PL144950B1 - Method of accurately adjusting small amounts of aluminium oxide in an electrolyser for production of aluminium - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 89 06 30 144950 Int. Cl.4 C25C 3/20 Twórca wynalazku: Michel Leroy Uprawniony z patentu: Aluminium Pechiney, Paryz /Francja/ sposób dokladnej regulacji maleo zawartoSci tlenku glinu w elektrolizerze dla produkcji aluminium Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu dokladnej regulacji malej zawartosci tlenku glinu w elektrolizerze dla produkcji aluminium wedlug sposobu Hall-Heroult* Celem tej regulacji Jest równiez utrzymanie sprawnosci Faraday#e na podwyzszonym poziomie co najm¬ niej równym 94$. W ciegu ostatnich lat automatyzowano progresywnie dzialanie elektroli- zera do produkcji aluminium tak dla poprawienia bilansu energetycznego i regularnosci procesu. Jak dla zwyklych dzialan i poprawienia stopnia oczyszczenia scieków z fluoru* Oednym z istotnych czynników zapewniajacych regularnosc pracy elektrolizera przez elektrolize tlenku glinu rozpuszczonego w stopionym kryolicie. Jest rytm wprowadzania tlenku glinu do wanny. Niedobór tlenku glinu wywoluje wystepienie "efektu anodycznego" albo "rozbiegenie*, co wyraza sie gwaltownym wzrostem napiecia na zaciskach, które mo¬ ze przekraczac od 4 do 30 albo 40 volt, co moze sie odbic niekorzystnie na skladzie wy¬ produkowanego w serii aluminium. Nadmiar tlenku glinu stwarza ryzyko zanieczyszczenia dna kadzi osadem z tlenku glinu mogacym sie przeksztalcic w twarde plytki stanowiace izolacje elektryczne czesci katody* Wzbudza to na wierzchniej warstwie plynnego alu¬ minium silne lokalne predy poziome, które przez wzajemne oddzialywanie z polami magne¬ tycznymi mece wierzchnie warstwe plynnego aluminium i wywoluje destabilizacje na gra¬ nicy faz wanna-metal i inne niedogodnosci* Ten niedobór Jest szczególnie dotkliwy* gdy dezy sie do zmniejszenia temperatury kadzi podczas pracy, co Jest bardzo korzystna dla Jej zywotnosci i dla sprawnosci Faraday*a w zastosowaniu do kepieli silnie kwasnych /z podwyzszone zawartoscie AlFg/ i/lub zawierajecych rózne dodatki takie Jak chlorki, sole litu albo magnezu* Kepiele maje zdolnosc szybkiego rozpuszczania tlenku glinu wyraznie zmniejszone dlatego ich stosowanie stoi w sprzecznosci z dokladnym regulowaniem zawartosci tlenku glinu, z za¬ geszczeniem relatywnie niskim 1 miedzy dwiema krancowymi wartosciami bliskimi sobie* 1**4 9502 144 950 Jest oczywiscie Mozliwe Mierzenie wprost zawartosci tlenku glinu w wannach przez próbne analize elektrolitu, wybrano jednak od kilku lat sposób postepowania z ocene pos¬ rednie zawartosci tlenku glinu wedlug parametru elektrycznego odzwierciedlajece zagesz¬ czenie tlenku glinu we wspomnianym elektrolicie. Parametr ten jest na ogól zalane wytrzy¬ malosci wewnetrznej» albo dokladniej, pseudo-wytrzymalosci wewnetrznej, która jest równa: Ri /U - Eo/ /3 gdzie przez: EO oznaczono sile przeciwelektromotoryczne kadzi, w której przyjmuje sie na ogól, ze jej wartosc wynosi 1,65 Voltów, U - napiecie na zaciskach ka¬ dzi, a O - natezenie pradu przechodzace przez kadz.Przez wzrocowanie, nozna wyznaczyc zmiane Ri w funkcji zawartosci tlenku glinu, a przez pomiar Ri z okreslone czestotliwoscia metodami dobrze znanymi aktualnie, mozna ocenic w kazdym momencie zageszczenie oznaczone przez /AlgO^/. Od kilku lat szukano spo¬ sobów wprowadzania tlenku glinu do kepieli z pewne regularnoscia w sposób utrzymujacy jej stabilne zageszczenie o wartosci wczesniej okreslonej* Sposoby automatycznego zasilania tlenkiem glinu sluzace bardziej albo mniej ry¬ gorystycznie jego zageszczeniu w kapieli zostaly