PL63207B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 14.1.1964 Francja Opublikowano: 20.Vffl.1971 63207 KI. 40 c, 3/12 MKPC 22 d,3/12 UKD 669.713.7 Wspóltwórcy wynalazku: Claude Boulanger, Jcrome Pellissier — Tanon Wlasciciel patentu: Pechiney Compagnie de Produits Chimiaues et Elektrometal- lurgiaues, Paryz (Francja) Sposób przewidywania efektu anodowego i systematycznego zasilania elektrolizerów aluminium oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób przewidywania efektu anodowego i systematycznego zasilania elektroli¬ zerów aluminium, wedlug którego niezbedna wartosc wewnetrznej opornosci elektrycznej kapieli utrzymywa¬ na jeist przez zasilanie elektriolizera tlenkiem glinu oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu.Wiadomo, ze zasilanie elektrolizerów tlenkiem glinu powinno odbywac sie w taki sposób, zeby zawartosc aluminium w kapieli elektrolitycznej pozostawala w okreslonych granicach a mianowicie miedzy granica dolna, ponizej której istnieje niebezpieczenstwo powsta¬ wania iskrzenia zwanego efektem anodowym, a granica górna powyzej której nastepuje nasycenie kapieli tlen¬ kiem glinu, a nierozpuszczone aluminium osiada na ka¬ todzie izolujac ja od kapieli elektrolitycznej i powodu¬ jac wzrost opornosci omowej zawartosci kadzi i podnie¬ sienie temperatury kapieli, co w znacznym stopniu za¬ klóca dzialanie elektrolizera.Znany sposób zasilania elektrolizerów aluminium .po¬ lega na ,tym, ze za kazdym razem gdy zaobserwuje sie efekt anodowy, zasila sie elektrolizer taka iloscia tlenku glinu, aby zawartosc aluminium w kapieli elektrolitycz¬ nej pozostawala ponizej granicy górnej.Wada tego sposobu jest powstawanie kilku efektów anodowych w ciagu 24 godzin. Te efekty anodowe z jed¬ nej strony wplywaja na znaczne zuzycie fluorku w ka¬ dzi, w której wystepuje efekt anodowy, a z drugiej stro¬ ny powoduja zaburzenia w dzialaniu pozostalych kadzi z tego samego szeregu.Inny znany sposób zasilania elektrolizeirów alumi- 10 15 20 25 30 nium polega na tym, ze elektrolizer zasila sie regularnie malymi dawkami tlenku glinu, mniejszymi od ilosci zu¬ zywanych, a przy kazdym efekcie anodowym wprowa¬ dza sie dawke uzupelniajaca wieksza.Wada tego sposobu jest wprowadzenie .procesu elek¬ trolizy przy duzej zawartosci aluminium w kapieli elek¬ trolitycznej, a wiadomo, ze wydajnosc energetyczna ka¬ dzi jest maksymalna dla zawartosci aluminium w kapie¬ li elektrolitycznej, nieco powyzej granicy dolnej.Przeprowadzone dotychczas próby laboratoryjne na innych urzadzeniach do przewidywania efektu anodo¬ wego i systematycznego zasilania elektrolizerów alumi¬ nium tlenkiem glinu w celu utrzymania wewnetrznej opornosci elektrycznej kapieli w stalych granicach nie daly pozytywnych wyników i przez to nie znalazly za¬ stosowania przemyslowego.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu zasilania elektrolizerów zapewniajacego utrzymanie zawartosci aluminium w kapieli elektrolitycznej w granicach nieco powyzej granicy dolnej oraz urzadzenia do stosowania tego sposobu.Zgodnie z wynalazkiem sposób przewidywania efektu anodowego i systematycznego zasilania elektrolizerów aluminium, wedlug którego niezbedna wartosc wew¬ netrznej opornosci elektrycznej kapieli jest utrzymywana przez zasilanie elektrolizera tlenkiem glinu polega na tym, ze dokonuje sie przewidywania efektu anodowego obserwujac zmiany sredniej wartosci wewnetrznej opor¬ nosci kapieli, która wyznacza sie przez obliczenie sto¬ sunku miedzy spadkiem napiecia na zaciskach elektroli- 632073 ¦'. ' :.... ;". zera, a natezeniem pradu przez niego przeplywajacego, przy czym spadek napiecia wykorzystuje sie do oblicze¬ nia róznicy miedzy napieciem wystepujacym na zaci¬ skach elektrolizera, a przyblizona wartoscia sily prze- ciwelektromotorycznej elektaolizera, w celu regulacji po¬ lozenia ukladu anodowego zgodnie z wartoscia oporno¬ sci wewnetrznej, po czym kompensuje sie wahania opor¬ nosci wewnetrznej kapieli przez wprowadzenie ilosci tlenku glinu zalezne od odstepów czasu przed wystapie¬ niem efektu anodowego, wyznaczonych przez kompara¬ tor podlaczony dla pomiaru w okresie dluzszym niz 1 sekunda lecz krótszym od 10 minut.Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug wynalazku zawiera magnetyczny komparator fazowy, którego, na- sycalny rdzen magnetyczny zawiera cztery uzwojenia, z których uzwojenie pierwsze jest przylaczone poprzez opornik do zacisków opornika bocznikowego, uzwoje¬ nie drugie stanowi czesc obwodu zawierajacegoi wlaczo¬ ny szeregowo pierwszy opornik regulowany, zródlo pra¬ du stalego, elektrolizer, którego elektryczna opornosc wewnetrzna ima byc mierzona, przy czym elektrolizer i zródlo pradu stalego sa polaczone przeciwsobnie, trze¬ cie uzwojenie podlaczone jest do zródla pradu zmien¬ nego o czestosci „f" Hz, a czwarte uzwojenie jest pod¬ laczone do detektora harmonicznej dostarczajacego na¬ piecie o czestotliwosci „f" przesunietej w fazie o + — 2 lub o — — wzgledem napiecia zródla pradu zmien- 2 nego.Urzadzenie ma dwufazowy silnik, którego jeden z ob¬ wodów jest podlaczony do zródla pradu zmiennego, a drugi obwód poprzez wzmacniacz do detektora hanmo- niicznej, przy czym wal silnika jest polaczony z pierw¬ szym regulowanym opornikiem, ze wskaznikiem do od¬ czytywania wartosci opornosci oraz z drugim regulowa¬ nym opornikiem.Urzadzenie ma ponadto obwód calkujacy srednia wartosc opornosci, zawierajacy wlaczony szeregowo drugi regulowany opornik,' zródlo pradu stalego, ampe¬ romierz wskazujacy srednia wartosc opornosci oraz ob¬ wód komparatora, porównujacy srednia wartosc oporno¬ sci z wartoscia opornosci odniesienia i polaczony z me¬ chanizmem podnoszacym do góry uklad anodowy elek¬ trolizera.• Opracowanie sposobu i urzadzenia do przewidywania efektu anodowego i systematycznego zasilania elektroli- zerów aluminium zapobiega powstawaniu efektu ano¬ dowego, co wplywa korzystnie na zwiekszenie wydajno¬ sci pradowej Farady'a, a ponadto na zmniejszenie zuzy¬ cia fluoru na tone wyprodukowanego aluminium.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykla¬ dzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia schemat ukladu elektrycznego przeznaczonego do przewidywania efektu 'anodowego i zasilania elektroli- zerów aluminium, a fig. 2 — wykres przedstawiajacy zmiany sredniej wartosci opornosci w funkcji czasu, przy zblizaniu sie zjawiska efektu anodowego.Podstawowa informacja, która obejmuje (regulacje plaszczyzny stanowiacej dolna granice ukladu anodo¬ wego lub plaszczyzny anodowej, jest zadana wartoscia czynnej opornosci wewnetrznej elektrolizera. Opornosc V—E ta jest wyznaczona zaleznoscia p przy czym, „V" jest -róznica potencjalów na zaciskach elektrolizera w ; "' ..'• d '¦¦¦¦ -• chwili t, „E" sila przeciwelektromotoryczna elektrolizy w chwili t, „I" natezeniem pradu przeplywajacego przez elektrolizer w chwili t.Aparatura wykorzystuje wartosc „E", a zatem sledzo- 5 na opornosc wewnetrzna, okreslona za pomoca zalezno- V a sci R = — przy czym, „a" jest przyblizonym i stalym oszacowaniem sily przeciwelektromotorycznej „E". io Na fig. 1 widoczne sa trzy elektrolizery 1, 2 i 3 z roz¬ patrywanego szeregu, przy czym aparatura [regulacyjna jest przylaczona do elektrolizera 2.Wycechowany opornik bocznikowy 11, który jest wla¬ czony w szereg z wszystkimi elektrolizerami, zaisila jed- 15 no z uzwojen wzbudzajacych 13 komparatora magne¬ tycznego 12, za posrednictwem opornika 46. Przez uzwo¬ jenie to przeplywa zatem prad o natezeniu „i" propor¬ cjonalnym do natezenia „I" pradu przeplywajacego przez elektrolizer, i = Al, przy czym „A" jest wspól- 20 czynnikiem proporcjonalnosci. Drugie uzwojenie wzbu¬ dzajace 14 komparatora 12, poprzez pierwszy opornik 19 o opornosci „ir" jest zasilane napieciem uzyskiwanym przez przeciwsobne wlaczanie zródla 18 napiecia „a" do róznicy potencjalów „V" istniejacej na zaciskach 25 elektrolizera 2. Przez uzwojenie 14 przeplywa zatem y a prad równy j — .W dajacym sie nasycac obwodzie magnetycznym 17 komparatora 12 znajduje sie trzecie uzwojenie 15, zasi- 30 lane ze zródla 21 napiecia zmiennego o dowolnej cze¬ stotliwosci „f", wybranej jako równej 400 Hz, oraz czwarte uzwojenie 16, które zasila detektor harmonicz¬ nej 20. Ten detektor harmonicznej wybiera druga har¬ moniczna pradu zmiennego, dostarczanego przez prad- 35 mice 21 i transformuje nastepnie ten prad harmoniczny na prad sinusoidalny o czestotliwosci „f", przesunietej w fazie o + — lub — — w stosunku do pradu do- 2 2 starczanego przez pradnice 21. 