RU2106435C1 - Способ управления алюминиевым электролизером - Google Patents

Способ управления алюминиевым электролизером Download PDF

Info

Publication number
RU2106435C1
RU2106435C1 RU96121704/02A RU96121704A RU2106435C1 RU 2106435 C1 RU2106435 C1 RU 2106435C1 RU 96121704/02 A RU96121704/02 A RU 96121704/02A RU 96121704 A RU96121704 A RU 96121704A RU 2106435 C1 RU2106435 C1 RU 2106435C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alumina
electrolyte
concentration
electrolyzer
value
Prior art date
Application number
RU96121704/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU96121704A (ru
Inventor
Р.Г. Локшин
В.П. Ланкин
Н.А. Калужский
Original Assignee
Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" filed Critical Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"
Priority to RU96121704/02A priority Critical patent/RU2106435C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2106435C1 publication Critical patent/RU2106435C1/ru
Publication of RU96121704A publication Critical patent/RU96121704A/ru

Links

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к управлению алюминиевыми электролизерами. Способ управления согласно изобретению включает периодическую обработку корки электролита, измерение напряжения на электролизере и тока серии, расчет сопротивления электролита в междуполюсном пространстве, его среднего значения и концентрации глинозема в электролите по математической модели и изменение скорости подачи глинозема в электролизер в зависимости от отклонения расчетного значения концентрации от заданного значения, при этом математическую модель корректируют в моменты обработки корки электролита, в промежутках между обработками измеряют температуру электролита и дополнительно корректируют математическую модель по результатам измерения. Момент обработки корки определяют по превышению значения средней скорости изменения сопротивления на интервале 3 - 5 мин заданного по технологии значения при отсутствии перемещения анода. Ток серии усредняют и расчет концентрации глинозема производят с периодом 5 - 10 мин с учетом среднего значения тока серии на этом интервале времени. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть применено для управления процессами получения алюминия электролитическим способом.
Согласно этому способу оксид алюминия (глинозем) растворяют при высокой температуре в электролите, состоящем из криолита и других фтористых солей. Разложение растворенного оксида алюминия осуществляется в электролизерах под воздействием постоянного тока, проходящего через электролит. Чистый алюминий выделяется на катоде, а кислород окисляет угольный анод, который сгорает.
Стечением времени количество глинозема в электролите уменьшается. При снижении концентрации глинозема до 0,5 - 1,5% возникает анодный эффект - особый режим работы электролизера, сопровождающийся низкими технико-экономическими показателями.
Новые порции глинозема вносятся в расплав периодически (при обработке электролизера) либо практически непрерывно (механизмами подачи глинозема точечного типа - механизмами АПГ). Во всех случаях процесс подачи глинозема заключается в пробивке замерзшей корки на поверхности электролита и подсыпке очередной порции глинозема.
Обработка электролизера осуществляется 1-4 раза в сутки, при этом специальными машинами проламывают корку электролита вдоль одной из сторон электролизера и засыпают большую порцию глинозема. Подача глинозема механизмами АПГ осуществляется практически непрерывно, небольшими порциями в нескольких точках электролизера.
Известные способы управления процессом электролизера состоят в стабилизации величины межполюсного расстояния - МПР (расстояния между подошвой угольного анода и поверхностью жидкого катодного алюминия) вертикальными перемещениями рамы, на которой закреплен анодный массив [1]. Однако эти способы не получили распространения в промышленной практике в связи с трудностью определения действительной величины МПР.
Известны способы управления процессом электролиза, которые состоят в стабилизации параметров, легко измеряемых и косвенно зависящих от МПР, например, рабочего напряжения электролизера [2] или комплексного параметра - "приведенного" напряжения [3, с. 421-423].
Недостатками указанных способов является низкое качество стабилизации величины МПР, поскольку косвенные показатели зависят не только от МПР, но и от изменения состава электролита.
Известны способы стабилизации состава электролита, включающие управление подачей глинозема в электролизер [3, с. 445-446]. Эти способы заключаются в соблюдении определенного графика включения и выключения коркопробивающих и дозирующих устройств для подачи глинозема. Однако эти способы не учитывают реальный режим расходования глинозема из электролита. В результате состав электролита резко меняется, что ухудшает технико-экономические показатели процесса.