opisane, zwlaszcza w nastepujacych pa¬ tentach: patencie francuskim 457 748 REYNOLDS, w którym wytrzymalosc wewnetrzna kadzi jest uzywana jako parametr obrazujacy zageszczenie tlenku glinu, którego wprowadzenie do kapieli jest dokonywane przez dystrybutor zestawiony ze srodkami do przewiercenia skrzeplej skorupy elektrolitycznej; w patencie francuskim 506 463 V*AW«, który bazuje na mierzeniu czasu, który uplywa miedzy zatrzymaniem zasilanie w tlenek glinu 1 wysta¬ pieniem efektu anodycznego; patencie amerykanskim 3 400 062 ALCOA, który wprowadza "ano¬ de pilotowa" dla osiagniecia wczesnego wykrywania tendencji do zapychania sie i regulo¬ wania rytmu wprowadzania tlenku glinu, który jest rozdzielany poprzez zasobnik wyposa¬ zony w urzadzenie do przewiercenia skrzeplej skorupy elektrolitycznej.Wczesniej, sposoby regulowania oparte na kontroli zawartosci tlenku glinu byly opisane szczególnie w japonskim zgloszeniu patentowym 52-28417/77 SHOWA DENKO i w pa¬ tencie Stanów Zjednoczonych Ameryki 4 126 525 MITSUBISHI* W pierwszym z tych patentów zageszczanie tlenku glinu jest zawarte w przedziale 2 do 8%« Mierzy sie zmienna V w funkcji czasu t natezenia na zaciskach kazdej kadzi, porównuje sie je z wczesniej ok¬ reslona wartoscia i poprawia sie rytm zasilania tlenkiem glinu w celu sprowadzenia V/t do wartosci nastawczej. Niedogodnoscia tego sposobu jest to, ze jego doklednosc zmie¬ nia sie z zawartoscia tlenku glinu, która jest dokladnie minimalna w przedziale stoso¬ wanym od 3 do 5% A12C3 /tabela p.8/.W drugim z tych patentów zawartosc tlenku glinu ustala sie w skali od 2 do 8%, a korzystnie 4 do 6%. Zasila sie kadz w czasie tl wczesniej okreslonym z iloscia tlen¬ ku glinu wyzsza od jej teoretycznego zapotrzebowania az do osiagniecia zageszczenia tlenku glinu wczesniej okreslonego /na przyklad do 7%/9 nastepnie zmienia sie zasila¬ nie na rytm równy zapotrzebowaniu teoretycznemu w czasie t2 wczesniej okreslonemu, po¬ tem przerywa sie zasilanie az do ukazania sie pierwszych symptomów "efektu anodyczne- go" /zapchanie/ i znowu podejmuje sie cykl zasilania w rytmie wiekszym od zapotrzebo¬ wania teoretycznego* W tym sposobie zageszczenie tlenku glinu zmienia sie w trakcie cyklu od 4,9 do 8% /przyklad 1/ albo od 4 do 7% /przyklad 2/.Wreszcie, w patencie francuskim 2 487 386 /Aluminium Pechiney/, któremu odpowia¬ daja patenty europejski 44 794 i USA 4 431 491, zostal opisany sposób dokladnej regu¬ lacji zawartosci tlenku glinu miedzy 1 i 3,5% wagowo, wedlug którego nastawia sie rytm wprowadzania tlenku glinu w funkcji zmian wytrzymalosci wewnetrznej kadzi we wczesniej okreslonych przedzialach czasu, zmieniajac równiez cykle trwania wprowadzania tlenku glinu, w rytmie wolniejszym i szybszym od rytmu odpowiadajacego zapotrzebowaniu kadzi• Ten sposób znany pod nazwa "rachunek spadku" bazuje na kolejnych pomiarach wytrzyma¬ losci wewnetrznej Ri w równych odstepach czasu, na ocenie spadku dRi/dt ze zmiana Ri w funkcji czasu i porównywaniu Ri z jednej strony 1 dRi/dt z drugiej strony - z wartos¬ ciami nastawczymi l na poprawianiu rytmu wprowadzania tlenku glinu w sposób doprowadza¬ jacy dRi/dt 1 Ri do wartosci nastewczych.144 950 3 Poszukiwanie optymalnego sposobu dzialania, to znaczy poszukiwania parametrów ro¬ boczych kadzi elektrolitycznej dajecych lepsze koszty wlasna albo zyskowna, marze z mysle o inwestycjach, zawsze bylo nieustanne troske fachowców* Szczególnie poszukiwanie wplywu róznych parametrów roboczych na sprawnosc pradowa zwane równiez sprawnoscia Faraday'a jest przedmiotem licznych publikacji, z których najbardziej znaczace sa zacytowane w pracy K. GRIOTHEIM i zbiorowej zatytulowanej "Elektroliza aluminium", których druga edycja byla niedawno opublikowana w 1982 roku przez Aluminium Verlag /DOsseldorf - RFN/* W tej pracy, na stronie 339, fig* 9, 11 mozna skonstatowac, ze wszyscy przytoczeni auto¬ rzy zgodnie stwierdzaja, iz wzrost temperatury wanny jest fatalny dla sprawnosci pra¬ dowej • Z drugiej strony, wykres fazowy ukladu kriolit-tlenek glinu przedstawiony na stronie 29, fig* 2*3 tej samej pracy pokazuje, ze temperatura cieklej kapieli jest tym wyzsza im zawartosc tlenku glinu w kapieli jest mniejsza* Bedzie wiec logiczne azeby sprawnosc Faraday#a byla tym wyzsza im zawartosc tlenku glinu w kepieli bedzie wieksza* W efekcie, to zjawisko wlasnie zamyslali obserwowac liczni autorzy w kadziach prze¬ myslowych, jak to pokazuje fig* 9*20 strona 356 cytowanej pracy* Obecnie, warunki ekonimiczne i techniczne produkcji aluminium sposobem Hall-He- roult wymagaja poprawienia czynników, które wplywaja na koszty wlasne produkcji alu¬ minium* Pomiedzy tymi czynnikami sprawnosc Faraday*a jest jednym z najwazniejszych, a takze jednym z bardziej nietrwalych poniewaz niewielkie zaklócenia moga ja wyraznie pom¬ niejszyc* Gest wiec pozadane znalezienie wszystkich czynników, które wplywaja na spraw¬ nosc Faraday'a w sposób utrzymujacy podniesiona i stala jej wartosc* Celem wynalazku jest udoskonalenie sposobu dokladnej regulacji malej zawartosci tlenku glinu w kadzi elektrolitycznej, pozwalajacego na ryrazne poprawienie sprawnosci Faraday'a* Obserwujac uruchomienie procesu regulacji przez "rachunek spadku" przedmio¬ tu zacytowanego patentu, w unowoczesnionych kadziach elektrolitycznych dzialajacych pod natezeniem 175 000 albo 280 000 Amperów, ze skladem kapieli zwanej "kwasna", to zna¬ czy kapieli zawierajacej wiecej niz 8% wagowych fluorku aluminium AlF3 w nadmiarze w stosunku do kriolitu obojetnego o wzorze Na^AlF- stwierdzono, przeciwnie do powszechnej opinii specjalistów, ze pomimo wzrostu temperatury kapieli elektrolitycznej, sprawnosc pradowa wzrasta szybko, kiedy zawartosc tlenku glinu w kapieli spada* Zjawisko to mialo amplitude dotad nie budzaca watpliwosci poniewaz sprowadzajac zawartosc tlenku glinu w kapieli do 2,5% wagowo, spadek o 1 punkt zawartosci tlenku glinu, pozwolil na podniesie¬ nie sprawnosci pradowej z 94% na 95,7%, badz wprost o 1,7% sprawnosci elektrolitycznej* Z racji wzrostu temperatury roboczej kapieli elektrolitycznej, która przeszla w tym samym czasie z 946 C do 951 C powinno sie zaobserwowac logicznie rzecz biorac spa¬ dek tej sprawnosci o 1%* Oednakze temu wzrostowi sprawnosci towarzyszy wzrost napiecia elektrolitycznego tym szybszy im zawartosc tlenku glinu Jest nizsza* Zuzycie energii na tone wyprodukowanego aluminium moze ukladac sie w funkcji sprawnosci Faraday'a i na¬ piecia na zaciskach kadzi U w postacit Kwh/tone - 2.980 U /Voltów/F/ Z drugiej strony produkcja z jednej kadzi o ustalonym natezeniu elektrolitu 0 jest proporcjonalna do jej sprawnosci F, to znaczy, ze rzutowanie cen stalych /amor¬ tyzacja, koszty sfinansowania, duza czesc kosztów uruchomienia i utrzymania/ jest tym mniejsze, im wyzsza jest sprawnosc Faraday'a* Biorac pod uwage to, ze spowodowano bar¬ dzo duze rzutowanie zawartosci tlenku glinu w kadzi na sprawnosc Faradey*a wywnioskowa¬ no. Iz istnieje potrzeba dodania do wanny z tlenkiem glinu malej jego Ilosci, ale dos¬ tatecznej dla unikniecia tego, zeby koszt energii byl tak duzy, aby grozilo przekrocze¬ nie spodziewanych zysków przez poprawiania sprawnosci Faraday*a* Na ogól i w normalnych warunkach ekonomicznych, ta optymalna zawartosc tlenku glinu miesci sie bardzo blisko zawartosci minimalnej ponizej której pojawia sie "efekt anodyczny", zwany równiez "rozbieganiem" albo "plaryzacja", co wyraza sie bardzo gwaltów-4 144 950 nym wzrostem napiecia na zaciskach kadzi 1 teaperatury kepleli elektrolitycznej 1 przez wydzielanie w znacznych Ilosciach produktów fluorowych pochodzecych z rozkladu kepiell elektrolitycznej* Dla unikniecia takiego zjawiska zgubnego zerazem dla zuzycia energii 1 dla srodowiska naturalnego, zblizajec sie do lepszej zawartosci tlenku glinu dajecej lepsze rezultaty ekonomiczne, pomyslano, ze jest bardzo wazne ulozenie procesu pozwala- jecego na bardzo delikatne kontrolowanie 1 regulowanie zawartosci tlenku glinu w kepiell elektrolitycznej w obszarze obnizonych zawartosci na przyklad aledzy 1% i 3%, a korzyst¬ nie miedzy 1% 1 2,5$.Cele* wynalazku bylo przedstawienie sposobu regulacji zawartosci tlenku glinu w kadzi w obszarze jego niskich zawartosci* przez zastosowanie syntetycznego parametru P obliczanego w prosty sposób poczynajec od poaiarów klasycznych wykonywanych w kadzi elektrolitycznej* a aianowice: napiecia na zaciskach kazdej kadzi, natezenia przecho- dzecego przez przewód kadzi 1 rytau zasilania tlenkien glinu /w kg/godz./.Dla osiegniecia sprawnosci Fareday#a co najmniej równej 94%, okresla sie parametr regulacji P » -l/D#/dRi/dt/ wyrazany w aikrooaach na sekunde i w procentach ciezaru na godzine, gdy D jest pochodna napelnienia kapieli elektrolitycznej tlenkiem glinu wyrazonego w procentach ciezaru na godzine9a Ri wytrzymaloscia wewnetrzna kadzi,t-czasem,zasila sie kadz w rytmie nominalnym CN takim, zeby ilosc tlenku glinu wprowadzona do kapieli byla równa ilosci zuzytej przy elektrolizie, wylacza sie periodycznie doladowywanie tlenku glinu w ryt¬ mie Cfwyzszym od rytmu nominalnego CN w sposób wzbogacajacy kapiel w tlenek glinu i podczas wczesniej okreslonego czasu t*f przy czym ten okres wyrazony.zaleznoscia dRi/dt ma wartosc ujemna, wchodzi sie nastepnie w niedoladowanie, to znaczy w rytm CTmniejszy od CN a nas¬ tepnie niweluje sie spadek dRi/dt tak, ze wartosc ta staje sie dodatnia, przy czym parametr regulacyjny P mierzy sie z duza czestotliwoscia, a oceniajac jego wartosc, która ma tenden¬ cje wzrostowa, porównuje sie kolejne wartosci P z wczesniej okreslona wartoscia nastawcza P i kiedy P « P , wraca sie do rytmu zasilania CN nominalnego 1 ponownie rozpoczyna sie nowy cykl.Korzystnie po stadium doladowania, przechodzi sie w ciegu kilku minut do rytmu nominalnego CN przed przejsciem w niedoladowanie lub po stadium doladowania, przechodzi sie w ciegu kilku minut do rytmu róznlecego sie od CN, wartosc nastawcze PQ parametru regulacyjnego P mozna okreslac w zaleznosci od natezenia 0 w KA predu elektrolizy i od dwóch wspólczynników KI i K2 zwiezanych z charakterystyke fizykochemiczne kadzi, zgod¬ nie z zaleznoscie PQ ¦ K1K2/0, natomiast wspólczynnik KI korzystnie ustala sie na ta¬ kim poziomie, zeby byl prawie równy stosunkowi sumy kosztów stalych przetwarzania /energia, zuzywane produkty weglowe, uruchomienie, odpisy/ do kosztu energii elektrycznej.Wspólczynnik K2 korzystnie ustala sie tak, aby byl on dokladnie równy: -i/36o x £ x -a7Ii-e-7- Ustala sie równiez wartosc nastawcze P parametru regulacyjnego P wyrazone w mik¬ ronach na sekunde i w procentach ciezaru na godzine miedzy 2/100.J i 10/100*3, gdzie na¬ tezenie D predu elektrolizy jest wyrazona w KA, Parametr P Jest oceniony wychodzec z pseudo-wytrzymelosci wewnetrznej kadzi Ri okreslonej przez: Ri - 103 /U . Ec/ 3 gdziet U jest napieciem na zaciskach kadzi /w Voltach/, Eo jest wartoscie umowne w wol¬ tach sily przeciwelektroaotorycznej-dynamicznej kadzi na ogól zawartej miedzy 1,5 i 2,0 V, • najczesciej w szeregu