40 Dwufazowy silnik 23 ma swoje stale uzwojenie fazo¬ we 24 polaczone z zaciskami pradnicy 21, podczas gdy jego uzwojenie 25 fazy sterowanej jest polaczone za po¬ srednictwem wzmacniacza 22 z wyjsciem detektora 20.Silnik ten napedza suwak pierwszego opornika 19, bez- 45 posredni wskaznik 26, zaopatrzony ewentualnie w urza¬ dzenie zapisujace chwilowa opornosc wewnetrzna oraz suwak drugiego opoimika 27.Opornik ten stanowi czesc obwodu, przez który prze¬ plywa prad „J", proporcjonalny do sredniej wartosci 50 „(R)" 'opornosci „R" i który zawiera wlaczone szerego¬ wo zródlo 28 pradu stalego urzadzenie calkujace 29 i urzadzenie poTÓwmiUJace 30, które porównuje wartosc „(R)" z wartoscia odniesienia „R0" i które za posred¬ nictwem dawkownika czasu 31 przesyla rozkaz legulo- 55 wania do silnika przeznaczonego do przemieszczania ukladu lanodowego elektrolizera 2. Prad „J" wzbudza urzadzenie pomiarowe 32, które jest wycechowane na wartosc srednia (R) i które moze byc zaopatrzone w przyrzad zapisujacy. Zaciski 41, 42, 43, 44 umozliwiaja 60 kolejne przylaczenie rozpatrywanego urzadzenia dio za^ cisków elektrolizerów 1, 2, 3. Dzialanie tego urzadzenia jest opisane ponizej. y a Prady i = Al i j = —-— Sa doprowadzane odpo- 65 wiednio do uzwojen 13 i 14 komparatora fazowego 12.63207 Pod dzialaniem I calej liczby arnperozwojów stale pole magnetyczne nasyca obwód magnetyczny 17 transforma¬ tora, który tworza wraz z obwodem magnetycznym uzwojenia 15 i 16 i powoduje powstawanie w uzwojeniu 16 znieksztalconego pradu zmiennego, który oprócz cze¬ stotliwosci podstawowej zawiera czestotliwosci harmo¬ niczne. Ten znieksztalcony prad wzbudza detektor 20, który selekcjonuje druga harmoniczna o czestotliwosci „2f", nastepnie transformuje ja na prad o czestotliwo¬ sci „f" przesunietej w fazie wzgledem pradu, który prze¬ plywa w uzwojeniu 15, o + lub — —, zaleznie od 2 2 znaku stalego pola magnetycznego, które nasyca obwód magnetyczny 17 i od którego zalezy biegunowosc dru¬ giej harmonicznej. Sygnal ten przechodzi przez wzmac¬ niacz 22 i wzbudza uzwojenie 25 silnika 23, którego drugie uzwojenie 24 jest bezposrednio zasilane z prad¬ nicy 21. Kierunek obrotu tego silnika zalezy od znaku przesuniecia fazowego pradu dostarczanego przez detek¬ tor 20, a zatem od znaku stalego pola magnetycznego w obwodzie 17, który z kolei zalezy od wzglednej wartosci „i" oraz „j". Gdy i = j to pole równia isie zeru, detektor 20 zasilany napieciem o nieznieksztalconej czestotliwo¬ sci „f" nie zasila wcale uzwojenia 25. Silnik 23 zatrzy¬ muje sie. W takiej chwili mamy i = j to znaczy V— a at V—a . Al= a sl = R = Ar. r I W stanie równowagi obserwowana chwilowa opornosc „R" elelktrolizeira 2 jest zatem proporcjonalna do „a:" opornosci opornika 19. A zatem gdy nie ma równowagi, to silnik obraca sie i dziala na opornik 19 az do ustale¬ nia sie nowej równowagi, a zatem obrót silnika jest pro¬ porcjonalny do „R", którego wartosc jest pokazywana i ewentualnie zapisywania przez urzadzenie wskazniko¬ we 26.Stwierdzono, ze opornosc wewnetrzna elektrolizera pod¬ lega wahaniom, których amplituda jest znaczna. Stwier¬ dzono z jednej strony istnienie stalych wahan okresowych, które zachodza mniej wiecej co sekunde i maja ampli¬ tude mniej wiecej 1 mikrooma, które sa zwiazane z sa¬ mym zjawiskiem elektrolizy, i które sa prawdopodobnie spowodowane wydzielaniem gazów towarzyszacych elektrolizie, a z drugiej strony istnienie fluktuacji bar¬ dziej powolnych o okresie wynoszacym okolo minuty i o amplitudzie, która moze osiagac wairtosc 5 mikro- omów. Te ostatnie fluktuacje, które wydaja sie byc zwiazane z ruchami metalu i które same wynikaja z nie¬ równomiernego irozkladu