Устройство для отбора проб расплава в электролизере

Авторы патента:

C25C3/20 - автоматическое управление или регулирование электролизеров (управление или регулирование вообще G05)

Владельцы патента RU 2448199:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" (RU)

Устройство относится к металлургии, а именно к средствам контроля химического состава расплава электролизера, в частности алюминиевого. Устройство состоит из корпуса, выполненного из огнеупорного материала, к которому прикреплен металлический держатель, снабженный горизонтальным уровнемером. Корпус выполнен в виде пластины, на которой расположены изолированные друг от друга полости для расплава. Для герметизации полостей предусмотрено запирающее устройство, выполненное в виде металлической задвижки, приводимое в движение при помощи червячной передачи. Устройство позволяет произвести отбор проб электролита и металла по всей высоте расплава, а также в любой точке по периметру электролизера с фиксацией высоты отбора пробы. Обеспечивается упрощение конструкции и повышение точности контроля технологических параметров. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к металлургии, а именно к средствам контроля химического состава расплава электролизера, в частности алюминиевого.

Известно «Устройство для измерения уровня металла и электролита в ванне алюминиевого электролизера» (патент на п.м., RU №19835, опубл. 27.09.2006), включающее в себя термостойкий стержень, снабженный хомутом, к которому жестко прикреплен полукруглый диск с вилкой, шарнирно прикрепленный к диску, в прорези вилки свободно установлен фиксатор, контактирующий с одной стороны с диском, а с другой со стержнем, пропущенным в трубке, снабженной уровнемером и связанной одним концом с вилкой, а другим резьбовым соединением с ручкой, жестко связанной со стержнем.

Недостатком данного устройства является низкая функциональность, так как не возможен отбор проб металла и электролита. Это приводит к увеличению трудозатрат и повышению износа инструментария, в результате чего ухудшается качество производимого металла.

Известен «Способ отбора проб электролита из электролизера для производства алюминия» (патент RU №2284377, опубл. 27.09.2006), заключающийся в отборе пробы электролита предварительно нагретым пробоотборником, заливке пробы жидкого электролита в изложницу и ее кристаллизации. Рабочую емкость пробоотборника предварительно нагревают до 200-250°С, а затем до температуры не менее температуры кристаллизации щелочной составляющей электролита, помещая ее в расплавленный электролит, находящийся в данном электролизере. Заливку жидкой пробы электролита из рабочей емкости пробоотборника в изложницу производят без остатка.

Недостатком данного способа является отсутствие возможности контроля уровня расплава, с которого производится отбор проб, поэтому существуют проблемы правильного определения технологического состояния процесса электролиза.

Известен «Способ отбора проб и устройство для его осуществления» (патент RU №2026545, опубл. 09.01.1995), принятый за прототип и включающий герметизацию изолированных друг от друга систем устройства с приемниками проб, размещенными на различных уровнях, погружение устройства в расплав, разгерметизацию, заполнение приемников, повторную герметизацию систем и извлечения из расплава. Осуществляется при помощи устройства для отбора проб расплава, содержащего корпус с приемниками проб расплава, средства герметизации полостей, которые выполнены в изолированных системах в нижней части вертикальных каналов ниже уровня их пересечения с горизонтальными каналами, в которые вставлены корундовые трубки.

Недостатком данного способа и устройства для отбора проб является, во-первых, сложное конструктивное исполнение, во-вторых, низкая точность определения уровня, с которого происходит отбор пробы расплава.

К конструктивным недостаткам данного устройства стоит отнести средства герметизации, которые выполнены автономными и расположены вне зоны расплава. Так как герметизация производится за счет создания избыточного давления, отбор проб расплава производится после достижения равновесия давления путем разгерметизации внутренних объемов, при этом время начала отбора проб определяют по срабатыванию предохранительного клапана. Это приводит к увеличению продолжительности операции отбора проб, повышенному износу устройства для отбора проб.

Точность отбор проб с определенного уровня осуществляется путем строго вертикальной установки карбидокремниевой пластины в расплав и последовательной разгерметизации приемников за счет создания избыточного давления. Так как каждый электролизер имеет свои особенности движения расплава, при этом скорость движения на определенных участках ванны может сильно различаться, определение уровня отбора проб по созданию избыточного давления не может быть достоверным.