od 1,65 do 1,75 V, D jest natezeniem elektrolitu wyrazonym w koloamperech /«10 amperów/, Ri wyrazone jest w mikroomach /jego pochodne dRi/dt wyraza sie na ogól w mikroomach na sek«/« Dokladniej, jezeli 0 jest pochodne zawartosci tlenku glinu w kepiell elektroli¬ tycznej wyrazane na przyklad w procentach wagowych na godzine P wyraza aie wzorem:144 950 6 P - -l/D./dRi/dt/ /P Jest wyrazona w mikroomach na sekundo L w procentach na godzine/* Regulacja kadzi wedlug wynalazku polega na pozostawieniu tak dlugo Jak to mozliwe strefy z zewartoscie tlenku glinu, tekia sposobem, aby P bylo bliskie Jak to aozliwe war¬ tosci P » która zostala ustalona poprzednio. Y tya celu przewiduje eie regularne zasila¬ nie kadzi w rytaie zwanym rytaea noreelnye CN po to, zeby ilosc tlenku glinu wprowadzo¬ na do kepieli byla dokladnie równa ilosci tlenku glinu zuzytego przy elektrolizie* Pod¬ czas tych okresów o rytaie noainalnya mozna dodac bez trudnosci odleglosc interpolerne bazujec na wartosci peeudo-wytrzymalosci, która Jest wtedy odaierzana dla zawartosci tlenku glinu w kepieli dokladnie stalej* Nastepnie wychodzec z tej stabilnej sytuacji, przerywa sie w wybrany¦ aoaencie doladowywanie, to znaczy zasilanie w tlenek glinu w rytaie C wyzezya od rytau nomi- nalnego CN. W tych warunkach kapiel wzbogaca sie w tlenek glinu progresywnie w rytaie na tyle szybkia, ze ryta doladowywania jest wiekszy. Czas t* tego doladowywania jest ustalony w sposób wywolujacy wzbogacenie w tlenek glinu kepieli elektrolitycznej, przy czya nie jest konieczne alerzenie albo liczenie dokladnej wartosci tego wzbogacania* W tya okresie doladowywania aoze nastapic zalana pseudo-wytrzyaeloscl kepieli /»dRi/dt/* Istnieje jednakze ryzyko, ze caly tlenek glinu wprowadzony nie rozpusci sie natychmiast w kepieli* To ryzyko jeet tya wieksze, la ryta doladowywania jest szybszy* Wartosci P, które eie wtedy alerzy se narazone na ryzyko bledu i ne ogól aozna je stosowac tylko do wykrywania znacznych niedokladnosci zeeilanla* Po doladowywaniu w stalya czasie t*, przechodzi sie do pod-zasilanie, co oznacza, ze zasila sie keplel w rytmie C~ wolniejszym od odpowiadajecego au rytau noainalnego dle zuzycia tlenku gli¬ nu przy elektrolizie Na poczetku pod-zasilania stwierdza sie na ogól, ze spadek /dRi/dt/, normalnie negatywny podczas doladowywanie, daje troche czeeu na zlikwidowa¬ nie go, a nastepnie na postepujece powiekszenie wartosci dodatnich.Ten poczetkowy okres, który nie trwa na ogól dluzej, niz kilka ainut odpowiada koncowi rozpuszczanie tlenku glinu wprowadzonego w nadmiarze podczas okresu doladowy¬ wania i nie od rezu przyewojonego przez keplel* Mozna latwo neutralizowac ten poczetkowy okres, gdzie zawartosc tlenku glinu w kepieli nie zalenia eie stosownie do rytau wprowadzania tego tlenku glinu* W efek¬ cie, przez czeste poaiery aozna stwierdzic, ze czes trwanie tego poczetkowego okresu byl rzedu 2 do 3 rszy krótszy od czasu oddzielejecego rozpoczecie okresu opózniania rytau i momentu gdy wyliczony spadek dRi/dt przekroczyl wertosc O* Inny sposób polega na odczekaniu po doladowywaniu w rytaie noainalnya kilku ainut, przed przejsciem w pod-zesilanie* Po tya poczetkowya okresie, zawartosc tlenku glinu w kepieli spada tya szybciej, la ryta zasilania jeet powolniejszy i Jednoczesnie epadek mierzonego dRi/dt nastepuje szybciej* Wahanie zewertoscl tlenku glinu O liczo¬ nej w % wagowo na godzine jest wtedy proporcjonalne dos c- O*^ CN Q plynnej kepieli gdzies C" jest rytaea pod-zasilania llczonya w kg AlgOg wprowadzanego na sekunde 1 CN jeet rytaea noainalnya zasilania /llczonya w tych samych jednostkach/* Moze byc oczy¬ wiscie zastosowany