RU2171864C2

RU2171864C2 - Method for controlling alumina content in bath of aluminium cell

Info

Publication number: RU2171864C2
Application number: RU97109824A
Authority: RU
Inventors: Оливье БОННАРДЕЛЬ; Пьер МАРСЕЛЛЭН
Original assignee: Алюминиюм Пешинэ
Priority date: 1996-06-17
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 2001-08-10

Abstract

FIELD: aluminum production processes and equipment. SUBSTANCE: method comprises alternation of stages of insufficient loading of alumina and stages of excess loading of alumina in comparison with mode of mean theoretically calculated flowrate of alumina in cell in dependence upon values calculated at termination of each control cycle (i) with duration T, mean resistance R(i) measured between terminals of cell, changing rate of that resistance or its gradient P(i), evolution rate of resistance gradient or curvature C(i) and extrapolated gradient PX(i)=P(i)+C(i) x T. Said values are compared respectively with standard (threshold) values Po,Co,Pxo. Alumina content in bath is sustained in rather narrow concentration range consisting (1.5-3.5)% according to respective algorithm for controlling it. EFFECT: enhanced accuracy of controlling alumina content. 22 cl, 3 dwg, 1 ex

Description

Настоящее изобретение относится к способу точного регулирования содержания расплавленного оксида алюминия в электролизерах для получения алюминия по способу Hall-Heroult с целью на только поддерживания фарадеевского выхода по току на высоком уровне, но и также уменьшения эмиссий особенно вредных и загрязняющих окружающую среду газообразных фторуглеродов вследствие аномалий в функционировании электролизеров, известных под названием анодного эффекта. The present invention relates to a method for precisely controlling the content of molten alumina in electrolytic cells for producing aluminum according to the Hall-Heroult method with the aim of not only maintaining a high Faraday current output, but also reducing emissions of particularly harmful and polluting gaseous fluorocarbons due to anomalies in the functioning of electrolyzers, known as the anode effect.

В течение последних лет постепенно автоматизируют функционирование электролизеров для получения алюминия, в первую очередь для улучшения стабильности работы, в сущности для улучшения энергетического баланса и фарадеевского выхода по току, а также в эргономической и экологической целях для ограничения участия людей в трудоемкой работе и повышения эффективности улавливания содержащих фтор эффлюентов. Over the past years, the functioning of electrolytic cells for aluminum production has been gradually automated, primarily to improve stability, in essence to improve the energy balance and Faraday current output, as well as for ergonomic and environmental purposes to limit the participation of people in labor-intensive work and increase capture efficiency containing fluorine effluents.

Одним из существенных факторов, позволяющих обеспечивать стабильность работы алектролизера для получения алюминия путем электролиза оксида алюминия, растворенного в расплавленной электролитической ванне на основе криолита, является поддерживание соответствующего содержания оксида алюминия, растворенного в этом электролите, и, следовательно, адаптация в любой момент вводимых в ванну количеств оксида алюминия к расходу оксида алюминия в электролизере. One of the essential factors for ensuring the stability of the electrolyzer for producing aluminum by electrolysis of aluminum oxide dissolved in a molten electrolytic bath based on cryolite is the maintenance of the corresponding content of aluminum oxide dissolved in this electrolyte, and, therefore, adaptation at any time introduced into the bath amounts of alumina to the consumption of alumina in the cell.

Так, избыток оксида алюминия создает опасность засорения дна ванны отложениями нерастворенного оксида алюминия, которые могут превращаться в твердые плотные слои, электроизолирующие часть катода. Это тогда благоприятствует возникновению в металле ванн очень сильны горизонтальных электрических токов, которые за счет взаимодействия с магнитными полями перемешивают слой металла и вызывают нестабильность поверхности раздела ванна-металл. Наоборот, недостаток оксида алюминия провоцирует возникновение анодного эффекта, выражающегося в снижении производительности и резком повышении напряжения на клеммах электролизера, которое может возрастать от 4 до 30 или 40 вольт, следствием этого избыточного расхода энергии, кроме того, является падение энергетического коэффициента полезного действия (КПД) электролизера, а также фарадеевского выхода по току вследствие повторного растворения алюминия в ванне и повышения температуры электролитической ванны. Thus, an excess of aluminum oxide creates a risk of clogging of the bottom of the bath with deposits of undissolved aluminum oxide, which can turn into solid dense layers that electrically insulate a part of the cathode. This then favors the emergence in the metal of the bathtubs of very strong horizontal electric currents, which, due to interaction with magnetic fields, mix the metal layer and cause instability of the bath-metal interface. On the contrary, the lack of alumina provokes the occurrence of the anode effect, which manifests itself in a decrease in productivity and a sharp increase in voltage at the terminals of the electrolyzer, which can increase from 4 to 30 or 40 volts, the result of this excess energy consumption, in addition, is a drop in the energy efficiency (Efficiency) ) the electrolyzer, as well as the Faraday current efficiency due to the re-dissolution of aluminum in the bath and the increase in temperature of the electrolytic bath.