В основу изобретения положена задача разработать устройство для отбора проб расплава в алюминиевом электролизере, которое бы позволило производить отбор проб металла и электролита на заданном уровне и являлось бы простым в использовании, что позволит повысить точность контроля технологических параметров алюминиевого электролизера.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что в устройстве для отбора проб расплава в электролизере, включающем в себя корпус с изолированными друг от друга полостями, расположенными по всей его высоте, и средства герметизации полостей, корпус выполнен из огнеупорного материала и прикреплен к металлическому держателю, снабженному горизонтальным уровнемером, при этом средства герметизации полостей выполнены в виде металлической задвижки, соединенной с металлическим держателем при помощи червячной передачи.

Корпус из огнеупорного материала может быть выполнен в виде пластины, к которому прикреплен металлический держатель под прямым углом.

Металлическая задвижка может быть выполнена в виде металлических пластин, закрепленных на направляющих.

Выполнение корпуса из огнеупорного, стойкого к химическому воздействию фторидных расплавов, материала с изолированными друг от друга полостями, расположенными по всей его высоте, обеспечивает отбор проб расплава с заданной высоты. В результате сниженной реакционной способности огнеупорного, стойкого к химическому воздействию фторидных расплавов, материала корпуса, отбираемые пробы сохраняют свой химический состав. Стойкий к агрессивному воздействию расплава фторидов съемный корпус позволяет использовать устройство с минимальным износом.

Жесткое металлического держателя к корпусу под прямым углом, которое позволяет более точно с наименьшими трудозатратами фиксировать вертикальное положение карбидокремниевой пластины в расплаве, обеспечивается за счет резьбового соединения, выполненного на противоположном от уровнемера конце держателя и в верхней части корпуса.

Уровнемер, закрепленный на держателе, позволяет вертикально выставить пробоотборник в расплаве и производить отбор проб с известного расстояния от подины электролизера

Выполнение средств герметизации полостей в виде металлической задвижки, соединенной с металлическим держателем при помощи червячной передачи, обеспечивает подвижность металлической задвижки, герметизацию полостей и позволяет отбирать пробы расплава после установки устройства в рабочее положение. Герметизация позволяет предотвратить смешивание расплава с различных уровней. Оператор, производящий отбор проб, находится на удаленном расстоянии от открытой поверхности расплава, что минимизирует температурное и токсическое воздействие на его организм.

Сущность технического решения поясняется чертежом. Устройство для отбора проб расплава состоит из корпуса 3, изготовленного из огнеупорного, стойкого к химическому воздействию фторидных расплавов, материала в виде пластины, к которому прикреплен металлический держатель 1 с горизонтальным уровнемером 2. По всей высоте корпуса расположены изолированные друг от друга полости 4. Металлический держатель жестко прикреплен противоположным к уровнемеру концом к верхней части корпуса 3 под прямым углом при помощи резьбового соединения. Для герметизации полостей 4 предусмотрено средство герметизации, выполненное в виде металлической задвижки 5, приводимой в движение при помощи червячной передачи 6.

Устройство для отбора проб расплава работает следующим образом. Металлический держатель 1 закрепляют на корпусе 3 под углом в 90° при помощи резьбового соединения. Изолированные друг от друга полости 4 корпуса 3 герметизируют металлической задвижкой 5. Металлическая задвижка 5 приводится в движение вручную, с помощью червячной передачи 6 за счет перемещения горизонтальной части задвижки. Отбор проб производится собранным устройством после строго вертикальной установки корпуса 3 в расплав алюминиевого электролизера. Вертикальное положение контролируют при помощи уровнемера 2. Затем вручную с помощью горизонтальной части задвижки 5 и червячной передачи 6 поднимают металлическую задвижку, для герметизации полостей, 5 на 3-5 сек. После забора проб металлическую задвижку 5 вновь опускают и герметизируют полости 4, корпус 3 извлекают из расплава. Фиксация уровня отбора проб проводится измерением высоты полостей до погружения устройства в расплав. После охлаждения устройства пробы извлекают из полостей 4 корпуса 3 и отправляют на химический анализ.

Устройство для отбора проб позволяет произвести отбор проб металла и электролита по всей высоте расплава и в любой точке по периметру алюминиевого электролизера, с фиксацией высоты отбора пробы расплава, что позволяет повысить точность контроля технологических параметров алюминиевого электролизера.

