Способ регулирования тока серий алюминиевых электролизеров

 

Изобретение относится к цветной металлургии , в частности к регулированию тока на серии алюминиевых электролизеров. Цель изобретения - повышение выхода по току и срока службы ванн. Поставленная цель достигается тем, что определяют величину базового тока (le ) в зависимости от среднего количества, величины напряжения и продолжительности анодных эффектов , а напряжение на серии дополнительно Изобретение относится к электролитическому получению металлов и может быть использовано для регулирования тока серий алюминиевых электролизеров. Известен способ регулирования тока серии, заключающийся в его изменении посредством технологических воздействий на электролизеры в условиях постоянства напряжения , поддерживаемого преобразовательной подстанцией. Известный способ не нашел применения из-за трудности получения средних значений тока в пределах, необходимых для поддержания нормального изменяют из условия I (t) ь , причем ср б. Способ осуществляется следующим образом: на основе заданных по технологии значений Ср, противоЭДС, среднего напряжения на ваннах при анодных эффектах, рабочего напряжения ванн, частоты и продолжительности анодных эффектов для серии ванн определяется значение базового тока и путем его коррекции от этого значения до значения, равного номинальному (среднему) току серии (при длительном отсутствии анодных эффектов), производится выдерживание среднего тока серии. Если технологические воздействия в среднем на серии не удовлетворяют требованиям технологического регламента, то ток на серии не выдерживается, т.к. максимальное его значение ограничено рассчитанным значением базового тока. При установившемся (однообразном) ведении технологии в пределах регламента кривая тока серии представляет собой вид в виде базового уровня тока, от которого идут периодические снижения тока серии, вызванные возникающими на ваннах анодными эффектами. технологического (теплового) режима электролизеров . Известен также способ регулирования тока серии по мгновенному его значению с использованием дросселей насыщения и управляемых вентилей. Прототипом предлагаемого способа регулирования является способ регулирования тока серии, включающий изменение напряжения, подаваемого на серию электролизеров при отклонении тока l(t) серии от заданного по технологии среднего значения Ср. В этом способе ток регулируется по ел С 4 О О О СО 4 СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)5 С 25 С 3!20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕ НТУ (21) 4737040! 02 (22) 13.09,89 (46) 23,01,93, Бюл. N 3 (71) Саянский алюминиевый завод (72) В,А.Денисов, И.М.LLlynenoe, Ю.А.Багаев, Ю.П.Федотов и Ю,Г,Гонгадзе (.3) В.А,Денисов, И.М,Шулепов, Ю.А.Багаев, Ю.П,Федотов и Ю.Г,Гонгадзе (56) Шуравин Ю.Д. и др. Особенности электрообеспечения алюминиевых электролизеров. М,; Металлургия, 1982, с.12, 13. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА СЕРИЙ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ (57) Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к регулированию тока на серии алюминиевых электролизеров, Цель изобретения — повышение выхода по току и срока службы ванн. Поставленная цель достигается тем, что определяют величину базового тока (la ) в зависимости от среднего количества, величины напряжения и продолжительности анодных эффектов, а напряжение на серии дополнительно

Изобретение относится к электролитическому получению металлов и может быть использовано для регулирования тока серий алюминиевых электролизеров.

Известен способ регулирования тока серии, заключающийся в его изменении посредством технологических воздействий на электролизеры в условиях постоянства напряжения, поддерживаемого преобразовательной одстанцией, Известный способ не нашел применения из-за трудности получения средних значений тока в пределах, необходимых для поддержания нормального

„„. Ж „„1790634 АЗ изменЯют из УсловиЯ I (т) !Б, пРичем leap<

<1Б, Способ осуществляется следующим образом: на основе заданных по технологии значений Icp, противоЭДС, среднего напряжения на ваннах при анодных эффектах, рабочего напряжения ванн, частоты и продолжительности анодных эффектов для серии ванн определяется значение базового тока и путем его коррекции от этого значения до значения, равного номинальному (среднему) току серии (при длительном отсутствии анодных эффектов), производится выдерживание среднего тока серии. Если технологические воздействия в среднем на серии не удовлетворяют требованиям технологического регламента, то ток на серии не выдерживается, т,к. максимальное его значение ограничено рассчитанным значением базового тока, При установившемся (однообразном) ведении технологии в пределах регламента кривая тока серии представляет собой вид в виде базового уровня тока, от которого идут периодические снижения тока серии, вызванные возникающими на ваннах анодными эффектами, технологического (теплового) режима электролизеров, Известен также способ регулирования тока серии по мгновенному его значению с использованием дросселей насыщения и управляемых вентилей.

Прототипом предлагаемого способа регулирования является способ регулирования тока серии, включающий изменение напряжения, подаваемого на серию электролизеров при отклонении тока l(t) серии от заданного по технологии среднего значения

lcp В этом способе ток регулируется по

1790634 среднему его значению, когда напряжение, подаваемое на серию, изменяется таким образом, чтобы выдержать переданные амперчасы (заданный средний ток) за установленные проме>кутки времени (1-2 ч), независимо от того ведется ли технология согласно установленного технологического регламента или нет. Как известно, главными факторами, которые определяют величину тока серии, являются частота, величина напряжения и продолжительность анодных эффектов.