kazdy inny spójny sposób, na przyklad przedluzenie czaeu oddziela- jecego wprowadzanie dwóch nastepujecych po sobie porcji tlenku glinu, O/AlJD*/ jeet clezarea tlenku glinu zuzytego w jednostce czaeu podczas elektrolizy* Q Jeet ciezarem plynnej kepieli zdolnej do rozpuszczenia tlenku glinu zawartego w tyglu kadzi* Tytu¬ lem wskazówklt jezeli ciezar plynnej kepieli Jeet mierzony w kilogramach, a pred rze¬ du 303, gdzie 3 jeet natezaniem predu elektrolizy liczonym w klloamperach, aozna stwier¬ dzic, ze stala czaeu potrzebnego nm etoplenle lub krzepniecia kepieli na poziomie uey- pu Jest bardzo duza /nm ogól rzedu kllkff-godzln/, przy czya ta wielkosc zalenie eie w czasie bardzo powoli*6 144 950 Przykladowo, dla kadzi 280 kA zawierajecej 8000 kg plynnej kapieli i zuzywajecej 170 kg tlenku glinu na godzine 1 w rytmie C ¦ 0,7 CN. O » -0,64% na godzine. Parametr syntetyczny P ¦ -l/D. /dRi/dt/ nozna wtedy mierzyc czesto 1 w sposób niezawodny. W niare jak pod-zasilanle przedluza aie9 wartosc P poczetkowo mniejsze od docelowej wartosci P wzrasta i konczy sie po osiegnleciu tej wartosci docelowej. Zjawisko to wystepuje po uplywie czasu t" pod-rytmicznosci co nie pozwala przewidziec w pewny sposób na ogól róznego czasu nadrytmicznosci t*» Przekracza sie wtedy ryta nominalny CN, to znaczy ryta zasilania równy rytmowi zuzycia tlenku glinu przy elektrolizie w czasie tN, po uplywie którego cykl aierzenia i ustawiania rozpoczyna sie zgodnie z punktem poczetkowym.Zawartosc tlenku glinu docelowa jest bliska zawartosci granicznej wywolujecej pojawienie sie polaryzacji kadzi. Jest wazne, aby po zadzialaniu w rytmie nominalnym, przestawienie nastapilo przed poprzedzajece je faze poszukiwania punktu pracy /ozna¬ czonego przez P /, w czasie podrytmicznosci, przez okres nad-rytmicznosci, który poz¬ wala na oddalenie tej zawartosci granicznej przed spowodowaniem poszukiwan. Oczywiscie, sposób regulacji wedlug wynalazku moze byc stosowany w czesci czasu dzialania kadzi, a korzystnie podczas stabilnosci kadzi. Niektóre operacje zaklócaje normalne dzialanie.Gest tak szczególnie w przypadku operacji wymiany anod i wylewania wyprodukowanego metalu.Mozna przyjec algorytmy regulacji zwlaszcza podczas i po rozwinieciu sie tych zaklócajecych operacji az do czasu gdy kadz znajdzie sie w stanie dostatecznej stabil¬ nosci* Mozna wstawic miedzy etap doladowywania /3/ i etap pod-zasilania kontrolowanego /4/, etap dodatkowego zasilania w rytmie nominalnym albo nad albo pod-zasilania, azeby to nie zaklócalo znaczaco sposobu wedlug wynalazku, to znaczy nie przeszkadzalo w po¬ szukiwaniu punktu pracy takiego jak P ¦ -l/D /dRi/dt/ bedz bliskiego P • Jezeli chodzi o ocene wartosci P odpowiadajecej pracy kadzi, najbardziej eko¬ nomicznemu optimum, okazalo sie, ze P moze byc zapisane: Po - Ki • V3 gdzie: P jest wyrazone w mikroomach na sekunde i procentach wagowych na godzine, K1 jest wspólczynnikiem ekonomicznym syntetyzujecym warunki ekonomiczne /zwlaszcza kosztu energii porównanego z pozycjami cen zwrotnych, oprócz tlenku glinu/, K- jest wspólczyn¬ nikiem technicznym syntetyzujecym charakterystyki technologiczne i fizykochemiczne ka¬ dzi /K2 Jest niezalezne od K,/, 3 jest natezeniem roboczym kadzi wyrazonym w kiloampe- rach /¦ 10 Amperów/.Korzystnie parametr P bedzie utrzymany miedzy wartosciami granicznymi -rra-j- 1 "105T • Ocena K. i K^ moze byc dokonana nastepujeco: wspólczynnik ekonomiczny K± syntety¬ zuje warunki ekonomiczne. Oest on wyraznie równy w porównaniu do sumy kosztów stalych przetwarzania /oprócz tlenku glinu/ zawierajecych szczególnie koszt energii i zuzywa¬ nych produktów weglowych, uruchomienia 1 