1. Устройство для отбора проб расплава в электролизере, содержащее корпус с изолированными друг от друга полостями, расположенными по всей его высоте, и средство герметизации полостей, отличающееся тем, что корпус выполнен из огнеупорного материала и прикреплен к металлическому держателю, снабженному горизонтальным уровнемером, при этом средство герметизации полостей выполнено в виде металлической задвижки, соединенной с металлическим держателем при помощи червячной передачи.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус из огнеупорного материала выполнен в виде пластины и прикреплен к металлическому держателю под прямым углом.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что металлическая задвижка выполнена в виде металлических пластин, закрепленных на направляющих.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия на электролизерах с предварительно обожженным анодом, и может быть применено для управления пневматическим цилиндром пробойника системы автоматической подачи глинозема в расплавленный электролит.

Способ подготовки проб кальцийсодержащего электролита алюминиевого производства для анализа состава методом рфа // 2418104

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия и может быть использовано при технологическом контроле состава электролита методом рентгенофазового анализа (РФА).

Способ удаления угольной пены с поверхности электролита алюминиевого электролизера // 2406788

Изобретение относится к способам обслуживания алюминиевого электролизера, преимущественно к способу удаления угольной пены из алюминиевого электролизера. .

Способ прогнозирования и ранней подготовки алюминиевого электролизера к отключению // 2401326

Изобретение относится к способу прогнозирования своевременной подготовки алюминиевого электролизера к отключению для капитального ремонта. .

Устройство контроля токораспределения в анодном узле алюминиевых электролизеров // 2401325

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из глинозема, и может быть использовано на электролизерах как с самообжигающимися анодами, так и с обожженными анодами для контроля токораспределения в анодном узле.

Устройство для определения уровней металла и электролита в электролизере для получения алюминия // 2398054

Изобретение относится к устройству для определения уровней металла и электролита в электролизере в процессе его эксплуатации. .

Способ сбора и эвакуации анодного газа алюминиевого электролизера // 2395630

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия. .

Способ и система рекуперации энергии и (или) охлаждения // 2384655

Изобретение относится к способу и системе для рекуперации энергии и (или) охлаждения по меньшей мере в одной электролизной ячейке для производства металла, в частности алюминия, где ячейка(-и) снабжена(-ы) одним или несколькими теплообменниками и где теплообменный носитель циркулирует через упомянутый(-е) теплообменник(и) и далее направляется по меньшей мере на один блок преобразования тепла, такой как турбина-расширитель.

Способ контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах // 2371524

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из глинозема, и может быть использовано на электролизерах как с самообжигающимися анодами, так и с обожженными для контроля токораспределения в анодном узле и подине с целью стабилизации технологических параметров.

Способ определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве и устройство для его осуществления // 2370573

Изобретение относится к способу определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве при получении алюминия электролизом. .

Способ контроля технологических параметров электролита алюминиевого электролизера // 2471019

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способу контроля состава расплавленного электролита в алюминиевом электролизере

Устройство контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах // 2484183

Изобретение относится к устройству для контроля силы тока в анодных штырях, анодах и катодных блюмсах электролизеров с самообжигающимися и с обожженными анодами

Способ производства вторичного алюминия в оборудовании с электролизером // 2496923

Изобретение относится к способу производства алюминия в электролизере. Способ включает этапы, при которых задают последовательность периодов управления с длительностью Т, идентифицируют возмущающие операции обслуживания на электролизере, которые могут привносить избыточный глинозем в электролитическую ванну, отмечают выполнение возмущающих операций обслуживания, определяют скорость В(k') подачи при регулировании для каждого периода k' управления и задают установленную скорость SR(k') подачи, равной М(k')×В(k'), где М(k') - заранее определенный коэффициент модуляции, который модулирует скорость В(k') подачи при регулировании так, чтобы учесть уменьшение потребностей электролизера, вызванное избыточным глиноземом. Обеспечивается значительное снижение частоты возникновения анодных эффектов. 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ защиты углеродной футеровки // 2522928

