Способ определения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера

Изобретение относится к цветной металлургии, к электролитическому получению алюминия, в частности к измерению высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера. Способ включает измерение расстояние от точки отсчета на стальном стержне до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием, образующегося при погружении вертикально в электролит и расплавленный алюминий стержня. Стержень фиксируют относительно фланца балки-коллектора при помощи кронштейна с установленными на нем направляющими. Измеряют расстояние от точки отсчета, нанесенной на не погружаемую в электролит и расплавленный алюминий часть стального стержня, до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием на стержне. Высоту слоя алюминия на подине определяют как разность между расстоянием от точки фиксации стержня до подины электролизера, расстоянием от точки фиксации стержня до точки отсчета и расстоянием от точки отсчета до следа межфазной границы. Изобретение обеспечивает большую точность и достоверность измерения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, к электролитическому получению алюминия, в частности к измерению высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера.

В настоящее время высоту слоя расплавленного алюминия на подине электролизера в основном измеряют, используя след межфазной границы на стальных стержнях, погружаемых в электролит и расплавленный алюминий (при охлаждении стержня, извлеченного из электролита и расплавленного алюминия, цвет намерзшего на него электролита по-разному изменяется на частях, погружаемых в электролит и расплавленный алюминий).

Известен способ измерения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера вручную с помощью стального стержня, погружаемого вертикально или под некоторым углом к горизонту в расплавленный алюминий до соприкосновения с подиной (Light metals, 1999, р.297).

Известен способ измерения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера, заключающийся в извлечении с помощью пробоотборника, фиксированной относительно электролизера и выполненной, например, в виде цилиндра пробы металла, верхняя часть которой фиксирована зеркалом поверхности расплава металла, а нижняя часть - подиной электролизера. Высоту (Н) слоя расплавленного алюминия на подине электролизера определяют по весу извлеченной пробы исходя из следующего уравнения:

H=(A+gK)sinα,

где А - расстояние от подины электролизера до нижней поверхности пробы;

g - вес пробы;

α - угол взятия пробы;

К - физическая и геометрическая постоянная формы пробы, например, для цилиндра К=1/(πr²·ρ);

r - радиус цилиндрической пробы;

ρ - плотность расплавленного алюминия при температуре электролиза (Авторское свидетельство СССР №328201, С25С 3/20, 1972).

Перечисленные выше способы обладают недостатками.

Способ измерения вручную с помощью стального стержня является трудоемким и дает большую погрешность измерения, в частности, из-за наличия осадков и коржей на подине электролизера.

Способ измерения по весу извлеченной пробы также является трудоемким и дает большую погрешность измерения вследствие использования в формуле значительного количества измеряемых величин и, кроме того, требует знания температуры расплавленного алюминия в момент отбора пробы.

Известен способ измерения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера с помощью стального стержня, фиксированного относительно горизонтального уровня, совпадающего с плитой перекрытия около продольной стороны электролизера, и погружаемого вертикально в электролит и расплавленный алюминий (Light metals, 1999, р.298). Стальной стержень погружается в электролит и расплавленный алюминий таким образом, что торец погружаемого в расплавленный алюминий нижнего конца располагается на некотором расстоянии от подины, примерно 10 см. Это расстояние является основным калибровочным размером, а плоскость торца погружаемого конца стального стержня служит точкой отсчета. После извлечения стального стержня на погружаемой в расплавленный алюминий части стержня измеряется расстояние от точки отсчета до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием. Высоту слоя расплавленного алюминия на подине электролизера рассчитывают как сумму расстояния от точки отсчета до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием и расстояния от точки отсчета до подины электролизера, которая устанавливается и определяется при пуске электролизера и затем дважды в год.

По назначению и наличию сходных существенных признаков данное решение принято в качестве прототипа.

Недостатком способа, выбранного в качестве прототипа, является невозможность получения правильных значений высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера в случае изменения длины конца стального стержня, погружаемого в расплавленный алюминий, например, вследствие его растворения или подгорания или в случае изменения уровня плиты перекрытия.

Задачей предлагаемого решения является увеличение устойчивости энергетического баланса электролизера.