Известен способ автоматического регулирования алюминиевого электролизера [4] , согласно которому измеряют напряжение электролизера, ток серии, рассчитывают "приведенное" напряжение электролизера и скорость его изменения, концентрацию глинозема в электролите и стабилизируют "приведенное" напряжение в заданных пределах перемещением анода и изменением скорости загружаемого в электролизер глинозема, чередуя режимы избыточного (частого) и недостаточного (редкого) питания. При этом режимы питания изменяют в зависимости от изменения приведенного напряжения, включая тот или иной режим на определенное время или полностью прекращая питание электролизера глиноземом.
Недостатком указанного способа является низкое качество стабилизации теплоэнергетического и электрохимического режимов процесса, поскольку и изменение МПР, и изменение подачи глинозема осуществляют практически только по изменению "приведенного" напряжения электролизера.
В качестве прототипа принят способ управления процессом электролитического получения алюминия [5]. В соответствии с прототипом измеряют напряжение на электролизере и силу тока, определяют сопротивление электролизера и содержание глинозема в электролите и изменяют положение анодного массива в зависимости от изменения сопротивления электролизера, а скорость подачи глинозема в электролит - в зависимости от изменения его концентрации в расплаве. Концентрацию глинозема определяют по математической модели с учетом изменения тока серии и подачи глинозема механизмами АПГ и корректируют модель при анодном эффекте в случае, если расчетное значение концентрации глинозема в этот момент не находится в пределах 0,8 - 1,5%.
Недостатком прототипа является невысокая точность определения концентрации глинозема, особенно в условиях, когда технология проведения процесса электролиза предусматривает периодическую обработку корки. В эти периоды в электролизер попадает неучитываемое количество глинозема (частично - непосредственно в расплав, частично - на корку электролита), которое является сильным возмущением для принятого способа определения концентрации. Кроме того, известный способ не учитывает изменения температуры электролита, влияющие на скорость поступления глинозема в расплав за счет подплавления корки электролита.
В результате фактические колебания концентрации глинозема в электролите становятся недопустимо большими, что приводит к повышенной частоте анодных эффектов и повышенной частоте включения двигателей, перемещающих анодный массив. Все это приводит к увеличению количества и тяжести технологических нарушений, снижению технико-экономических показателей работы электролизеров: повышению удельного расхода электроэнергии, снижению производительности электролизера и повышению трудозатрат на ликвидацию технологических нарушений.
Предлагаемый способ управления алюминиевыми электролизерами свободен от вышеперечисленных недостатков.
Технической задачей предлагаемого способа является сокращение расхода электроэнергии, повышение производительности электролизера и снижение трудозатрат на его обслуживание за счет оптимизации теплоэнергетического и электрохимического режимов процесса.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе управления алюминиевыми электролизерами, включающем периодическую обработку корки электролита, измерение напряжения на электролизере и тока серии, расчет сопротивления электролита в междуполюсном пространстве, его среднего значения и концентрации глинозема в электролите по математической модели и изменение скорости подачи глинозема в электролизер в зависимости от отклонения расчетной концентрации глинозема от ее заданного значения, математическую модель для расчета концентрации глинозема корректируют в моменты обработки корки электролита, а в промежутках между обработками измеряют температуру электролита и дополнительно корректируют математическую модель по результатам измерения.
Измерение температуры электролита позволяет более точно оценить концентрацию глинозема по математической модели. Например, математическая модель для оценки концентрации может быть представлена в виде:
Figure 00000002
,
где
C(i), C(i-1) - периодически определяемая оценка концентрации глинозема в электролите на i-ом и (i-1) шагах;
I - значение тока серии;
Δt - периодичность оценки концентрации;
F - частота работы дозирующих устройств;
T - температура электролита;
To - номинальное значение температуры электролита;
ΔC - корректирующая добавка в оценке концентрации глинозема;
K1-K3 - коэффициенты пропорциональности (зависят от геометрических размеров электролизера и конструкции устройств АПГ).
При изменении температуры электролита изменяется скорость подплавления застывшей корки и, следовательно, скорость поступления глинозема в расплав, что влияет на концентрацию глинозема. Чем выше температура, тем больше скорость поступления глинозема из корки и наоборот. Управление механизмами АПГ по более точной оценке концентрации позволяет своевременно изменять скорость подачи глинозема в электролизер с учетом реального темпа его растворения. Это приводит к более точной стабилизации состава электролита и электрохимического режима процесса, снижению количества и тяжести технологических нарушений, снижению трудозатрат и повышению производительности электролизера.