Изобретение относится к способу защиты углеродной футеровки алюминиевого электролизера при получении алюминия из металлургического глинозема в криолит-глиноземном расплаве и может быть использовано при вводе алюминиевого электролизера в эксплуатацию. Способ защиты углеродной футеровки алюминиевого электролизера включает нагрев до температуры 1300-1400°C с последующей выдержкой при максимальном значении температуры в течение 2-3 часов над предварительно прокаленным карбонатом лития, покрытым слоем кремниевой пыли. Пары лития, образовавшиеся при взаимодействии карбоната лития и кремниевой пыли, изменяют поверхностную структуру и основные свойства углеграфитовых блоков, за счет глубокого проникновения паров лития в поры угольного блока с последующей интеркаляцией слоев графита и обеспечивают формирование защитного антидиффузионного слоя толщиной 20-30 мм, блокирующего проникновение расплава в угольную подину электролизера и предотвращающего инфильтрацию жидкого алюминия и натрия в процессе работы электролизера. Обеспечивается снижение рабочего напряжения, повышение производительности, увеличение срока службы, повышение сортности алюминия, снижение расхода электроэнергии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Способ автоматического контроля криолитового отношения // 2540248

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, а именно к области управления электролизом алюминия. Способ автоматического контроля криолитового отношения электролита алюминиевого электролизера, включающий измерение силы тока, напряжения на электролизере, расчет текущих значений сопротивления электролита и определение криолитового отношения электролита, сравнение криолитового отношения с заданным значением и корректировку криолитового отношения электролита при отклонении от заданного значения. Данным способом определяют удельное сопротивление электролита при перемещении анодной рамы с фиксированной длительностью, через равные промежутки времени, в направлении вверх-вниз, после чего преобразуют удельное сопротивление в коэффициент перемещения, измеряют температуру ликвидуса и определяют криолитовое отношение электролита в зависимости от коэффициента перемещения и/или температуры ликвидуса. При этом коэффициент перемещения равен: Uуд=ТП×6/VМПА, где: Uуд - удельное сопротивление электролита, коэффициент перемещения [мВ/мм]; VМПА - скорость привода механизма перемещения анодной рамы [мм/мин]; ТП - тестовое перемещение [мВ/с], определяемое как: ТП=(ΔUвверх+ΔUвниз)/2/τ, где: ΔUвверх - разница напряжения при перемещении анодной рамы вверх, мВ; ΔUвниз - разница напряжения при перемещении анодной рамы вниз, мВ; τ - время перемещения, с. Определяют удельное сопротивление электролита при перемещении анодной рамы в течение от 0,5 с до 60 с через промежутки времени от 0,08 ч до 24 ч. Способ позволяет снизить стандартное отклонение фактического криолитового отношения от целевого значения с 0,059 до 0,038. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Система, способ и устройство для измерения и передачи рабочих условий электролитической ячейки // 2542869

Изобретение относится к системе, способу и устройству для измерения и передачи рабочих условий электролитической ячейки. Система содержит избирательно устанавливаемый элемент, соединенный с устройством для измерения и передачи рабочих условий электролитической ячейки, при этом избирательно устанавливаемый элемент сконфигурирован с возможностью перемещения устройства для измерения и передачи рабочих условий электролитической ячейки с физическим соединением с ванной и без него. Система может также содержать устройство для разрушения корки для разрушения поверхности ванны и электронное устройство для измерения уровня ванны. Раскрыт также способ измерения и передачи рабочих условий электролитической ячейки. Обеспечивается объединение длинных и трудоемких процедур измерения в один этап, снижение трудозатрат, повышение производительности. 13 з.п. ф-лы,16 ил.

Способ измерения профилей поверхностей в работающих алюминиевых электролизерах // 2576514

Изобретение относится к устройству для определения профиля износа катода и профиля бортовой(ых) настыли(ей) алюминиевого электролизера, заполненного расплавом алюминия и имеющего бортовую(ые) настыль(и). Устройство содержит систему определения положения с подвижным и стационарным элементами и пику с термостойким наконечником пики для погружения в расплав на катод или поверхность бортовой(ых) настыли(ей) электролизера, причем подвижный элемент прикреплен к пике, а стационарный элемент выполнен с возможностью определения положения наконечника пики путем определения положения подвижного элемента. Раскрыт способ определения профиля износа катода и профиля бортовой(ых) настыли(ей) в алюминиевом электролизере посредством указанного устройства, погружения наконечника пики устройства в расплав алюминия на катод или поверхность бортовой настыли электролизера и определения положения наконечника пики в качестве высоты катода или бортовой настыли в данном месте в электролизере. Обеспечивается быстрое и точное определение точного профиля износа катода и бортовой футеровки электролизера без его остановки. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для определения содержания глинозема в электролите алюминиевого электролизера // 2584631