pradu, sa tym wieksze, im elektrolizer jest wiekszej mocy i wydaja sie byc mniej¬ sze na elektrolizerach o anodach wstepnie wypalanych, niz na elektrolizerach o anodach Soederberga.Szybkie zmiany opornosci wewnetrznej stanowia jed¬ na z powazniejszych trudnosci, jakie spowodowaly nie¬ powodzenia zanotowane przy próbach zastosowywania samoczynnej regulacji. Wskazane byloby zatem usunie¬ cie lub zmniejszenie tych zniian opornosci i bazowanie regulacji nie na chwilowej wartosci opornosci „R", ale na wartosci sredniej ,,{R)", odniesionej do czasu wiek¬ szego od jednej sekundy i mniejszego od 10 minut, któ¬ ry jest najczesciej wybierany w granicach od 15 sekund do 2 minut.W tym celu silnik 23 napedza drugi opornik 27 zasi¬ lany z pradnicy 28 o niezmiennym napieciu pradu sta¬ lego, poprzez integrator 29, który po prostu moze byc utworzony z ukladu opornosc — pojemnosc lub jeszcze lepiej z obwodu zrównowazonego w rodzaj mostka Wheatstone^ i którego stala czasowa jest zasadniczo równa czasowi, w obrebie którego chce sie uzyskac war- ffcosc srednia opornosci. To calkowanie moze byc prze- 5 prowadzane za pomoca dowolnego innego urzadzenia mechanicznego lub elektrycznego. A zatem w obwodzie pradnicy 28 plynie prad o natezeniu „J" proporcjonal¬ nym do sredniej wartosci opornosci „(R)". W urzadze¬ niu porównujacym 30 wairtosc natezenia pradu „J" jest 10 porównywana z wartoscia natezenia pradu „J0", która odpowiada wartosci odniesienia „R0" opornosci „R", a prad w ten sposób uzyskany moze poprzez przekaznik sterowac silnikiem urzadzenia podnosnikowego ukladu anodowego elektrolizera. 15 Wskazane jest za pomoca przekazników zawartych w urzadzeniu porównujacym 30, porównywac wartosc pra¬ du „J" z rozmaitymi stalymi wartosciami natezenia pradu „J0, Ji, J2...", które stanowia granice kolejnych stref, i przekazywac rozkaz legulowamia w funkcji stre- 20 fy, w której ustalono srednia wairtosc opornosci „(R)".Poza tym wskazane jest przeprowadzenie regulacji tylko w okreslonych odstepach czasu. Te role spelnia przekazniik czasowy 31. Fig. 2 podaje przyklad zreali¬ zowania tego rodzaju regulacji. 25 Na osi odcietych odklada sie czas t, poprzedzajacy polaryzacje anodowa, a na osi rzednych zmiany A (R) obserwowanej opornosci wewnetrznej R, takie jakie sa odczytywane lub zapisywane na urzadzeniu pomiaro¬ wym 32. Urzadzenie porównujace 30 [rozróznia dla 30 zmian A(R) strefe 0, odnosnik 51, zawarta pomiedzy wartosciami A (R), odpowiadajacymi rzednym 56 i 58, strefe +1, odnosnik 52, zawarta pomiedzy rzednymi 56 i 57, strefe —1, odnosnik 54, zawarta pomiedzy rzedny¬ mi 58 i 59, strefe +2, odnosnik 53, odpowiadajaca war- 35 toscdom A (R) wiekszym od rzednej 57, strefe —2, od¬ nosnik 55, odpowiadajaca wartosciom A (R) mniejszym od rzednej 59.Urzadzenie porównujace 30, zaleznie od wartosci A (R), nie wysyla zadnego rozkazu jezeli wartosc A (R) 40 znajduje sie w strefie 0 wysyla rozkaz wykonania pew¬ nej liczby obrotów, powiedzmy „n", w kierunku podno¬ szenia do góry ukladu anodowego, jezeli wartosc A (R) znajduje sie w strefie —1, wysyla rozkaz wykonania pewnej liczby ,-jp" obrotów w kierunku podnoszenia do 45 góry ukladu anodowego, jezeli wartosc A (R) znajduje sie w strefie —2, przy czym „p" jest oczywiscie wieksze od „n", wysyla rozkaz wykonania pewnej liczby „m" obrotów w kierunku opuszczania w dól ukladu anodo¬ wego, jezeli wartosc zmiany opornosci A (R) znajduje 50 sie w strefie +1, wysyla rozkaz zapalenia sygnalu zala¬ dowania, który moze byc sygnalem swietlnym bez roz¬ kazu iregulacji jezeli A (R) znajduje sie w strefie +2.Urzadzenie porównujace 30 umozliwia zmiane szero¬ kosci strefowych az do 0,5 ^iQ, to znaczy 0,05 V/l 00 000 A,- 55 a takze wartosci „p, n, m". Srodkowy guzik regulacyjny umozliwia poza tym oddzialywanie zespolu stref dla kazdego [regulowanego elektrolizera. Regulacja ta dziala tylko w stalych odstepach czasu, powiedzmy równych 30 minut, gdzie czasy w których moze odbywac sie re- 60 gulacja, sa przedstawione strzalkami 61, 62, 63, 64.Krzywa 65 narysowana linia ciagla, pokazuje jak zmienia