Корректировка математической модели в момент обработки корки электролита позволяет повысить точность оценки концентрации глинозема. Это связано с тем, что при обработке электролизера и подсыпке глинозема некоторая часть его поступает непосредственно в электролит и практически мгновенно растворяется в нем, скачкообразно увеличивая фактическую концентрацию глинозема.
Величина C зависит от мощности электролизера, его конструкции (массы электролита) и частоты обработок (чем реже обработки, тем большее количество глинозема поступает при каждой обработке) и колеблется в пределах 0,5 - 2,0%.
Своевременное внесение корректирующей добавки также позволяет увеличить точность стабилизации состава электролита, технологического режима процесса и приводит к снижению расхода электроэнергии.
По одному из вариантов способа момент обработки корки электролита определяют по превышению значения средней скорости изменения сопротивления электролита в междуполюсном пространстве на интервале 3 - 5 мин заданного по технологии значения при отсутствии перемещения анода.
Средняя скорость изменения сопротивления электролита на указанном интервале времени (при отсутствии в этот период перемещений анода) зависит только от изменения состава электролита, в основном, от содержания в нем глинозема. При обработке корки электролита и поступлении в расплав единовременно большей порции глинозема состав и сопротивление электролита существенно меняются. При этом скорость изменения сопротивления (напряжения) электролизера может составлять 10 - 30 мВ/мин.
Превышение этой скоростью заданного по технологии значения, например 30 мВ, свидетельствуют, что на интервале ее измерения произошла обработка корки электролита.
Указанный способ позволяет точно определить момент фактической обработки корки электролита и своевременно внести корректирующую поправку в оценку концентрации глинозема.
По одному из вариантов способа ток серии усредняют и расчет концентрации глинозема производят с периодом 5 - 10 мин с учетом среднего значения тока серии на этом интервале времени.
Усреднение тока серии позволяет "отстроиться" от влияния анодных эффектов на соседних электролизерах, получить усредненное значение оценки концентрации и более точно изменять скорость подачи глинозема в электролит. Оценивание концентрации на интервале 5 - 10 мин также позволяет снизить погрешность вычислений и получить более точное значение оценки.
При периодичности оценки менее 5 мин изменение концентрации незначительно и становится сравнимым с погрешностью расчета. При периодичности оценки более 10 мин ухудшаются условия управления концентрацией глинозема - управляющие изменения частоты работы дозирующих устройств подачи глинозема становятся более резкими.
Отличительные особенности предлагаемого способа позволяют плавно управлять подачей глинозема и поддерживать в электролите оптимальную концентрацию глинозема (2,0 - 4,5%), не опасаясь осаждения глинозема на дно электролизера при высоких концентрациях и увеличения частоты анодных эффектов - при низких. При этом удается избежать непроизводительного расхода электроэнергии, уменьшения выхода по току, снижения производительности.
Система управления, реализующая предлагаемый способ, представлена на чертеже.
Электролизер 1 подключен к анодной 2 и катодной 3 ошиновке, снабжен угольным анодом 4 и устройством АПГ для порционной подачи глинозема 5. Величина единовременно подаваемой дозы глинозема постоянна, а частота подачи порций меняется.
Напряжение электролизера U измеряется измерителем 6, ток серии I - измерителем 7. В качестве измерителя напряжения используется, например, нормирующий преобразователь типа E-846, в качестве измерителя тока - шунты с нормирующим преобразователем типа E-826.
Выход измерителя тока 7 соединен с одним из входов вычислительного блока 8, в котором производится вычисление электрического сопротивления электролизера R по формуле:
R=(U-E)/I,
где
E - величина обратной ЭДС.
Два других входа блока 8 соединены с блоками 6 и 9. В блоке 9 осуществляется определение величины E, например, обработкой методом наименьших квадратов массива одновременно измеряемых пар значений напряжения и тока, взятых на определенном интервале времени.
Блоки 10 и 11 являются регуляторами.
В регуляторе 10, на который подключен выход блока 8, происходит сравнение измеренной величины сопротивления электролизера R с заданным по технологии значением R3 и определение необходимой величины перемещения анодного массива 4 с помощью двигателя 12 для стабилизации сопротивления (например, по ПИД-закону).
