Спосіб контролю міжполюсної відстані в алюмінієвому електролізері

Реферат: UA 93743 U UA 93743 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до кольорової металургії і може бути використана при електролітичному виробництві алюмінію в алюмінієвих електролізерах з самоопалювальним анодом. Промислове виробництво алюмінію виконується з використанням електролізу у ваннах з розплавами електроліту і металу і характеризується агресивністю середовища проведення вимірів, що не дозволяє вести постійні прямі виміри в ній. Процес електролізу алюмінію характеризується зміною міжполюсної відстані (МПВ) і питомого опору електроліту унаслідок збільшення стовпа розплаву металу в подині ванни протягом його напрацювання і згорання анода, а також зміною концентрації глинозему в електроліті. Тому в технологічному процесі необхідні періодичні коректування МПВ шляхом переміщення анода і підтримка питомого опору електроліту в оптимальних межах шляхом подачі глинозему в електролітичну ванну. Основним недоліком при коректуваннях є низька точність визначення величин МПВ і питомого опору електроліту, що приводить до технологічних відхилень (підмикання анода на метал, анодні ефекти і т. д.). Відомий спосіб контролю технологічного стану алюмінієвого електролізера, при якому протягом обумовленого проміжку часу визначають різницю між максимальним і мінімальним значенням падіння напруги на електролізері, порівнюють величину цієї різниці з допустимими нормами і, в разі перевищення норми, сигналізують про наявність на ванні замикань (А. с. СССР № 387030, МПК С25с 3/20, 1970). Недоліком способу є оцінка лише тенденції зміни МПВ і низька надійність, оскільки відхилення вимірюваної робочої напруги електролізера можуть бути обумовлені не лише рівнем анода, але і коливаннями металу під дією магнітного поля, циркуляцією електроліту і т.д. Найбільш близьким по сукупності ознак до способу, який заявляється, є спосіб контролю МПВ, що включає дві послідовні зміни МПВ з автоматичним виміром пульсацій робочої напруги, при кожній з них вимірюють частоту пульсацій робочої напруги, оцінюють знак її приросту і після зміни знака визначають робоче значення МПВ (А. с. СССР № 979529, МПК С25с 3/20, 1982). Основним недоліком даного способу є: визначення МПВ по пульсаціях робочої напруги, яка залежить від цілого ряду параметрів (інтенсивності газовиділення, площі підошви анода, впливи пульсацій струму серії на робочу напругу і т. д.). В основу корисної моделі поставлено задачу розробки способу автоматичного контролю МПВ в алюмінієвому електролізері, в якому за рахунок контролю нових параметрів забезпечується зниження кількості технологічних відхилень і як наслідок, енергоємності процесу і собівартості металу. Для вирішення поставленої задачі в способі контролю міжполюсної відстані в алюмінієвому електролізері, що включає дві послідовні зміни МПВ, згідно з корисною моделлю, міжполюсну відстань змінюють через інтервал часу, протягом якого питомий опір електроліту змінюється на достатню величину для виміру його зміни, при цьому вимірюють величину переміщення анод і опір електролізера і по їх змінах визначають питомий опір електроліту і міжполюсну відстань. Відомо, що із-за згорання анода і збільшення стовпа рідкого алюмінію в подині електролізера в процесі електролізу, відбувається безперервна зміна значення МПВ. Електричний питомий опір електроліту залежить від температури, кріолітового відношення, добавок і концентрації глинозему. Концентрація глинозему і відповідно, електричний питомий опір електроліту є так само змінними в часі величинами. Для електролізера з системою автоматичної подачі глинозему (АПГ), питомий опір залежить від частоти циклів роботи дозаторів, для електролізера без АПГ, після завантаження глинозему, концентрація глинозему після різкого підвищення повільно знижується із зменшенням питомого опору електроліту. Технічна суть запропонованого способу визначення МПВ полягає в тому, що при питомому опору електроліту, що змінюється в часі, і постійному вимірі загального опору електролізера і величини переміщень анода, при кожному переміщенні анода визначається питомий опір електроліту, а по двох переміщеннях анода, рознесених в часі, визначається МПВ в електролізері. Спосіб реалізується наступним чином. Електролізери укомплектовані промисловими