессы в электролите и металле восстановится граница раздела. Опыты на ванне С8Б показали, что время бестоковой паузы должно быть не менее 20С.

При включении тока граница снова прийдет в движение в направлении к подошве анода, стремясь занять прежнюю форму. При этом она проскочитустановившееся положение. Возможно кратковременный всплеск металла на анод и таким образом активизация его поверхности.

Интенсивность всплеска металла под анод будет зависеть от скорости нарастания и от амплитуды тока, которые поддаются управлению.

Таким образом, за цикл: отключение тока, бестоковая пауза, включение тока с заданной скоростью до заданной амплитуды происходит операция по обогащению электролита в МПР глиноземом и активация поверхности анода.

При коммутации тока серии эта операция будет происходить во всех последовательно включенных ваннах. В одних ваннах случайно или по условиям пуска системы управления коммутационного устройства она совпадает с моментом возникновения анодного эффекта. Для других эта операция будет профилактической. Время проведения операции должно быть согласовано с временем обработки серии, поступлением в ванны глинозема.

Следующая окоммутационная операция (КО) должна быть выполнена (через 3-6 ч), когда в серии возникает первая вспышка после первой КО. К этому моменту число электролизеров на вспышке (около этого) должно возрасти. Однако для многих еще

0 вторая КО окажется профилактической. И так каждые последующие КО, проводимые в моменты анодного эффекта какой-либо ванны серии, приведут постепенно к синхронизации анодных эффектов во всех ваннах.

5 При частоте КО, например 4-5 штук в сутки серия выйдет на режим 0,05 вспышек в сутки.

Такой режим при условии штатной работы АСУ ТП, поддерживающей постоянст0 во омического сопротивления ванн в межвспышечный период, приведет к тому, что ток в серии будет практически постоянен.

Приведенный анализ позволяет счи5 тать, что КО, осуществляемые коммутационным устройством обеспечить автоматическое гашение анодных эффектов в электролизерах серии.

При среднем напряжении анодного эф0 фекта 40 В, токе серии 160 кА, исходному количеству вспышек 2 шт. в сутки, при средней длительности 2 мин количество энергии в сутки, выделяемое вспышками без электролизера в серии 450 В, составляет 38400

5 кВч. При удельном расходе электроэнергии 16400кВт, на тон ну с помощью этой энергии можно выработать 2,34 т. алюминия в сутки. Снижение выпуска алюминия из-за бестоковых пауз при КО не сопровождается

0 затратами энергии и будет компенсировано путем небольшого увеличения рабочего тока серии.

Формула изобретения

1.Способ интегрального гашения и 5 предупреждения анодных эффектов алюминиевых электролизеров путем электромагнитного воздействия на расплав алюминия и электролита, отличающий- с я тем, что, с целью экономии электроэнер0 гии и повышения производительности электролизеров, периодически уменьшают, а затем через заданный интервал времени восстанавливают ток серии.

2.Способ по п.1,отличающийся 5 тем, что интервал снижения тока равен времени, необходимому для устранения концентрации глинозема в электролизерах серии.

3.Способ по п.1, от л и чающийся тем, что восстанавливают ток скачком до

заданной амплитуды, затем - до рабочего4. Способ по п.1, отличающийся

значения плавно за заданный интервал тем, что заданную амплитуду устанавливают времени.равной (0,5-1,0)1Р, где р - рабочий ток серии.

Использование: технология электролиза алюминия, может быть использована на алюминиевых заводах при создании автоматической системы управления технологического процесса. Сущность изобретения: при помощи оператора или автоматически уменьшают, а затем через заданную паузу восстанавливают ток серии. 3 з.п.ф-лы.