Необходимость поддерживания содержания оксида алюминия, растворенного в электролите, в точных и относительно узких пределах, следовательно, введения оксида алюминия с наиболее возможной равномерностью, требует от специалиста разработки автоматических способов загрузки и регулирования количества оксида алюминия в электролизерах. Эта необходимость вынуждает использовать так называемые "кислые" электролитические ванны (с повышенным содержанием AlF₃), что позволяет снижать температуру функционирования электролизера на 10-15^oC (примерно 950^oC вместо обычных 965^oC) и таким образам достигать фарадеевских выходов по току по крайней мере 94%. В самом деле, тогда необходимо иметь возможность регулировать количество оксида алюминия в очень точном и очень узком диапазоне концентраций (1 - 3,5%), учитывая уменьшение степени растворимости оксида алюминия, связанное с новым составом, также, как с понижением температуры ванны.The need to maintain the content of alumina dissolved in the electrolyte within precise and relatively narrow limits, therefore, the introduction of alumina with the greatest possible uniformity, requires a specialist to develop automatic methods for loading and controlling the amount of alumina in the cells. This need forces the use of so-called "acidic" electrolytic baths (with a high content of AlF ₃ ), which makes it possible to reduce the temperature of the cell functioning by 10-15 ^o C (about 950 ^o C instead of the usual 965 ^o C) and thus achieve current Faraday outputs at least 94%. In fact, then it is necessary to be able to control the amount of alumina in a very precise and very narrow range of concentrations (1 - 3.5%), given the decrease in the solubility of alumina associated with the new composition, as well as with lowering the temperature of the bath.

Прямое определение содержания оксида алюминия в ваннах путем анализа периодически отбираемых образцов оказывается недостаточным при промышленном производстве; в большинстве известных промышленных способов прибегают к непрямой оценке содержаний оксида алюминия по электрическому параметру, характеризующему концентрацию оксида алюминия в вышеуказанном электролите. Этим параметром обычно является изменение сопротивления R на клеммах электролизера, загружаемого под напряжением U, включающем контр-электродвижущую силу "e", оцениваемую, например, как 1,65 В, и через который проходит ток I, таким образом, что R = (U-е)/I. Direct determination of the content of aluminum oxide in the baths by analyzing periodically sampled samples is insufficient in industrial production; in most well-known industrial methods resort to an indirect assessment of the content of alumina by the electrical parameter characterizing the concentration of alumina in the above electrolyte. This parameter is usually a change in the resistance R at the terminals of the electrolytic cell, loaded under voltage U, including the counter-electromotive force "e", estimated, for example, as 1.65 V, and through which current I passes, so that R = (U e) / I.

Путем эталонирования можно построить калибровочную кривую изменения R в зависимости от содержания оксида алюминия и за счет измерения R (с определенной частотой согласно хорошо известным методам) в любой момент можно знать концентрацию оксида алюминия [Al₂O₃]. Этот принцип определения предпочитают согласно патенту Франции 1457746 (патент Великобритании 1091373) для контролирования распределения оксида алюминия при использовании средства для пробивания отверстий в застывшей на поверхности ванны корке электролита.By reference, it is possible to construct a calibration curve of the change in R depending on the content of aluminum oxide and by measuring R (with a certain frequency according to well-known methods) at any time, you can know the concentration of aluminum oxide [Al ₂ O ₃ ]. This principle of determination is preferred according to French patent 1457746 (UK patent 1091373) for controlling the distribution of alumina when using means for punching holes in the electrolyte crust frozen on the surface of the bath.

Точно также, согласно патенту США 3400062, изменение сопротивления ванны определяют с помощью контрольного (pilote) анода для обнаружения недостатка оксида алюминия и тенденции к анодному эффекту и, таким образом, для воздействия на скорость введения оксида алюминия из воронки для сыпучих тел (бункера), снабженной устройством для пробивания отверстия в застывшей корке электролита. Similarly, according to US patent 3400062, the change in bath resistance is determined using a pilot (anode) to detect a lack of alumina and a tendency to anode effect, and thus to influence the rate of introduction of alumina from a funnel for bulk solids (hopper), equipped with a device for punching holes in the frozen crust of the electrolyte.

Недавно, способы точного регулирования, основанные на контролировании содержания оксида алюминия между верхним пределам и нижним пределом, стали объектом новых патентов, как патент США 4126525 и европейский патент 044974 (патент США 4654129), причем последний патент уже выдан на имя заявителя. Recently, fine control methods based on controlling the alumina content between the upper limits and the lower limit have been the subject of new patents, such as US Pat. No. 4,126,525 and European Patent No. 0,449,974 (US Pat. No. 4,654,129), the latter being already issued to the applicant.

