RU2080420C1

RU2080420C1 - Method of test of technological state of aluminium electrolyzer

Info

Publication number: RU2080420C1
Application number: RU95110549A
Authority: RU
Inventors: Р.В. Меликянц; Д.В. Исаев; В.Л. Каневский
Original assignee: Акционерное общество "Союзцветметавтоматика"
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1995-06-19
Publication date: 1997-05-27
Also published as: RU95110549A

Abstract

FIELD: automatization of electrolysis of aluminium. SUBSTANCE: time interval, for instance 0-40 h, is set with the use of automatic process control system under mode of automatic control over electrolyzer. Number N of changes of sign of movement of anode and presence of anode effects with voltage $$$ exceeding 14.0 V are registered during this time interval. If number N exceeds specified value and if $$$ 14.0 V fouling of MPR is registered. EFFECT: enhanced timeliness of control, reduced losses of electric energy and starting material. 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии алюминия и может быть использовано при автоматизированном управлении алюминиевыми электролизерами. The invention relates to the metallurgy of aluminum and can be used in the automated control of aluminum electrolytic cells.

Технико-экономические показатели производства алюминия в значительной степени зависят от технологического состояния электролизеров. В промышленных условиях под воздействием различных неконтролируемых возмущений часто нарушается технологическое состояние электролизера (совокупность значений параметров, определенных технологическим регламентом ведения процесса электролиза). Эти нарушения приводят к избыточным затратам электроэнергии, снижению производительности, увеличению интенсивности выделения экологически вредных выбросов, к повышенным затратам ручного труда. Одним из наиболее распространенных нарушений технологического состояния является загрязнение межполюсного пространства электролизера, иначе межполюсного расстояния МПР. Это нарушение наиболее характерно для электролизеров с самообжигающимися анодами. Technical and economic indicators of aluminum production largely depend on the technological state of electrolyzers. In industrial conditions, under the influence of various uncontrolled disturbances, the technological state of the electrolyzer is often violated (a set of parameter values determined by the technological regulation of the electrolysis process). These violations lead to excessive energy costs, reduced productivity, increased intensity of emission of environmentally harmful emissions, and increased costs of manual labor. One of the most common violations of the technological state is the contamination of the inter-polar space of the electrolyzer, otherwise the inter-polar distance of the MPR. This violation is most characteristic of electrolyzers with self-baking anodes.

Как было отмечено в работе [1] из-за низкого качества анода в электролите образуется высокоуглеродистая взвесь, приводящая к загрязнению межполюсного расстояния (МПР) и, как следствие, и уменьшению электроводности, что в свою очередь, приводит к нарушению теплового состояния и технико-экономических показателей процесса. As was noted in [1], due to the low quality of the anode in the electrolyte, a high-carbon suspension forms, leading to contamination of the interpolar distance (MPR) and, as a consequence, to a decrease in electrical conductivity, which in turn leads to a violation of the thermal state and technical economic indicators of the process.

Регламентом обслуживания электролизеров предусмотрена операция по снятию пены, однако, если своевременно меры не приняты, то загрязнение МПР приводит к тяжелым нарушениям, ликвидация которых связана с существенными трудозатратами. The procedure for servicing electrolyzers provides for the operation to remove foam, however, if measures are not taken in a timely manner, pollution of the MPR leads to serious violations, the elimination of which is associated with significant labor costs.

Поэтому оперативное обнаружение загрязнения МПР на ранней стадии развития нарушения явится важнейшей задачей обслуживания электролизера. Therefore, the prompt detection of MPR contamination at an early stage of the development of the violation will be the most important task of servicing the electrolyzer.

Известны способы контроля технологического состояния электролизеров, основанные на измерении амплитуды низкочастотных колебаний напряжения электролизера [2, 3] Недостатками этих способов являются низкая достоверность результатов контроля, а также то, что они позволяют обнаружить только некоторые виды нарушений (в основном образование конусов на подошве анода) и не обеспечивают контроля. Known methods for monitoring the technological state of electrolyzers, based on measuring the amplitude of low-frequency fluctuations in the voltage of the electrolyzer [2, 3] The disadvantages of these methods are the low reliability of the control results, as well as the fact that they can detect only some types of violations (mainly the formation of cones on the base of the anode) and do not provide control.