Изобретение относится к электролитическому способу получения алюминия. Технический результат - повышение точности измерений и оперативности определения концентрации глинозема. Устройство для определения концентрации глинозема в электролите алюминиевого электролизера содержит автономный источник напряжения переменного тока, регистратор напряжения постоянного тока с градуировкой, низкочастотный электрофильтр и графитовым датчиком. При этом автономный источник напряжения переменного тока выполнен с возможностью подачи напряжения переменного тока в цепь графитовый датчик - катодная шина. Выход низкочастотного электрофильтра подключен к регистратору напряжения постоянного тока, а вход соединен с автономным источником напряжения переменного тока. 1 ил.

Способ управления алюминиевым электролизером по минимальной мощности // 2593560

Изобретение относится к способу управления алюминиевым электролизером по минимальной мощности. Способ включает измерение падения напряжения на сопротивлении электролизера, сравнение измеренного значения с заданной величиной падения напряжения на электролизере и устранение рассогласования соответствующим перемещением анода. Перемещением анода снижают рассогласование греющей мощности от заданного значения до выделения на электролизере минимальной мощности, выделение минимальной мощности определяют по самопроизвольному росту электрохимической составляющей напряжения электролизера и поддерживают данное рассогласование соответствующим перемещением анода без изменения теплового состояния электролизера. Рассогласование греющей мощности от заданного значения с выделением на электролизере минимальной мощности создают за период тепловой постоянной электролизера и поддерживают данное рассогласование в каждом периоде времени измерения падения напряжения на сопротивлении электролизера. Перемещение анода определяют по рассогласованию минимальной мощности на электролизере от заданного значения в текущем периоде его работы и прогнозу выделения минимальной мощности на последующий период его работы. Выделение на электролизере минимальной мощности без изменения теплового состояния электролизера поддерживают перемещением анода на величину возможного снижения мощности на электролизере до минимального значения и увеличением мощности на величину самопроизвольного роста электрохимической составляющей напряжения электролизера. Выделение минимальной мощности определяют по самопроизвольному росту электрохимической составляющей напряжения электролизера одновременно со всеми переменными параметрами технологического процесса электролиза алюминия от вносимых в технологический процесс возмущений. Заданную мощность на последующий период работы электролизера определяют по сумме заданной мощности в текущий период его работы и рассогласованию минимальной мощности от заданного значения за соответствующий период времени работы электролизера. Обеспечивается снижение расхода электроэнергии, повышение выхода металла по току, снижение трудоемкости обслуживания электролизеров. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Способ управления подачей глинозема в электролизер при получении алюминия // 2596560

Изобретение относится к способу управления подачей глинозема в электролизеры для получения алюминия для поддержания концентрации глинозема в электролите, равной или близкой к концентрации насыщения. В способе измеряют приведенное напряжение (U) или псевдосопротивление (R), регистрируют результаты измерений через фиксированные интервалы времени и формируют циклы питания, включающие подачу глинозема в недостаточном или избыточном количестве в сравнении с теоретической скоростью расхода глинозема в процессе электролиза, причем длительность периодов недостаточного питания выбирается в зависимости от концентрации глинозема в электролите, а длительность периодов избыточного питания определяется по изменению одной или нескольких из регистрируемых на электролизере величин: приведенного напряжения, псевдосопротивления, скоростей изменения приведенного напряжения (dU/dt) и псевдосопротивления (dR/dt), регулирование межполюсного расстояния для поддержания энергетического баланса электролизера может осуществляться в любой из фаз питания. Обеспечивается повышение технико-экономических показателей процесса получения алюминия за счет отсутствия анодных эффектов в электролизерах с углеродными анодами и применения новых конструктивных и электродных материалов, которые имеют высокую скорость износа в электролите с низкой концентрацией глинозема. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.