sie wartosc opornosc A (R) przed polaryzacja anodowa, wówczas gdy nie dziala regulacja odleglosci miedzy biegunowej lub regulacja reczna, podczas gdy 65 krzywa 66, narysowana lamia kreskowa, pokazuje te sa-63207 8 ma kizywa wówczas gdy dziala (regulacja. Widoczne jest, ze w chwili 105 minut, odpowiadajacej strzalce 61, wartosc opornosci A (R) znajduje sie w strefie 0.Urzadzenie porównujace 30 nie przesyla wiec zadnego sygnalu regulacji automatycznej. Natomiast w chwili 75 minut odpowiadajacej strzalce 62, wartosc opornosci A (R) znajduje sie w strefie +1. Regulator zaczyna dzia¬ lac i sprowadza wartosc A (R) do strefy 0. To samo dzialanie odbywa sie w chwili 45 minut odpowiadajacej strzalce 63. Natomiast w chwili 15 minut odpowiadaja¬ cej strzalce 64 krzywa 66 znajduje sie w strefie +2. Za¬ den rozkaz regulacji nie zostal podany, ale nastapilo za¬ palenie sygnalu swietlnego, który jak to juz bylo wy¬ jasnione wyzej stanowi rozkaz zaladowania elektrolizera tlenkiem glinowym.Podczas dzialania elaktrolizara, przy pominieciu zja¬ wiska zwiazanego ze zmianami zawartosci rozpuszczo¬ nego w kapieli tlenku glinowego, istnieje dzialanie dwóch przeciwstawnych sobie zjawisk, a mianowicie zwieksza sie warstwa stopionowego aluminium przy jednoczesnym zuzywaniu sie anody. Te dwa zjawiska odbywaja sie z prawie jednakowymi predkosciami (tak, ze w celu zachowania wlasciwej odleglosci miedzybie- gunowej trzeba dzialac z umiarem na uklad anodowy podnoszac go do góry lub opuszczajac w dól. Nie jest mozliwe wyznaczenie dla tej podstawowej [regulacji war¬ tosci stalej, ale opisane wyzej urzadzenie regulacyjne przeprowadza to dzialanie w "sposób zupelnie po¬ prawny.Niektóre prace zaklócaja równiez regulacje anody, a mianowicie 'podnoszenie do góry ruchomej ramy, na której osadzony jest uklad anodowy, a w przypadku elektrolizerów z anodami Soedarberga wyciaganie kol¬ ków zmienia opornosc wewnetrzna, przy czym zmiana ta powinna byc dostatecznie mala, aby nie pociagac za soba uruchomienia urzadzenia regulacyjnego, a uzy¬ skuje sie ja za pomoca rozlozenia na etapy wyciagania kolków tej samej anody, zaladowywanie tlenku glinowe¬ go, które powoduje zmiane odleglosci miedzybieguno- wej, a zmiana ta dzieki regulacji prowadzi do podnie¬ sienia do góry ruchomej ramy, spust aluminium, który moze zmuszac do przerwania iregulacji i do ustawienia z powrotem recznie wartosci tego samego znaku opor¬ nosci wewnetrznej, przy czym (regulacja ta jest zbyt po¬ wolna, ale te ostatnia wade mozna zupelnie wyelimino¬ wac za pomoca wprowadzenia strefy regulacyjnej —3, umieszczonej ponizej opisanej juz strefy —2 i dajacej pewna znaczna liczbe obrotów, wieksza od „p", w kie¬ runku podnoszenia do góry ukladu anodowego.Wreszcie sledzona opornosc wewnetrzna mierzona za pomoca opisanego urzadzenia, zalezy od zawartosci roz¬ puszczonego tlenku glinowego w kapieli elektrolizera.Gdy ta zawartosc obniza sie w sposób ciagly pomiedzy dwiema kolejnymi operacjami zaladowywania tlenku glinowego do elektrolizera, to stwierdza sie, powolne i ciagle zwiekszanie sie tej opornosci, o ile chodzi o „R" lub o „(R)". To zwiekszanie sie jest równiez korygowa¬ ne za pomoca urzadzenia automatycznego.Jezeli zawartosc rozpuszczonego tlenku glinowego spada do takiej wartosci, ze zbliza sie chwila powstania zjawiska polaryzacji anodowej czyli strefa 0 na fig. 2, to obserwuje sie przyspieszone wznoszeniie sie krzywej.To wznoszenie sie, które trwa od 2 do 3 godzin, nie przekracza z poczatku strefy regulacyjnej 52 i jest ko^ rygowame przez regulator. Jednakze to wznoszenie sie przyspiesza sie coraz bardziej do miejsca obejmujacego wiecej niz jedna strefe pomiedzy dwoma kolejnymi dzia¬ laniami regulatora, tak jak to sie odbywa w czasie 15 minut odpowiadajacym strzalce 64. Regulator zostaje 5 wówczas wylaczony z obwodu i nastepuje zaladowywa¬ nie elektrolizera tlenkiem glinowym, po ukazaniu sie opisanego wyzej swietlnego sygnalu. Po takim zalado¬ waniu obserwuje sie nagle obnizenie sie sledzonej opor¬ nosci wewnetrznej, któremu towarzyszy stopniowe obni- 10 