Способ контроля технологических параметров электролита алюминиевого электролизера



Способ контроля технологических параметров электролита алюминиевого электролизера

Владельцы патента RU 2471019:

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

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способу контроля состава расплавленного электролита в алюминиевом электролизере. Способ включает измерение силы тока и расчет технологических параметров, при этом измерение значения силы тока Iэ и уровня электролита lэ осуществляют при помощи изолированного пробойника автоматизированной системы питания глиноземом, в качестве технологических параметров рассчитывают электрическое сопротивление слоя электролита Rэ и криолитовое отношение, измерения значений постоянного тока проводят при максимальных амплитудах тока, измерения электрического сопротивления слоя электролита - при постоянном уровне электролита lэ и постоянном значении напряжения, равном 24 В, значения электрического сопротивления слоя электролита калибруют в соответствии с текущим значением криолитового отношения электролита, рассчитанные значения криолитового отношения калибруют со значениями стандартных образцов электролита с получением калибровочного коэффициента, учитывающего содержание фтористых добавок. Обеспечивается повышение точности и оперативности контроля за изменением состава электролита алюминиевого электролизера. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способу контроля параметров электролита в алюминиевом электролизере, которые характеризуют технологическое состояние процесса.

Известен стандартный способ контроля состава электролита, когда криолитовое отношение (отношение содержания фторида алюминия к фториду натрия) определяется кристаллооптическими или рентгено-дифрактометрическими методами в лабораторных условиях после отбора проб. Согласно заводским инструкциям ТИ пробы электролита отбираются 1 раз в 3 суток специальными пробоотборниками из отверстия в криолитоглиноземной корке алюминиевого электролизера (Янко Э.А. Производство алюминия. СПбГУ, СПб.: 2007, 376 с.).

Недостатком способа является то, что отбор образцов электролита для анализа его химического состава обычно осуществляется один раз в три дня, что является недостаточным с точки зрения оперативности контроля, так как величина криолитового отношения может существенно изменяться в течение нескольких часов. В связи с этим электролизер длительное время работает с отклонением параметров от заданных значений, что влечет за собой снижение показателей эффективности его работы.

Известен «Способ контроля работы алюминиевых электролизеров» (патент US №№4675081, опубл. 23.07.1987), основанный на прогнозе и диагностике ситуации по текущим замерам при помощи переносных устройств и приборов. Способ заключается в измерении электрических и технологических параметров параллельно со стандартным отбором проб электролита. По полученным данным составляется алгоритм управления криолитовым отношением по аналоговым показателям.

Недостатком известного способа контроля является неточность измерения из-за больших помех, связанных высокоамплитудными колебаниями серийного напряжения в межполюсном зазоре между поверхностью анода и катодным металлом, при этом контролируется только слой межэлектродного расстояния. Контроль при помощи переносных приборов имеет зависимость от временного фактора и не дает объективной оценки текущему состоянию электролизера.

Известен «Способ контроля состава электролита алюминиевого электролизера и щуп» (патент RU №2039131, опубл. 09.07.1995). Способ контроля электролита алюминиевого электролизера включает погружение щупа с электроприводным зондом в расплавленный электролит и регистрацию электрического сигнала. Щуп попеременно охлаждают и нагревают и охлаждение производят до полного отверждения электролита на границе с щупом, снабженным пакетом вставленных в стакан трех или более стержней.

Недостатком способа является применение дополнительно устройства для измерения и увеличение затрат на его обслуживание. Недостатком известного способа также является налипание электролита на щуп и необходимость его чистки, после каждого измерения.

Известен «Способ автоматического контроля технологического состояния электролизера» (патент RU №2005140166/02, опубл. 22.12.2005). Способ автоматического контроля технологического состояния алюминиевого электролизера с обожженными анодами, закрепленными на анодной шине, включающий измерение напряжения на конструктивных элементах электролизера с использованием датчиков напряжения, связанных с вычислительным блоком, и определение токов по анодам, отличающийся тем, что измерение напряжения на электролизере осуществляют в нескольких точках по длине анодной шины, причем число точек измерения выбирают большим числа определяемых токов, определение которых проводят по анодам.

Недостатком способа является влияние на качество измерения колебаний напряжения, связанных с магнитодинамическим воздействием катодного металла. Для реализации известного способа необходимо большое количество измерительной техники для последующих преобразований, что приводит к значительной погрешности в измерениях технологических параметров.