В регуляторе 11 производится определение необходимой частоты F работы механизмов АПГ в зависимости от отклонения оценки концентрации глинозема C от заданного значения C3 (например, по релейному закону). Изменение частоты осуществляется с помощью реле времени 13, например, типа РВ, выход которого соединен с входом механизмов устройства АПГ. Вход реле времени 13 соединен с выходом регулятора 11.
Вычисление концентрации глинозема осуществляется блоком 14, выход которого соединен с регулятором 11, а входы с измерителями напряжения, тока и выходом блока 11. Еще один вход блока 14 соединен с измерителем температуры электролита 15, например, термопарой.
Вычисление концентрации глинозема осуществляется циклически по формуле:
Figure 00000003
.
По одному из вариантов способа между выходом блока 8 и входом блока 14 установлен блок вычисления скорости изменения сопротивления 16:
V = ΔR/Δt. .
Еще по одному из вариантов способа между выходом измерителя 7 и входом блока 14 установлен блок 17, производящий усреднение тока серии на заданном интервале времени:
Figure 00000004
.
Все вычислительные блоки (8 - 17) могут быть реализованы в программируемом микроконтроллере (например, типа Simatic S5-115U фирмы SIEMENS, Германия), имеющем аналоговые входы для приема сигналов тока, напряжения, температуры и дискретные выходы для управления механизмами перемещения анода и изменения частоты работы дозирующих устройств.
Пример 1. Работа по способу-прототипу. Получение алюминия производят в электролизерах типа C-175M с предварительно обожженными анодами на силу тока 175 кА. Обработка электролизера осуществляется 1 раз в смену с подсыпкой 200 кГ глинозема. Остальной глинозем подается через 4 механизма АПГ, которые работают со средней частотой 1 раз в 6 мин (F=0,17 раза в мин). Измеренные значения тока и напряжения составляют:
U=4,1 В
I=170 кА
По массиву измеренных за 20 мин значений тока и напряжения методом наименьших квадратов было определено значение обратной ЭДС
E=1,5 В
Сопротивление электролизера составляет
R=(4,1-1,5)/170=15,3 мкОм.
Концентрация глинозема в предыдущем цикле расчета составляла 2,7%.
В следующем цикле измерения (через 5 мин):
E=1,55 В
U=4,05 В
I=170 кА
R=14,7 мкОм
Концентрация глинозема равна:
C=K1 •170•5+K2•0,17•5=2,715%
K1=1•10-4%/мин/кА
K2=0,12%/мин
В этом случае изменения частоты работы механизмов АПГ не производится.
Технологические результаты работы электролизера по способу-прототипу в течение 10 сут:
изменение температуры электролита 955-978oC;
изменение концентрации глинозема (химанализ) 0,5 - 8,0%;
расход электроэнергии 1700 кВт•ч/т;
частота анодных эффектов 2,7 в сут на электролизер;
отмечено 2 случая расстройства технологии, каждый по 6 ч.
Пример 2. Работа по предлагаемому способу. Процесс проводят в тех же электролизерах и при тех же условиях, что в примере 1.
В первом цикле работы:
U = 4,1 В
I = 170 кА
E = 1,5 В
R = 15,3 мкОм
C = 2,7%
To = 950o
В следующем цикле работы (через 6 мин) проведена обработка электролизера:
U = 4,05 В
I = 170 кА
E = 1,55 В
R = 14,7 мкОм
T = 958o
C = 2,7 - K1•170•6 + K2•0,17•6 + K3•(958-950)•6 + C = 4,698%
K3 = 1•10%/мин/град
C = 2,06%
При заданном значении концентрации глинозема (2,7%) произойдет изменение частоты работы механизмов АПГ - переход на редкую частоту срабатываний (1 раз в 10 мин).
Технологические результаты работы электролизера по предлагаемому способу в течение 10 сут:
изменение температуры электролита 955 - 970o;
изменение концентрации глинозема 0,8 - 6,0%;
расход электроэнергии 16500 кВт•ч/т;
частота анодных эффектов 1,3 в сут на электролизер;
расстройств технологического процесса не отмечалось.
Пример 3. Работа по предлагаемому способу. Процесс проводит в тех же условиях, что в примере 2.
Определяют скорость изменения сопротивления:
V = (14,7 - 15,3)/6 = -0,1 мкОм/мин
V3 = -0,1 мкОм/мин
Выполняется условие фиксации момента обработки электролизера. Это учитывается при расчете концентрации и изменении частоты работы механизмов АПГ.
Технологические результаты работы за 10 суток:
изменение температуры электролита 955 - 968o;
изменение концентрации глинозема 1,0 - 4,5%;
расход электроэнергии 16400 кВт•ч/т;
частота анодных эффектов 1,3 в сут на электролизер;
расстройств технологического процесса не отмечалось.
Пример 4. Работа по предлагаемому способу. Процесс проводят в тех же условиях, что в примере 3.
Цикл расчета концентрации установили 1 раз в 10 мин, за это же время усредняли ток серии.
Технологические результаты работы:
изменение температуры электролита 955 - 967o;
изменение концентрации глинозема 1,0 - 4,2%;
расход электроэнергии 16300 кВт•ч/т;
частота анодных эффектов 1,2 в сут на электролизер;
расстройств технологического процесса не отмечалось.
При установке цикла расчета 1 раз в 20 мин при всех остальных одинаковых условиях получили:
изменение концентрации глинозема 1,0 - 4,8 %;
частота анодных эффектов 1,4 в сут на электролизер.
При установке цикла расчета 1 раз в 3 мин получили:
изменение концентрации глинозема 0,9 - 4,7%;
частота анодных эффектов 1,4 в сут на электролизер.