zonie sie krzywej parabolicznej z ustabilizowaniem sie jej po uplywie 15 — 20 minut.Mozna przypuszczac, ze chodzi tu o dwa zjawiska z jednej strony masa tlenku glinowego i czesci skorupy, która przebija sie przed irozpoczeciem zaladowywania, 15 spadaja nai dno elekitrolizera powodujac podniesienie sie do góry powierzchni metalu, a to pociaga za soba zmniejszenie sie odleglosci miedzybieguniowej, i stad po¬ chodzi nagly spadek sledzonej opornosci, a z drugiej strony stopniowe rozpuszczanie sie tlenku glinowego w 20 kapieli zmienia charakterystyke elektrolitu.Zostalo ustalone, ze nie ma potrzeby zajmowac sie hipotezami odnosnie rzeczywistej przyczyny zmian sle¬ dzonej opornosci wewnetrznej. Moze tu chodzic równie dobrze o zmiane sily przeciwelektromotorycznej elektro- 25 lizy jak i o zmiane rzeczywistej opornosci wewnetrznej.Ta funkcja regulatora rozpoznawania chwili, w której wskazane jest zaladowanie elektrolizera tlenkiem glino¬ wym, ma powazne znaczenie.W korzystnej odmianie opisanego sposobu usuwa sie 30 strefe +2 w taki sposób, aby umozliwic dzialanie regu¬ latora w kazdych Okolicznosciach, gdy tylko krzywa 66 przekroczy rzedna 56. Zaladowywanie tlenkiem glino¬ wym jest sterowane za pomoca pewnej liczby zadzialan regulatora w strefie -hi. Doswiadczenie pokazuje, ze dla 35 elektrolizerów z elektrodami Soederberga o mocy 100 kiloamperów, ta-liczba zadzialan regulatora zawiera sie w granicach od 1 do 10, a najczesciej w granicach od 1 do 5.W przypadkach gdy przekracza sie szesc zadzialan re- 40 gulatora opóznianie przewidywanej polaryzacji jest nie¬ znaczne, zaladowywanie powinno sie wiec odbywac pra¬ wie natychmiast i czesto zachodzi polaryzacja anodowa zanim zdazylo sie przeprowadzic zaladowanie tlenkiem glinowym. Na te liczbe zadzialan regulatora maja znacz- 45 ny wplyw wzgledne predkosci zuzywania sie anody i podnoszenie sie do góry poziomu metalu. W praktyce dla rozpatrywania elektrolizerów dobiera sie 3 lub 4 zadzialania regulatora jezeli chce sie zapewnic wystar¬ czajaco dlugie opóznienie, na przyklad 2 godziny przed 50 zaladowaniem, a co pozwala polaczyc razem operacje zaladowywania dla pewnej liczby elektrolizerów, a wy¬ nika z tego 5 lub nawet 6 zadzialan regulatora, jezeli chce sie przeprowadzic wystarczajaco szybko zaladowa¬ nie, przy opóznieniu rzedu na przyklad pól godziny po 55 otrzymaniu sygnalu.Jednym z czynników wplywajacych na wybór liczby zadzialan regulatora jest objetosc kapieli, przy czym in¬ ne czynniki pozostaja bez zmian. W elektrolizerach o bardzo malej objetosci kapieli oraz w przypadku elek- 60 trolizerów o anodach wstepnie wypalanych zaladowy¬ wanie moze juz byc konieczne po pieirwszym zadziala¬ niu regulatora, gdy natomiast w przypadku elektrolize¬ rów o bardzo duzej objetosci kapieli mozna przepro¬ wadzac zaladowywanie dopiero po liczbie zadzialan re- 65 gulatora, która moze dochodzic do 10.63207 10 Tytulem 'przykladu rozpatrywany sposób zostal za¬ stosowany do szeregu elektrolizerów z anodami Soeder- berga o mocy 100 kiloaimperów.Regulacja odbywala sie za pomoca opisanej wyzej aparatury. Wielkosc przemieszczania anody wyrazala sie liczba obrotów walu, który steruje przemieszczenia¬ mi lanody, przy iczym kazdy obrót tego walu odpowia¬ dal przemieszczaniu anody wynoszacym H mrn, albo zmianie napiecia o 0,1 V lub tez zmianie opornosci wewnetrznej o 0,1 mikrooma, a przemieszczenie ito mo¬ ze równiez wyrazac sie czasem trwania impulsu, prze¬ kazywanego do silnika, który zapewnia przemieszczanie ukladu anodowego.Regulator jest przylaczony kolejno do elektrolizerów rozpatrywanego szeregu, przy czym kazdy elektrolizer jest regulowany co 30 minut. Dla kazdego elektrolizera czas pomiaru wynosi 1 minuta 15 sekund, azeby umo¬ zliwic calkowanie opornosci „R" w wystarczajaoo dlu¬ gim czasie, przy czym wlasciwa regulacja trwa 10 se¬ kund, a przylaczanie na nastepny elektrolizer za pomoca dzialania styczników 42, 43, 45 trwa 5 sekund. Praca urzadzenia wynosi zatem 1 minuta 30 sekund na elek¬ trolizer, a zatem jedno takie urzadzenie moze obsluzyc 20 