Известен также способ контроля электросопротивления электролизера при перемещении анода путем суммирования приращений сопротивления на заданном интервале регулирования [4] Интегральное значение (сумма приращений) сопротивления за выбранный интервал времени является мерой оценки интенсивности перемещения анода и используется для коррекции заданного значения сопротивления, поддерживаемого АСУ ТП электролиза алюминия. Очевидным недостатком данного способа является то, что при знакопеременных перемещениях анода, характерных для многих технологических нарушений, сумма приращений сопротивления близка к нулю и не может служить представительным параметром для оценки технологического состояния электролизера и коррекции задания. There is also a method of controlling the electrical resistance of the electrolyzer when moving the anode by summing the increments of the resistance over a given control interval [4] The integral value (sum of increments) of the resistance over the selected time interval is a measure of the rate of movement of the anode and is used to correct the set resistance value supported by the ACS of aluminum electrolysis . The obvious disadvantage of this method is that with alternating displacements of the anode characteristic of many technological violations, the sum of the resistance increments is close to zero and cannot serve as a representative parameter for assessing the technological state of the cell and correcting the task.

Кроме того, зависимость между технологическим состоянием электролизера и приращением сопротивления недостаточно изучена и не может быть положена в основу эффективного контроля таких нарушений технологического состояния, как загрязнение МПР. In addition, the relationship between the technological state of the electrolyzer and the increment of resistance has not been sufficiently studied and cannot be taken as the basis for the effective control of technological violations such as MPR contamination.

Наиболее близким к изобретению является способ контроля технологического состояния электролизеров, основанный на оценке интенсивности включения привода анода [5] Способ предусматривает вычисление двух параметров: частоты регулирования (включения привода анода) и частоты малых перемещений анода. В зависимости от сочетания численных значений этих параметров формируют оценку технологического состояния электролизера и обнаруживают технологические нарушения. Способ имеет следующие недостатки:
1) численные значения вычисленных параметров, при которых фиксируется наличие технологических нарушений, необходимо определять экспериментально, что требует больших затрат времени и труда;
2) за время кампании электролизера (между капитальными ремонтами) значения вычисленных параметров, соответствующие наличию технологических нарушений, постепенно изменяются, что существенно снижает достоверность результатов контроля по данному способу;
3) рассматриваемый способ не предусматривает выявления конкретного вида технологического нарушения, а лишь фиксацию нарушения регламентного режима; идентификацию выявленного нарушения должны осуществлять технологический персонал, что обуславливает повышенную трудоемкость ликвидации нарушения и увеличивает длительность работы электролизера в невыгодном режиме и соответствующие потери.Closest to the invention is a method for monitoring the technological state of electrolyzers, based on an assessment of the intensity of switching on the anode drive [5]. The method involves the calculation of two parameters: the frequency of regulation (turning on the anode drive) and the frequency of small displacements of the anode. Depending on the combination of the numerical values of these parameters, an assessment is made of the technological state of the cell and technological violations are detected. The method has the following disadvantages:
1) the numerical values of the calculated parameters, at which the presence of technological violations is recorded, must be determined experimentally, which requires a lot of time and labor;
2) during the campaign of the electrolyzer (between overhauls), the values of the calculated parameters corresponding to the presence of technological violations gradually change, which significantly reduces the reliability of the control results for this method;
3) the method in question does not provide for the identification of a specific type of technological violation, but only for fixing a violation of the regulatory regime; Identification of the detected violation should be carried out by the process staff, which leads to an increased laboriousness of eliminating the violation and increases the duration of the electrolyzer operation in an unfavorable mode and corresponding losses.