Известен «Способ контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров» (патент RU №2057823, опубл. 10.04.96), принятый в качестве прототипа. Сущность способа заключается в контроле технологических параметров алюминиевых электролизеров, включающий измерение постоянной Uэ и переменной составляющих падения напряжений на электролизере и тока Jc u серии, вычисление сопротивления электролизера, причем измерения выполняют одновременно на гармониках, кратных 50 Гц, по результатам измерений определяют величину обратной ЭДС, отличающийся тем, что действующее значение переменной определяют по составляющей тока серии на каждой из гармоник, используемых для измерений, для чего вычисляют соотношение, связывающее измеренные величины гармоник тока серии, и вызванное ими падение напряжения на каждом электролизере по математическому выражению.

Недостатком способа является то, что контроль осуществляется по напряжению электролизера при принятом постоянным значении силы тока серии электролизеров. На гармоники напряжения в межэлектродном пространстве большое влияние оказывают различные технологические факторы и отклонения, которые можно идентифицировать только через многоступенчатую фильтрацию сигналов. К числу основных недостатков известного способа также следует отнести низкую сходимость результатов с фактическими значениями технологических параметров из-за высокого уровня помех, связанных с выполнением технологических операций по обслуживанию и влиянием технических неисправностей, вызывающих сбои подачи сырья. Неточность результатов измерений связана с тем, что контролируется весь слой электролита, находящийся в межэлектродном пространстве.

Техническим результатом является повышение точности и оперативности контроля за изменением состава электролита алюминиевого электролизера.

Технический результат достигается тем, что в способе контроля технологических параметров электролита алюминиевого электролизера, включающем измерение силы тока и расчет технологических параметров, измерение значения силы тока Iэ, а также уровня электролита lэ, осуществляют при помощи изолированного пробойника автоматизированной системы питания глиноземом, а в качестве технологических параметров рассчитывают электрическое сопротивление слоя электролита Rэ и криолитовое соотношение по формуле

где N - частотный калибровочный коэффициент;

Rэ - расчетное электрическое сопротивление измеренного слоя электролита;

U - фиксированное напряжение, 24 В;

S - площадь контакта пробойника с электролитом;

lэ - измеренный уровень электролита;

Iэ - измеренное значение силы тока.

Измерение значения силы тока Iэ проводят при касании наконечника пробойника с электролитом.

Измеренное при помощи пробойника значение силы тока Iэ определяют по максимальному значению амплитуды.

Автоматизированная система точечного питания электролизера глиноземом при помощи пробойника выполняет функции контроля технологического процесса и позволяет решить задачу качественного и оперативного контроля криолитового отношения электролита за счет регистрации отклонения по граничным значениям электрического сопротивления слоя электролита.

Пробойник АПГ является индивидуально изолированным элементом. Измерения электрического сопротивления слоя электролита проводят при постоянном значении напряжения, равном 24 В, по изменяющимся значениям силы тока по закону Ома - Rэ=U/Iэ. Величина электрического сопротивления зависит от содержания химических компонентов электролита - криолитового отношения.

Измерения максимального значения постоянного тока происходят в зоне контакта с электролитом наконечника одного из пробойников системы автоматического питания электролизера глиноземом (АПГ). Пробойник АПГ изолирован, поэтому на измерение электрических параметров не воздействует падение серийного напряжения в общей цепи электролизеров, связанных с влиянием магнитного поля, технологических и технических факторов.

Способ осуществляют следующим образом. При касании изолированного наконечника пробойника АПГ электролита на АСУТП поступает сигнал значения тока. При замыкании с поверхностью металла сигнал об измеренном расстоянии lэ поступает с контроллера хода штока пробойника (фиг.1). По полученным значениям проводится расчет криолитового отношения по предложенной формуле, который фиксируется на АСУТП. Время измерения и расчета составляет - 7 с. Измерения проводятся с периодичностью 24 раза в сутки.

Пример. В результате замеров установлено, что электрическое сопротивление при постоянном уровне электролита функционально зависит от криолитового отношения, поскольку является величиной, связанной с электропроводностью электролита.

Значение криолитового отношения (КО), которое получили на спектрометре с дифракционным каналом ARL, вводят в матрицу эталонов параллельно с данными замеров электрического сопротивления. Экспериментально подтверждено, что во время замера и одновременного отбора проб электролита, с повышением электрического сопротивления наблюдается увеличение криолитового отношения. Рассчитанное значение криолитового отношения КО после измерений заносят в матрицу и калибруют со значениями стандартных образцов электролита.

Результаты замеров по выявлению оптимальных условий проведения заявляемого способа приведены в табл.1.