Claims (3)

1. Способ управления алюминиевым электролизером, включающий периодическую подачу порций глинозема в электролизер, измерение напряжения на электролизере и тока серии, расчет сопротивления электролита в междуполюсном пространстве, его среднего значения и концентрации глинозема в электролите по математической модели и изменение скорости подачи глинозема в электролизер в зависимости от отклонения расчетного значения концентрации от его заданного значения, отличающийся тем, что математическую модель для расчета концентрации глинозема корректируют в моменты подачи порций глинозема в электролизер, а в промежутках между подачами измеряют температуру электролита и дополнительно корректируют математическую модель по результатам измерения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что момент подачи порций глинозема в электролизер определяют по превышению значения средней скорости изменения сопротивления электролита в междуполюсном пространстве на интервале 3 - 5 мин заданного по технологии значения при отсутствии перемещения анода.
3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что ток серии усредняют и расчет концентрации глинозема производят с периодом 5 - 10 мин с учетом среднего значения тока серии на этом интервале времени.
RU96121704/02A 1996-11-06 1996-11-06 Способ управления алюминиевым электролизером RU2106435C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96121704/02A RU2106435C1 (ru) 1996-11-06 1996-11-06 Способ управления алюминиевым электролизером

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96121704/02A RU2106435C1 (ru) 1996-11-06 1996-11-06 Способ управления алюминиевым электролизером