emcrtyzacji, oplat finansowych zawartych w koszcie energii. Tytulem przykladu ilustrujecego ale nie ograniczajecego, duze przyblize¬ nia wspólczynnika K1 noze byc osiegniete w nastepujecym zestawieniu kosztów produkcji jednej tony aluminium.A ¦ koszt tlenku glinu 1 róznych surowców /oprócz wegla/ C ¦ koszt surowców weglowych E ¦ koszt energii /elektroliza 1 doprowadzenie/ P ¦ Inne koszty produkcyjne /glównie uruchomiania 1 utrzymania/ AFF • amortyzacja 1 oplaty finansowe Mozna wiec zapisac, im K^ Jest w przyblizeniu równe K^-C+E+P* AFF/E144 950 7 /Ocena K1 do ? 20% jest dostatecznie szeroka dla zblizenia sie do potrzebnego optimum ekonomicznego/. Przykladowo, dla kosztu produkcji aluminium rozkladajacego sie na: A » 4.000 F/tone C » 1.000 F/tone E « 2,000 F/tone P » 2.000 F/tone AFF - 1.200 F/tone dochodzi sie do: K - 1000+20004.2000+1200/2000-6200/2000«3, 10 Wspólczynnik techniczny K2 syntetyzuje charakterystyki technologiczne i fizykochemiczne kadzi i moze byc oszacowany jak nastepuje: Znajduje sie eksperymetalnie pierwsze przyblizenie /na ogól dostateczne dla ok¬ reslenia prowadzenia kadzi dostatecznie optymalnie/ K2 - -/1/360/ x /U/F/ x /dF/d/Al203// gdzie: U Jest napieciem na zaciskach kadzi liczonym w voltach, na ogól zawartym miedzy 3,8 i 5,5 volt dla kadzi prawidlowo prowadzonych, F jest sprawnoscie Faraday#a kadzi na ogól zawarte miedzy 0,77 i 0,96 dla tych samych kadzi, dF/d/Al^Oy jest pochodne algebraiczne sprawnosci Faraday#a w stosunku do zawartosci tlenku glinu w kapieli, li¬ czone w % Faraday*a przez % tlenku glinu w strefie zawartosci tlenku glinu mieszczecych sie miedzy 1% i 4%, a korzystnie w strefie zawartosci Alg03 miedzy 1,5% i 3%.Ten czynnik dF/d/Al203/ zalezy od kilku czynników takich jak sklad kepieli /kwa¬ sowosc a nadmiarowi AlF^/, jej przegrzania /to znaczy odstepów miedzy temperature efek¬ tywne kepieli i jej temperature poczetkowe krzepniecia, zrównowazenia magnetycznego /szczególnie oddzialywania i deformacji granicy faz kepiel - metal/.Ogólnie rzecz biorec, ten czynnik dF/ó/Al-O*/ powinien byc okreslony ekspery¬ mentalnie dla kazdego typu kadzi i dla róznych typów kepieli zastosowanych /kepiel ma¬ lo kwasowa z co najmniej 8% nadmiarem AlF3 albo kepiel silnie kwasna z wiecej niz 8% nadmiarem A1F~ albo z dodatkami takimi jak LiF i MgF-/. Czynnik ten raz okreslony, nie zalezy juz we wstepnym przyblizeniu od warunków ekonomicznych.W nieogranlczajecym przykladzie, dla kadzi o natezeniu nominalnym 280 KA pra- cujecej w kepieli o 13% nadmiarze AlF3 i majecej mniej niz 1% LiF, w temperaturze ke¬ pieli okolo 950°C i z zawartoscie tlenku glinu zawarte miedzy 1,7% 1 2,5% mozna zna¬ lezc, ze /dF/d AlJD^/ ¦ -1,5 /% Faraday*ów na % tlenku glinu/, to znaczy, ze sprawnosc Fareday#a wzrasta o 1,5% kiedy zawartosc aluminium spada o 1%. Dla tej samej kadzi, w tych samych warunkach pracy zmierzono: F - 0,95 /bedz 95%/ V m 4,10 volt Wnioskujec na podstawie wspólczynnika technicznego K2 dla tego typu kadzi pracujecej w kepieli kwasnej : K2 - - /1/360/ x /4,1/0,95/ x /-l,5/ - ? 1,8/100.Wynalazek zostal zastosowany do' serii kadzi elektrolitycznych pracujecych przy natezeniu 280 KA pod napieciem 410 Volt na kadz 1 dajecej sprawnosc Faraday*a 95,0% dla zawartosci sredniej tlenku glinu w kepieli elektrolitycznej równej 2,3% regulowanej przedtem wedlug sposobu z patentu francuskiego 2 487 386 wczesniej cytowanego, zwanego sposobem o rachunku spadkowym. Produkcja dzienna serii na kadz, byla 2,145 kg/dzien, dla zuzycia energii 12.860 kWh/tone. Okreslono parametr P biorec dlat K wartosc: 3.10, K0 wartosc +1,8/100, /3 nominalne jest równe 280 KA/» skad P^ » ? 