Например, если технологическим регламентом для серии из N 160 электролизеров установлены значения противоЭДС е=1,4В, рабочего напряжения одного электролизера И =4,2В, напряжения на электролизере при наличии на нем анодного эффекта

И э=ЗОВ (AMag=30 — 4,2В), частота анодных эффектов f и время гашения одного анодного эффекта i, то согласно прототипу (стр,31, формула для I> — тока серии при отсутствии на ней анодных эффектов) для выдерживания среднего тока Icp=150KA следует в период отсутствия анодных эффектов поддерживать на серии ток I>: — величиной

154,9 кА при f= 2, Л Иаз= ЗОВ, t= 2,5 мин;;— — величиной 160,8кА (в тексте прототипа

160,5кА ввиду меньшей точности расчета) при f=3, t= 3 мин, и Л Vlae=30B; — величиной

172,8 кА при f=4, т=-3,5 мин,Л Иаэ=38В.

T.O, при регулировании тока по прототипу не придается значения величине максимального тока серии и он, теоретически может быть любым, т.к. главным (заданным по технологии) является (считается) выдерживание среднего тока (переданных амперчасов) за установленные промежутки времени 1 — 2 часа.

Считается, что чем меньше средние значения тока отличаются от заданного, тем лучше обеспечивается оптимальное рабочее состояние электролизеров по тепловому балансу, что якобы положительно сказывается на выходе по току, а также повышении срока службы электролизеров.

В результате описанного регулирования тока по прототипу кривая тока на диаграмме имеет волнообразный характер с большими значениями тока, необходимыми для выдерживания среднего тока в установленные промежутки времени.

Колебательные режимы с выходом на максимальное значение тока могут быть весьма продолжительными и средний ток, как правило, выдер>кивается, тепловой баланс электролизеров соблюдается, Недостатком прототипа является допущение режима работы серии с большими максимальными значениями тока, что приводит к повышенной циркуляции расплава в электролизерах, к ускорению размывания по этой причине футеровки, снижению срока ее службы, к повышенному расходу, потерями сырья (аноды, глинозем, криолит и т,д.), к увеличению удельных расходов электроэнергии, к снижению выхода металла по току, Цель изобретения — повышение выхода по току и срока службы электролизеров (а также и других показателей, как удельные расходы сырья и электроэнергии).

Поставленная цель достигается тем, что

"5 дополнительно определяют величину базового тока серии Ie в зависимости от среднего количества, величины напряжения и продолжительности анодных эффектов на электролизерах серии, напряжение на серии дополнительно изменяют из условия

l(t) le, причем lcp

25 24 Ic б — — =-+Р— ) (N 1)+ „ куда входят заданные по технологии величины:

24 Icp — суточные амперчасы;

N — число электролизеров в серии;

f — количество (частота) анодных эффек35 тов на одном электролизере за сутки; — продол>кительность во времени одного анодного эффекта, Иаэ — среднее напряжение на электролизере при наличии на нем анодного эффек40 та

И вЂ” напряжение на электролизере при отсутствии на нем анодного эффекта; е — противоЭДС электролизера, Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:

1, Для электролизной серии: — состоящего из N последовательно соединенных электролизеров; — со средней противоЭДС каждого электролизера — е; — со средним рабочим напряжением на каждом электролизере (без учета анодных эффектов) — И,; — со средней частотой анодных эффектов на каждом злектролизере в сутки — f; — со средней продолжительностью одного анодного эффекта на электролизере—

1790634 — со средней величиной напряжения на электролизере за время анодного эффекта

Иаэ, перечисленные характеристики (параметры) задаются технологическим регла- 5 ментом и на основе их рассчитывается базовый ток по следующей формуле 1.1.

24 1с

1б

N t f — ))= — +Р— ) (N — 1)+ U которая выводится из следующего.

1.1.1

Ud — е N

Rb N где Rb — сопротивление одного электролизера при отсутствии на нем анодного эффекта;

11д — напряжение серии.

1,1,2. Формула для определения тока серии при возникновении на ней одного анодного эффекта (на одной из ванн)

0 — е N !

В(М вЂ” 1) + Rb . ""

1.1.3. Находится отношение (N — 1) +

1аэ N

1,1,4. Определяется общая продолжи- 30 тельность анодных эффектов за сутки

1аэ сут=Й т f

1.1.5. Определяется число амперчасов, переданных серий за сутки как

1.1.5.1 Icp X 24, где 24 — число часов в сутки

1.1.5.2. 1 э N t f +la (24 — N t f)

1.1 6,1ср24=1аэ М t f+ lg (24 N t f)

Подставив s этУ фоРмУлУ значение 1аэ из 40 формулы 1,1.3 получим формулу 1,1 для базового тока.