Калибровочный коэффициент N=КОизм/КОARL - это отношение измеренного KO по предлагаемому способу и эталонного КОARL, полученного стандартным способом во время замера, которое учитывает содержание фторидных добавок (CaF2+MgF2+LiF)=4,0-7,5%, также влияющих на электропроводность электролита.

Способ позволяет решать проблему качественного контроля за изменением состава электролита на алюминиевом электролизере для принятия оперативных решений по его корректировке при зафиксированном отклонении. Изобретение позволяет своевременно выявить технологические расстройства и устранить их, что обеспечивает повышение технико-экономических показателей процесса электролиза.

Таблица 1
Способ контроля технологических параметров электролита алюминиевого электролизера
№ пробы Электрическое сопротивление Rэ, Ом Криолитовое отношение КО Содержание добавок (CaF2+MgF2), % Калибровочный коэффициент N
1 0,47 2,15 4,0 1,05
2 0,46 2,20 4,2 1,06
3 0,45 2,25 4,0 1,06
4 0,41 2,30 4,1 1,07
5 0,38 2,35 4,1 1,06
6 0,33 2,40 4,1 1,07
7 0,31 2,45 4,2 1,05
8 0,29 2,50 4,1 1,07
9 0,24 2,55 4,0 1,06
10 0,21 2,60 4,3 1,05
11 0,18 2,65 4,1 1,07
12 0,15 2,70 4,0 1,05
13 0,45 2,15 6,0 1,06
14 0,42 2,20 6,3 1,05
15 0,37 2,25 6,1 1,04
16 0,33 2,30 6,0 1,05
17 0,29 2,35 6,1 1,06
18 0,27 2,40 6,1 1,05
19 0,26 2,45 6,0 1,07
20 0,25 2,50 6,1 1,05
21 0,23 2,55 6,0 1,06
22 0,21 2,60 6,2 1,05
23 0,17 2,65 6,2 1,06
24 0,14 2,70 6,0 1,05
25 0,41 2,15 7,3 1,04
26 0,38 2,20 7,3 1,05
27 0,34 2,25 7,5 1,05
28 0,28 2,30 7,3 1,06
29 0,24 2,35 7,5 1,05
30 0,22 2,40 7,3 1,05
31 0,20 2,45 7,4 1,07
32 0,18 2,50 7,3 1,05
33 0,16 2,55 7,5 1,06
34 0,14 2,60 7,3 1,05
35 0,12 2,65 7,4 1,06

1. Способ контроля технологических параметров электролита алюминиевого электролизера, включающий измерение силы тока и расчет технологических параметров, отличающийся тем, что измерение значения силы тока Iэ и уровня электролита lэ осуществляют при помощи изолированного пробойника автоматизированной системы питания глиноземом, а в качестве технологических параметров рассчитывают электрическое сопротивление слоя электролита Rэ и криолитовое отношение, при этом измерения значений постоянного тока проводят при максимальных амплитудах тока, измерения электрического сопротивления слоя электролита - при постоянном уровне электролита lэ и постоянном значении напряжения, равном 24 В, значения электрического сопротивления слоя электролита калибруют в соответствии с текущим значением криолитового отношения электролита, а указанные рассчитанные значения криолитового отношения калибруют со значениями стандартных образцов электролита с получением калибровочного коэффициента, учитывающего содержание фтористых добавок.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение значения силы тока Iэ проводят при касании наконечника пробойника с электролитом.



 

Похожие патенты:

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

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.

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

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

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

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.

Изобретение относится к устройству для определения уровней металла и электролита в электролизере в процессе его эксплуатации. .
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия. .

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к способу защиты углеграфитовой футеровки алюминиевого электролизера при производстве алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов, и может быть использовано при вводе алюминиевого электролизера в эксплуатацию. Способ включает формирование слоя электрического сопротивления на подине проекции анода, отдачу пускового сырья в пространство "борт-анод" и включение тока серии. Слой электрического сопротивления формируют из шихты, содержащей кокс, карбонат лития и кристаллический кремний, после формирования слоя проводят обжиг подины при температуре от 950 до 970°С. Обеспечивается снижение негативных эффектов, связанных с адсорбцией и проникновением натрия в углеграфитовую футеровку на стадии пуска электролизера, повышение стойкости и прочности углеграфитовой футеровки, увеличить срок службы и производительности электролизера, улучшение сортности получаемого алюминия и снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения удельного электрического сопротивления углеграфитовой футеровки. 3 табл.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2012-12-27 2013-03-19T06:56:05
Наверх