elektrolizerów.Zakladamy, ze stala wielkosci sily przeciwelektromo- torycznej a = 1,6 V. Rozkazy przekazywane przez regu¬ lator sa dla strefy —2, t = 10 obrotów w kierunku pod¬ noszenia do góry lanody, dla strefy —1, n = 2 obroty w kierunku podnoszenia do góry anody dla strefy —0, zadnego rozkazu, dla strefy +1, n = 2 obroty w kierun¬ ku opuszczania w dól anody, dla strefy +2, zapalanie sie sygnalu swietlnego nakazujacego zaladowywanie tlenkiem glinowym.W pierwszym okresie byl regulowany tylko jeden elek¬ trolizer i w okresie czterech miesiecy srednia wydajnosc Faraday'a tego regulowanego elektrolizera wynosila 89,0% w stosunku do 87,7% dla kontrolowanych elek¬ trolizerów najbardziej podobnych, ale regulowanych recznie.Nastepnie regulacja zostala zastosowana do zespolu pieciu elektrolizerów w tych samych warunkach, ale strefa +2 zostala usunieta, przy czym sygnal swietlny zaladowywania tlenkiem glinowym byl uruchamiany za pomoca przekaznika pamieciowego, wówczas gdy w strefie +1 zostalo stwierdzone piec zadzialan regulato¬ ra po zaladowywaniu tlenkiem glinowym.Wydajnosc Fairadiay'a odniesiona do czterech miesie¬ cy byla równa 88,0% w stosunku do 84,5% dla szeregu nieregulowanych elektrolizerów najbardziej podobnych.Wydajnosci sa tu mniejsze niz wydajnosci przytoczone w pierwszym przykladzie, poniewaz chodzi tu o elek- trolizery o innej izolacji cieplnej, eksploatowanych w innych warunkach.Zuzycie fluoru na tone wyprodukowanego aluminium wynosilo 18 kG w stosunku do 30 kG nieregulowanych elektrolizerów wzorcowych.Pelny szereg 20 elektrolizerów dziala w ten sposób od wielu miesiecy przy regulowaniu ich co 30 minut tak, ze jeden aparat pomiarowy i regulacyjny wystarcza dla zapewnienia regulacji elektrolizerów tego calego szeregu. Dzialanie jego jest bardzo dobre i zostalo stwierdzone zmniejszenie zuzycia pradu elektrycznego, a zwlaszcza zuzycie fluoru.Opisane urzadzenie moze byc wykonane w róznych odmianach. W szczególnosci moze byc uproszczone urzadzenie calkujace, jezeli do mierzenia opornosci wewnetrznej zastosuje sie przyrzad o wiekszej stalej 5 czasowej i w miare moznosci mniejszej iczulosci. Znacz¬ nie prostsze urzadzenie amortyzujace jest wówczas wy¬ starczajace.Z drugiej strony zmiany opornosci, a zwlaszcza zmiany powolne, sa mniej znaczne w przypadku elek- 10 trolizerów o anodach wstepnie wypalanych i opisany przyrzad calkujacy bylby zatem niepotrzebnie skompli¬ kowany. Wystarczy wiec w obwodzie glównym, utwo¬ rzonym przez uzwojenie 16 komparatora i silnik 23, przewidziec elektryczna lub mechaniczna stala czasowa, 15 a to umozliwi skasowanie obwodu calkujacego, w sklad którego wchodzi opornik 27, zródlo 28 pradu stalego oraz urzadzenie calkujace 29. Wówczas silnik 23 za po¬ moca komparatora, odgrywajacego role urzadzenia po¬ równujacego 30, steruje silnikiem zapewniajacym prze- 20 mieszczanie ukladu anodowego elektrolizera. PL PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 25 1. Sposób przewidywania efektu anodowego i syste¬ matycznego zasilania elektrolizerów aluminium, wedlug którego niezbedna wartosc wewnetrznej opornosci elek¬ trycznej kapieli utrzymywana jest przez zasilanie elek¬ trolizera tlenkiem glinu, znamienny tym, ze dokonuje 30 sie przewidywania efektu anodowego obserwujac zmia¬ ny wartosci wewnetrznej opornosci „R" kapieli, która wyznacza sie przez obliczenie stosunku miedzy spad¬ kiem napiecia „U" na zaciskach elektrolizera, a nateze¬ niem pradu przez niego przeplywajacego, przy czym 35 spadek napiecia „U" wykorzystuje sie do obliczenia róznicy miedzy napieciem wystepujacym na zaciskach elektrolizera, a przyblizona wartoscia sily przeciwelek- tromotorycznej „a" elektrolizera, w celu regulacji polo¬ zenia ukladu anodowego zgodnie z wartoscia wewnetrz- 40 nej opornosci „R", po czym kompensuje sie wahania wewnetrznej opornosci „R" kapieli przez wprowadzenie ilosci tlenku glinu zaleznie od odstepów czasu przed wy¬ stapieniem efektu anodowego, wyznaczonych przez kom¬ parator podlaczony dla pomiaru w okresie dluzszym niz 45 1 sekunda lecz krótszym od 10 minut.