Сущность изобретения заключается в контроле направления автоматических перемещений анода и фиксации загрязнения МПР в случаях, когда число последовательных изменений этого направления (реверсов привода анода) превышает наперед заданную величину. The essence of the invention is to control the direction of automatic movements of the anode and the fixation of MPR contamination in cases where the number of consecutive changes in this direction (reverse of the anode drive) exceeds the predetermined value in advance.

Известно, что подъем и опускание анода вызывают усиленное перемешивание электролита в ванне электролизера. При этом загрязняющие электролит высокоуглеродистые взвеси (пена, мелкодисперсные частицы осыпи анода) вытесняются из подошвы анода на периферию при опускании анода и возвращаются в межполюсное пространство (под подошву анода) при его подъеме. It is known that raising and lowering the anode cause increased mixing of the electrolyte in the electrolyzer bath. At the same time, high-carbon suspensions polluting the electrolyte (foam, fine particles of the anode scree) are displaced from the bottom of the anode to the periphery when lowering the anode and return to the interpolar space (under the bottom of the anode) when it is lifted.

Вследствие этого опускание анода электролизера с загрязненным МПР приводит к резкому уменьшению приведенного напряжения электролизера U_пр не столько за счет уменьшения МПР, сколько за счет его очищения от загрязнений. При подъеме анода наблюдается обратная картина: приведенное напряжение электролизера резко увеличивается в основном за счет насыщения МПР загрязняющей взвесью. В результате, если АСУ ТП фиксирует, что фактическое значение U_пр выше заданного U_зд и опускает анод на величину, соответствующую ошибке регулирования
ΔU = U_зд-U_пр (1)
то на электролизере с загрязненным МПР это приводит к тому, что U_пр становится значительно меньше U_зд и АСУ ТП поднимает анод, значение U_пр резко возрастает и АСУ ТП опускает анод; далее действия, регулирующие воздействия АСУ ТП, и реакция на них U_пр повторяются.As a result, lowering the anode of the electrolyzer with contaminated MPR leads to a sharp decrease in the reduced voltage of the electrolytic cell U _pr not so much by reducing the MPR, but by cleaning it from contamination. When the anode rises, the opposite picture is observed: the reduced cell voltage increases sharply mainly due to the saturation of the MPR with a contaminating suspension. As a result, if the automatic process control system detects that the actual value of U _{pr is} higher than the specified U _zd and lowers the anode by a value corresponding to the control error
ΔU = U -U _zd _pr (1)
then on the electrolyzer with contaminated MPR, this leads to the fact that U _pr becomes much smaller than U _zd and the process control system raises the anode, the value of U _pr sharply increases and the process control system lowers the anode; Further, the actions regulating the effects of ACS TP, and the reaction to them U _{pr are} repeated.

Таким образом, если направление регулирующих воздействий АСУ ТП на привод анода какого-либо электролизера несколько раз подряд меняет знак на обратный в течение наперед заданного интервала времени, это свидетельствует о загрязнении МПР этого электролизера. Thus, if the direction of the regulatory actions of the automatic process control system to the anode drive of any electrolyzer changes sign several times in a row during a predetermined time interval, this indicates contamination of the MPR of this electrolyzer.

Достоверность оценки может быть повышена, если учесть дополнительные условия контроля, а именно, если на электролизере напряжения анодного эффекта ниже 14В, то данный электролизер из анализа исключается, так как на загрязненных ваннах появление тусклых анодных эффектов (меньше 14В) - маловероятно. The reliability of the assessment can be increased if additional control conditions are taken into account, namely, if the voltage of the anode effect on the electrolyzer is lower than 14V, then this electrolyzer is excluded from the analysis, since dim anode effects (less than 14V) are unlikely on contaminated bathtubs.