1.2, Прй подстановке в формулу 1.1 входящих в нее средних значений параметров, получаем максимальный базовый ток 45

1,3, При подстановке в формулу 1.1 значений f=- 0 t=- 0 (при длительном отсутствии анодных эффектов) получаем Mèíèìçëьное значение базового тока I a м н= 1ср. 50

2. Корректируется (регулируется, изменяется) базовое значение тока в пределах его значений, равных заданному номинальному (среднему) току серии, до максимального его значения, определяемого из 55 требований технологического регламента и эта корректировка базового тока выполняется с целью выдерживания заданного среднего тока за длительные промежутки времени, 3. Промежутки времени, за которыедолжен выдерживаться средний ток (1 — 2 ч, например, в прототипе) не устанавливаются.

Средний ток выдерживается, если технология ведется в пределах требований технологического регламента и не выдерживается в противном случае. Превышение максимального базового тока запрещается, Средний ток выдерживается как следствие регулирования базового тока в зависимости от фактического хода технологии в пределах регламента и как следствие ведения самой технологии согласно требований технологического регламента.

4, Поддержание базового тока на необходимом уровне осуществляется средствами регулирования напряжения на электролизной серии, например переключающими устройствами, при помощи которых ступенчато изменяется число витков перв ичн ых (сетевых) обмоток преобразо вател ьных трансформаторов.

Для возможности оценки мгновенных значений тока серии и, следовательно,базового тока, т.е. значения тока серии в период работы серии без анодных эффектов используются специальные электронные, с цифровой индикацией приборы для измерения тока серии. В периоды анодных эффектов потенциальный уровень базового тока обеспечивается например, поддержанием тех ступеней на преобразовательных трансформаторах, которые были в предшествующем безвспышечном периоде с изменением этих ступеней, связанным с учетом прогнозируемого изменения общего сопротивления электролитической цепи серии (при отсутствии на ней анодных эффектов) и с учетом изменений сетевого напряжения (т.е. напряжения, подаваемого на преобразовательную подстанцию от энергосистемы) — т,е. производится компенсация изменений общего сопротивления серии и изменений сетевого напряжения, Возможен автоматический контроль и корректировка максимального тока, Фактические уровни базового тока, с которыми выдержала средний ток та или иная смена электролизерного цеха, оцениваются по диаграммным лентам тока серии или при помощи специальных приборов, измеряющих базовый ток. Базовый ток, с которым (при котором) выдержан средний ток, может служить оперативным критерием ведения технологии. Для сравнения с прототипом укажем, что максимальное значение тока в приведенном примере составляет по нашей формуле (1.1) значение в 154,5 кА (и не более) вместо 154,9 кА, 160,8кА и 172,8кА по прототипу для различных технологических

1790634

55 ситуаций. Диаграмма тока серии при регулировании его по базовому значению имеет вид (при одном неизменном значении базового тока при однообразном ведении технологического процесса). Одинаковый результат регулирования тока (в виде заданного среднего его значения) достигается разными способами, При этом, если тепловое состояние электролизеров можно считать примерно одинаковым среднеквадратичное, т.е. действующее значение тока, меньше), то магнитоэлектродинамическое состояние электролизеров будет явно различным в силу различных текущих значений тока. Чем выше значение тока серии, тем сильнее циркуляция расплава в электролизере, обуславливаемая взаимодействием его проводников с током, а также взаимодействием с проводниками соседних электролизеров, Для двух проводников с током, один из которых в нашем случае является расплавом, сила взаимодействия, вызывающая циркуляцию, движение расплава, определяется известной из теоретической электротехники формулой

1 2 I

r где Ap — магнитная проницаемость;

11; 12 — токи, протекающие по проводникам, каждый из которых пропорционален

Формула изобретения

1. Способ регулирования тока серий алюминиевых электролизеров, включающий изменение напряжения, подаваемого на серию электролизеров при отклонении тока l(t) серии от заданного по технологии среднего значения (I

2. Способпоп,1,отл ичающийся тем, что базовый ток определяется по математическому выражению току серии;

I — длина параллельных проводников с током;

r — расстояние между проводниками.

Из формулы видно, что интенсивность циркуляции пропорциональна квадратутока серии. При регулировании тока по базовому его значению (а названо оно базовым, 10 т.к. от этого установленного уровня максимального тока серии, как от базового уровня идут периодические снижения тока серии, вызванные в основном возникающими на электролизерах анодными эффек15 тами) максимальные значения тока превышают номинальное до 37,, а при регулировании по среднему току — до 15 и более процентов. При регулировании по базовому значению существенно увеличи20 вается выход по току и срок службы электролизеров, снижаются удельные расходы сырья (глинозем, аноды, криолит и др.) и электроэнергии. Таким образом, предлагаемый способ регулирования тока серии по

25 базовому его значению позволяет снизить максимальные значения тока, тем самым уменьшить циркуляцию расплава и повысить выход по току и срок службы электролизеров, уменьшить удельные расходы

30 сырья и эл,энергии.

24 1с

1 — * =-.— (N — 1)+, где 241 р — суточные амперчасы;

N — число электролизеров с серии;

f — количество анодных эффектов на один электролизер за 24 ч;

t — продолжительность во времени одного анодного эффекта;

0аэ — среднее напряжение на электролизере при наличии на нем анодного эффекта;

U> — напряжение на электролизере

50 при отсутствии на нем анодного эффекта; е — противоЭДС электролизера.