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2106435C1 true RU2106435C1 (ru) 1998-03-10
RU96121704A RU96121704A (ru) 1998-05-20

Family

ID=20187150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96121704/02A RU2106435C1 (ru) 1996-11-06 1996-11-06 Способ управления алюминиевым электролизером

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2106435C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6126809A (en) * 1998-03-23 2000-10-03 Norsk Hydro Asa Method for controlling the feed of alumina to electrolysis cells for production of aluminum
US7135104B2 (en) 2001-02-28 2006-11-14 Aluminum Pechiney Method for regulating an electrolysis cell
US7192511B2 (en) 2001-02-28 2007-03-20 Aluminum Pechiney Method for regulating an electrolytic cell
CN108914162A (zh) * 2018-08-07 2018-11-30 北方工业大学 一种氧化铝加料量控制方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2. Электролиз алюминия, под ред. Г.В.Форсблома, М.: Металлургия, 1967, с.70. 3. Основы металлургии, под ред. И.А.Стриго и др. М.: Металлургия, 1973, т.6, с.421-423, 445-446. 4. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6126809A (en) * 1998-03-23 2000-10-03 Norsk Hydro Asa Method for controlling the feed of alumina to electrolysis cells for production of aluminum
US7135104B2 (en) 2001-02-28 2006-11-14 Aluminum Pechiney Method for regulating an electrolysis cell
US7192511B2 (en) 2001-02-28 2007-03-20 Aluminum Pechiney Method for regulating an electrolytic cell
CN108914162A (zh) * 2018-08-07 2018-11-30 北方工业大学 一种氧化铝加料量控制方法及系统
CN108914162B (zh) * 2018-08-07 2020-01-14 北方工业大学 一种氧化铝加料量控制方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20070095672A1 (en) Method of controlling aluminum reduction cell with prebaked anodes
US20050247568A1 (en) Method of controlling an aluminum cell with variable alumina dissolution rate
CN103014773A (zh) 一种均衡铝电解槽氧化铝浓度的装置及方法
RU2596560C1 (ru) Способ управления подачей глинозема в электролизер при получении алюминия
US3712857A (en) Method for controlling a reduction cell
RU2106435C1 (ru) Способ управления алюминиевым электролизером
GB1242280A (en) Improvements in method and apparatus for controlling the production of aluminium
CN118380065A (zh) 一种氟化铝添加量的计算方法、装置、设备及存储介质
US20040238374A1 (en) Electric current control method and apparatus for use in gas generators
US4654129A (en) Process for accurately maintaining a low alumina content in an electrolytic smelting cell for the production of aluminum
US6033550A (en) Process for controlling the alumina content of the bath in electrolysis cells for aluminum production
CN103954522A (zh) 一种铝电解过程电解质分子比的测量方法
CA2266279A1 (en) A method for controlling the feed of alumina to electrolysis cells for production of aluminium
RU2023058C1 (ru) Способ управления процессом электролитического получения алюминия в электролизере
US4699694A (en) Process and device for regulating the quantity of metal electrolytically deposited on a continuously travelling band
JP3423823B2 (ja) Pb自動分析計を用いて電気亜鉛中のPb品位を管理する亜鉛電解法
WO2020190271A1 (en) System and method for controlling of smelting pot line
US3850768A (en) Method of controlling the supply of al{11 o{11 {0 during the operation of a cell for electrolytic recovery of aluminum
RU2113552C1 (ru) Способ управления технологическим процессом в алюминиевом электролизере
Ershov et al. Controlling the concentration of alumina in the electrolyte during the production of aluminum
JP3262635B2 (ja) めっき液への亜鉛イオンの供給方法
RU2296188C2 (ru) Способ регулирования электролизера для получения алюминия
JPH07316896A (ja) めっき液中への金属イオンの補給方法およびその装置
JP2000273700A (ja) 表面処理液の制御方法および表面処理システム
US4437950A (en) Method of controlling aluminum electrolytic cells

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051107