контролерами, які постійно визначають загальний опір електролізера по значеннях робочої напруги і струму серії. Робоча напруга електролізера визначається по формулі (1): 55 Uроб  Е0  IR  Uшу м , (1) де Uроб - робоча напруга на електролізері, В; Е0 - зворотна ЕРС, В; 1 UA 93743 U I - струм серії, А; R - опір електролізера, Ом; Uшу м - падіння напруги в газовиділяючому шарі електроліту, В. Опір електролізера є сумою складових (2): 5 R  Rел  Rкон  Rак , (2) де R ел - опір електроліту, Ом; Rкон - опір конструкції, А; 10 15 Rак - опір електродів, анода і катода, Ом. Зі всіх складових загального опору електролізера, лише опір електроліту є змінною величиною із-за зміни МПВ і концентрації глинозему. Для визначення питомого електричного опору електроліту виконується одне переміщення анода. При відомих величинах площі підошви і бічної поверхні анода, по виміряних значеннях величини переміщення анода і загального опору електролізера до і після переміщення анода визначається питомий опір електроліту по формулі (3): Rпит  (R1  R2 )  (Sпод.ан  Sбок.пов..ан ) h (3) , . 20 де Rпит - питомий опір електроліту при переміщенні, Ом см; R1, R2 - електричний опір електролізера до і після переміщення анода, Ом; h - величина переміщення анода, см; 2 Sпод.ан - площа поверхні підошви анода, см ; 2 25 Sбок.пов.ан - площа бічної поверхні анода, зануреної в електроліт, см . Для визначення міжполюсної відстані в електролізері, необхідно двічі виконати переміщення анода через заданий інтервал часу, підтримуючи при цьому в середньому оптимальну величину міжполюсної відстані. При кожному переміщенні вимірюються питомий опір електролізера і величина переміщення анода, загальний опір електролізера контролюється постійно. За результатами вимірів при двох переміщеннях анода, обчислюється величина МПВ згідно з формулою (4): h0  (R1  R2 )  (Sпод.ан  Sбок.пов..ан )  Rпит 2  (h1  h2 ) Rпит1  Rпит 2 (4) , 30 де h0 - невідома величина МПВ до першого переміщення анода, см; h1  h0  h1 - МПВ після першого переміщення анода, см; h2  h0  (h1  h2 ) - МПВ після другого переміщення анода, см; 35 40 45 h1 - величина першого переміщення анода, см; h2 - величина другого переміщення анода, см; . Rпит1 - питомий опір електроліту при першому переміщенні анода, Ом см; . Rпит 2 - питомий опір електроліту при другому переміщенні анода, Ом см; R1, R2 - електричний опір електролізера до першого і після другого переміщень анода, Ом. Спосіб був апробований в промислових умовах. З АРМа оператора системи АСУ ТП подавалися команди контролеру електролізера на переміщення анода вгору і через 15 хвилин вниз, тривалість переміщень анода від 12 до 18 секунд. Тривалість подач анода пов'язана зі швидкістю переміщення анода, яка складає близько 1 мм/хв. Переміщення анода на ванні викликали зміну загального опору ванни. По зміні загального опору електролізера і величині переміщення анода визначені величини питомого опору електроліту та міжполюсної відстані, які узгоджуються з даними, отриманими ручними вимірами на цьому електролізері при проведенні досліджень. Такий підхід дозволив контролювати 3-4 рази на годину питомий опір електроліту і міжполюсну відстань (раніше раз на 1-3 доби), оперативно оптимізувати їх робочі значення і, як наслідок, знизити кількість технологічних відхилень. 2 UA 93743 U 5 Спосіб може бути реалізованим на підприємствах, що діють без зупинки технологічного процесу, і дозволяє вести процес електролізу без технологічних порушень і, як наслідок, з вищим виходом по струму шляхом визначення технологічних параметрів не лише на електролізерах з домкратною, але і з тросовою подачею анода, як з системою АПГ, так і без неї, що дозволяє відмовитися від використання датчиків в агресивному середовищі електроліту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб контролю міжполюсної відстані в алюмінієвому електролізері з самоопалювальним анодом, що включає дві послідовні зміни міжполюсної відстані, який відрізняється тим, що міжполюсну відстань змінюють через інтервал часу, протягом якого питомий опір електроліту змінюється на достатню величину для виміру його зміни, при цьому вимірюють величину переміщення анода і опір електролізера і по їх змінах визначають питомий опір електроліту і міжполюсну відстань. 15 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3