2. Sposób wedlug zastrz, 1 znamienny tym, ze od sredniej wartosci opornosci „(R)" obserwowanej wew¬ netrznej opornosci elektrycznej elektrolizera odejmuje sie wartosc opornosci odniesienia „R0", a uklad ano¬ dowy reguluje sie tylko, jezeli wartosc bezwzgledna przyrostu opornosci [A (R)] = (R) — R0 jest wyzsza niz wartosc zalozona. 50

3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze zakres zalozonej wartosci przyrostu opornosci [A (R)] dzieli sie na strefy i wysyla sie nozkaz do mechanizmu dla prze¬ mieszczenia ukladu anodowego odpowiedni dla tej strefy, w której znajdzie sie obserwowana wartosc przy¬ rostu opornosci [A (R)]. 60

4. Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug zastrz. 1—3, znamienne tym, ze zawiera magnetyczny kompa- nator fazowy (12), którego nasycalny rdzen magnetyczny (17) zawiera cztery uzwojenia, z których pierwsze uzwo¬ jenie (13) jest polaczone przez opornik (46) do zacisków 65 opornika bocznikowego (11), drugie uzwojenie (14) sta-63207 11 12 nowi czesc obwodu zawierajacego wlaczony szeregowo pierwszy opornik regulowany (19), jednokierunkowe zródlo (18) pradu stalego oraz elektnolizer (1), którego elektryczna opornosc wewnetrzna ma byc mierzona, przy czym eleJktrolizer (1) i zródlo (18) pradu stalego pola¬ czone sa przeciwsobnie, trzecie uzwojenie (15) podla¬ czone jest do zródla (21) pradu zmiennego o czestotli¬ wosci „f" Hz, a czwarte uzwojenie (16) jest podlaczone do detektora harmonicznej (20), dostarczajacego napie¬ cia o czestotliwosci „f", przesunietej w fazie o +—— lub o ——- wzgledem napiecia zródla pradu zmiennego oraz zawiera dwufazowy silnik (23), którego jeden z ob¬ wodów (24) podlaczony jest do zródla (21) pradu zmien¬ nego, a drugi obwód (25) poprzez wzmacniacz (22) do detektora harmonicznej (20), przy czym wal silnika (23) jest polaczony z pierwszym regulowanym opornikiem (19), ze wskaznikiem (26) do odczytywania wartosci opornosci, oraz z drugim regulowanym opornikiem (27) a ponadto ma obwód calkujacy srednia wairtosc opor- 5 nosci, zawierajacy wlaczony szeregowo drugi regulowa¬ ny opornik (27), zródlo (28) pradu stalego, urzadzenie calkujace (29), amperomierz (32) wskazujacy srednia wartosc opornosci „(R)" oraz urzadzenie (30), porównu¬ jace srednia wartosc opornosci „(R)" z wartoscia opor- 10 nosci odniesienia „R0" polaczone z mechanizmem pod¬ noszacym do góry uklad anodowy elektrolizera.

5. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze uklad polaczen zawierajacy drugie uzwojenie (14) kom¬ paratora fazowego (12) i uklad polaczen regulacji za- 15 wieraja styczniki (41) do (45), w celu laczenia tych ukla¬ dów kolejno do róznych wanien (1) do (3) zasilanych szeregowo ze wspólnego zródla pradu.KI. 40 c.3/12 63207 MKP C 22 d, 3/12 -txru^ a Ir] pj2 _Fig.1_ -15' -33' -+5' -«' -fSf -*' "103* -IZO' -«5l «A51 4 la tsi ~^53 V -54 -SS -Fig-2- PL PL