200.10"6 mikroomów 5 6 na sekunde przez % na godzine, co odpowiada -rnA-g • Majec wybrany rytm pod-zaslianie C" równy 70% rytmu nominalnego CN odpowiedajecy odchyleniu zawartosci tlenku glinu O » -0,64% na godzine, umieszcza sie go poprzednim8 144 950 —6 sposobem poszukiwania w punkcie pracy takim jak dRi/dt » -PQ x D ¦ ?130,10 mikroom^*/ /sekunde w momencie gdy wlacza sie ryto, nominalny CN. Oto osiagniete rezultatyt Parametry Odchylki w stosunku do znanego stanu techniki natezenie zrównowazone Ot 281 KA /+0,3%/ napiecie : 4,15 volt /*1*2%/ sprawnosc Faraday'a : 95,7% /+0,7%/ zuzycie energii i 12,920 kWh/t /+0,55&/ dzienna produkcja z 2*167 kg/dzien Al,oy zawartosc srednia ob¬ serwowana kapieli z '¦ tlenkiem glinu : 1,9% Zysk na kosztach zwrotnych /amortyzacja i oplaty finansowe wlacznie/ wynosi 2C F na tone wyprodukowanaga aluminium. PL PL

Claims (7)

1. Zastrzezenia patentowe 1. * Sposób dokladnej regulacji malej zawartosci tlenku glinu w elektrolizerze dla produkcji aluminium wedlug sposobu Hall-Heroult, znamienny tym, ze dla osiagniecia sprawnosci Faraday'a co najmniej równej 94%, okresla sie parametr regulacji P ¦ -1/D.^JRi/dt wyrazany w mikroomach na sekunde i w procentach ciezaru na godzine, gdy O Jest pochodne napelnienia kapieli elektrolitycznej tlenkiem glinu wyrazonego w procentach ciezaru na godzine, a Ri wytrzymaloscia wewnetrzna kadzi, t - czasem, zasi¬ la sie kadz w rytmie nominalnym CN takim, zeby ilosc tlenku glinu wprowadzona do ka¬ pieli byla wyraznie równa ilosci zuzytej przy elektrolizie, wylacza sie periodycznie doladowywanie tlenku glinu w rytmie C wyzszym od rytmu nominalnego CN w sposób wzbo¬ gacajacy kapiel w tlenek glinu i podczas wczesniej okreslonego czasu t , przy czym ten okres wyrazony zaleznoscia dRi/dt ma wartosc ujemna, wchodzi sie nastepnie w nie- doladowanie, to znaczy w rytm C~ mniejszy od CN, a nastepnie niweluje sie spadek dRi/dt tak, ze wartosc ta staje sie dodatnia, przy czym parametr regulacyjny P mierzy sie z'duza czestotliwoscia, a oceniajac jego wartosc, która ma tendencje wzrostowa, porównuje sie kolejne wartosci P z wczesniej okreslona wartoscia nastawcza P i kie¬ dy P ¦ P , wraca sie do rytmu zasilania CN nominalnego i ponownie rozpoczyna sie no¬ wy cykl,

2. , Sposób regulacji wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze po sta¬ dium doladowania, przechodzi sie w ciagu kilku minut do rytmu nominalnego CN przed przejsciem w niedoladowanie•

3. * Sposób regulacji wedlug zastrz* 1, znamienny tym, ze po stadium doladowania, przechodzi sie w ciagu kilku minut do rytmu rózniacego sie od CN*

4. * Sposób regulacji wedlug zastrz* 1, znamienny tym, ze wartosc nastawcza PQ parametru regulacyjnego P okresla sie w zaleznosci od natezenia O w KA pradu elektrolizy i od dwóch wspólczynników KI produkcji i K2 zwiazanego z charakterys¬ tyka fizykochemiczna kadzi, zgodnie z zaleznoscia P ¦ K1K2/0*

5. * Sposób regulacji wedlug zastrz* 4, znamienny tym, ze wspólczyn¬ nik KI ustala sie na takim poziomie, zeby byl prawie równy stosunkowi sumy kosztów sta¬ lych przetwarzania /energia, zuzywane produkty weglowe, uruchomienie, odpisy/ do kosz¬ tu energii elektrycznej*

6. * Sposób regulacji wedlug zastrz* 4, znamienny tym, ze ustala sie wspólczynnik K2 tak aby byl on dokladnie równy -1/360 x ¥ x -377? g"7~

7. * Sposób regulacji wedlug zastrz* 1 lub 2 lub 3 lub 4, znamienny tym, ze ustala sie wartosc nastawcza PQ parametru regulacyjnego P wyrazona w mikro¬ omach na sekunde 1 w procentach ciezaru na godzine miedzy 2/100*0 i 10/100*0, gdzie na¬ tezenie D pradu elektrolizy jest wyrazona w KA* Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad lOOegz. Cena 400 zl PL PL