Способ реализуется следующим образом:
фиксируют направление каждого перемещения анода вверх и вниз, подсчитывают число "N" изменений направлений перемещения при последовательных управляющих воздействиях, проверяют на заданном интервале времени наличие анодного эффекта с напряжением меньше 14В, сравнивают вычисленное значение изменений направлений перемещения "N" с заранее заданной величиной, например, N_н>10, при достижении значений N>N_н и при U_аэ>14В принимают решение, что технологические нарушения имеют место в виде загрязнения МПР и выдают оперативное сообщение обслуживающему персоналу для принятия мер по их устранению.The method is implemented as follows:
fix the direction of each movement of the anode up and down, count the number of "N" changes in the directions of movement during successive control actions, check for a given time interval the presence of the anode effect with a voltage of less than 14V, compare the calculated value of the changes in the directions of movement "N" with a predetermined value, for example , N _N> 10, when the values of N> N _N U and _ae> 14B decide that technological disturbances occur in the form of a pollution issue and MPR message prompt serving him staff to take measures to eliminate them.

Положительный эффект от использования изобретения иллюстрирует следующий пример. The beneficial effect of using the invention is illustrated by the following example.

На электролизере средней мощности (номинальный ток I_н=130кА ) поддерживается заданное значение приведенного напряжения U_зд=4400 мВ.On average power electrolyzer (rated current I _n = 130kA) is supported by the reduced setpoint voltage U _zd = 4400 mV.

Характер процесса регулирования U_пр показан в таблице.The nature of the regulatory process U _pr shown in the table.

Наперед заданное пороговое значение числа выбрано равным 11, поэтому в 6 ч 35 мин зафиксировано загрязнение МПР и выдано оперативное сообщение. Технологический персонал проверил это сообщение, подтвердил повышенную запененность МПР и провел необходимые операции по ликвидации технологического нарушения, после чего характер регулирования нормализовался и частых изменений направления перемещения анода не наблюдали. Без использования предлагаемого изобретения загрязнение МПР было бы обнаружено намного позже (как показывает практика ведения процесса электролиза не ранее, чем через 2-3 сут после анализа АСУ ТП), и потери, обусловленные нарушением, были бы много больше. In advance, the predetermined threshold value of the number was chosen equal to 11, therefore, at 6 hours and 35 minutes, MPR pollution was recorded and an operational message was issued. Technological personnel checked this message, confirmed the increased foaming of the MPR and carried out the necessary operations to eliminate the technological violation, after which the nature of regulation was normalized and frequent changes in the direction of movement of the anode were not observed. Without the use of the invention, contamination of the MPR would be detected much later (as the practice of conducting the electrolysis process shows no earlier than 2-3 days after the analysis of the automatic process control system), and the losses caused by the violation would be much greater.

Источники информации
1. Володченко В.О. и др. Контроль технологического состояния алюминиевых электролизеров по электропроводности электролита. Бюл. ЦМ, М. 1977, N 23.Sources of information
1. Volodchenko V.O. et al. Monitoring the technological state of aluminum electrolyzers by electrolyte conductivity. Bull. TsM, M. 1977, N 23.

2. Авторское свидетельство СССР N 891808, кл. C 25 C 3/2 0, 1981. 2. USSR author's certificate N 891808, cl. C 25 C 3/2 0, 1981.

3. Авторское свидетельство СССР N 899725, кл. C 25 C 3/20, 1982. 3. Copyright certificate of the USSR N 899725, cl. C 25 C 3/20, 1982.

4. Заявка Японии N 52-44286, кл. C 25 C 3/20, 1977. 4. Japanese application N 52-44286, cl. C 25 C 3/20, 1977.

5. Авторское свидетельство СССР N 617491, кл. C 25 C 3/20, 1978. 5. Copyright certificate of the USSR N 617491, cl. C 25 C 3/20, 1978.

Claims

A method for monitoring the technological state of an aluminum electrolyzer, including determining the number of anode displacements in automatic control mode, implemented using an automatic process control system, characterized in that the presence of the anode effect on the electrolyzer is determined by the voltage U _a.e. on it, the direction of each anode movement up and down is determined and the number N of changes in the direction of movements during successive control actions on a time interval of not more than 40 hours, compare N with a predetermined value of N _H , determine t technological violation in the form of contamination of the interpolar distance when performing the mathematical expression N> N _H and U _a.e ≥ 14b.