Технический результат заключается в разработке способа определения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера, обеспечивающего большую точность и достоверность.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера, включающем измерение расстояния от точки отсчета на стальном стержне до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием, образующегося при погружении вертикально в электролит и расплавленный алюминий стального стержня, фиксированного относительно заданного горизонтального уровня, согласно предлагаемому решению измеряют расстояние от точки отсчета, нанесенной на не погружаемую в электролит и расплавленный алюминий часть стального стержня, до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием на стальном стержне, фиксированном относительно горизонтального уровня в верхней части электролизера, а высоту слоя алюминия на подине электролизера определяют как разность между расстоянием от точки закрепления стального стержня до подины электролизера, расстоянием от точки закрепления стального стержня до точки отсчета и расстоянием от точки отсчета до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием на стальном стержне.

Способ дополняют частные отличительные признаки, направленные также на достижение поставленного технического результата.

Вертикальный стальной стержень фиксируют относительно фланца балки-коллектора при помощи кронштейна с установленными на нем направляющими.

В предлагаемом способе по сравнению с прототипом для более точного измерения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера с помощью стального стержня, погружаемого в электролит и расплавленный алюминий, по следу межфазной границы электролита с расплавленным алюминием и получения достоверных результатов предлагается калибровать верхнюю не погружаемую часть стального стержня, а стальной стержень фиксировать относительно горизонтального уровня в верхней части электролизера, например фланца балки-коллектора, в точке фиксации, жестко связанной с конструктивными элементами. Расстояние от точки фиксации до подины электролизера точно известно.

При использовании заявляемого способа нет опасности изменения длины калиброванной части и не требуется калибровка измерительного стального стержня, вызванная угаром и износом его нижней части, и, как следствие, повышается точность и достоверность результатов измерений.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критериям «новизна» и «существенные отличия».

Способ поясняется чертежом, где 1 - фланец балки-коллектора, 2 - кронштейн, 3 - точка фиксации стального стержня, жестко связанная с фланцем балки-коллектора, 4 - направляющие, 5 - стальной стержень, 6 - точка отсчета, 7 - электролит, 8 - уровень расплавленного алюминия, 9 - расплавленный алюминий, 10 - подина электролизера.

Способ определения осуществляют следующим образом.

Стальной стержень 5 с калиброванным верхним концом устанавливают вертикально и строго фиксировано в точке фиксации 3, жестко связанной с конструктивными элементами электролизера, например с балкой-коллектором 1 электролизера. Расстояния от точки фиксации 3 до подины электролизера 10 и до точки отсчета 6 точно известны и постоянны. Стальной стержень 5 погружают в расплавленный алюминий другим нижним концом таким образом, что погружаемый конец располагается на 50-100 мм выше подины.

Высота слоя расплавленного алюминия на подине электролизера (h_m) рассчитывается по выражению:

h_m=X_т.ф.-п-( X_{т.ф.-т.о.}+Х_{т.о.-след.}),

где X_т.ф.-п - расстояние от точки фиксации до подины электролизера,

Х_{т.ф.-т.о.} - расстояние от точки фиксации до точки отсчета,

Х_{т.о.-след.} - расстояние от точки отсчета до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием.

Величины Х_т.ф.-п и Х_{т.ф.-т.о.} измеряются один раз при калибровке стержня, а затем величина Х_т.ф.-п корректируется не реже двух раз в год вследствие возможного износа подины электролизера. Величина Х_{т.о.-след.} измеряется каждый раз при операции определения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера.

1. Способ определения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера, включающий измерение расстояния от точки отсчета на стальном стержне до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием, образующегося при погружении вертикально в электролит и расплавленный алюминий стального стержня, фиксированного относительно заданного горизонтального уровня, отличающийся тем, что измеряют расстояние от точки отсчета, нанесенной на не погружаемую в электролит и расплавленный алюминий часть стального стержня, до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием на стальном стержне, фиксированном относительно горизонтального уровня в верхней части электролизера, а высоту слоя расплавленного алюминия на подине определяют как разность между расстоянием от точки фиксации стального стержня до подины электролизера и расстояниями от точки фиксации стального стержня до точки отсчета и от точки отсчета до следа межфазной границы электролита с расплавленным алюминием на стальном стержне.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вертикальный стальной стержень фиксируют относительно фланца балки-коллектора электролизера при помощи кронштейна с установленными на нем направляющими.