В первом из этих патентов, соблюдаемый диапазон содержаний оксида алюминия составляет 2-8%. В течение предварительно определенного времени t1 электролизер загружают количеством оксида алюминия, которое больше его теоретически рассчитанного расхода, вплоть до достижения установленной концентрации оксида алюминия (например, 7%, следовательно, немного ниже допустимого максимума, разного 8%), затем переключают загрузку на скорость, равную теоретически рассчитанному расходу, в течение предварительно установленного времени t 2, наконец, загрузку прекращают до появления первых признаков анодного эффекта. Тогда повторяют цикл загрузки со скоростью выше теоретически рассчитанного расхода. In the first of these patents, the observed alumina content range is 2-8%. For a predetermined time t1, the electrolyzer is loaded with an amount of alumina, which is greater than its theoretically calculated flow rate, until the set concentration of alumina is reached (for example, 7%, therefore, slightly below the permissible maximum of 8%), then the load is switched to speed, equal to the theoretically calculated flow rate, during a predetermined time t 2, finally, the download is stopped until the first signs of the anode effect appear. Then the loading cycle is repeated at a speed above the theoretically calculated flow rate.

Согласно этому способу, и, в частности, согласно результатам, которые приводятся в примерах, относящихся к его осуществлению, концентрация оксида алюминия в ванне может изменяться в течение одного цикла от 3 до 8%, что остается недостаточным для регулирования содержания оксида алюминия в кислой ванне в таком низком и узком диапазоне, как 1-3 или 4%. Это реализуют в способе согласно европейскому патенту 044794 (патент США 4431491) на имя заявителя, в котором, наряду с измерением сопротивления R на клеммах электролизера прибегают к второму параметру регулирования, которым является градиент P = dR/dt, характеризующий изменение сопротивления R, вызываемое изменением по желанию режима загрузки оксида алюминия в ванну в течение определенного времени. В самом деле, одного знания сопротивления R, на клеммах электролизера недостаточно для управления с высокой точностью содержанием оксида алюминия в электролизере и, следовательно, для контролирования количества или частоты анодных эффектов, так как параметр R при постоянной температуре ванны зависит от двух переменных, с одной стороны, от содержания оксида алюминия, отображающего удельное сопротивление p ванны, и, с другой стороны, от расстояния анод-металл (РАМ). Следовательно, нужно найти другой различающий параметру который получают за счет градиента P = dR/dt и который называют градиентом сопротивления, единственный параметр, действительно характеризующий обеднение или обогащение ванны оксидом алюминия. Создавая, например, мгновенную недостаточную загрузку ванным оксидом алюминия по отношению к теоретически рассчитанному расходу, отмечают повышение удельного сопротивления ρ при понижении содержания оксида алюминия в ванне согласно известному закону эволюции, тогда как в то же самое время РАМ с намного более медленной эволюцией практически не изменяется. According to this method, and, in particular, according to the results given in the examples related to its implementation, the concentration of alumina in the bath can vary from 3 to 8% during one cycle, which remains insufficient to control the content of alumina in the acid bath in such a low and narrow range as 1-3 or 4%. This is implemented in the method according to European patent 044794 (US patent 4431491) in the name of the applicant, in which, along with measuring the resistance R at the terminals of the electrolyzer, they resort to the second regulation parameter, which is the gradient P = dR / dt, characterizing the change in resistance R caused by the change at the request of the mode of loading aluminum oxide into the bath for a certain time. In fact, one knowledge of the resistance R at the electrolyzer terminals is not enough to control with high accuracy the alumina content in the electrolyzer and, therefore, to control the amount or frequency of anode effects, since the parameter R at a constant bath temperature depends on two variables, with one on the other hand, on the alumina content reflecting the resistivity p of the bath, and, on the other hand, on the anode-metal distance (PAM). Therefore, it is necessary to find another distinguishing parameter that is obtained due to the gradient P = dR / dt and which is called the gradient of resistance, the only parameter that really characterizes the depletion or enrichment of the bath with aluminum oxide. Creating, for example, an instantaneous insufficient loading of bath aluminum oxide with respect to the theoretically calculated flow rate, an increase in resistivity ρ is noted with a decrease in the aluminum oxide content in the bath according to the known evolution law, while at the same time, the RAM with a much slower evolution practically does not change .

Также на регулировании этих двух параметров R и dR/dt основан способ согласно европейскому патенту 044794, который вкратце можно изложить следующим образом: от фазы недостаточной загрузки ванны оксидом алюминия переходят в фазу избыточной загрузки в течение предварительно определенной продолжительности T, если сопротивление R превышает верхний предел R₀ + r, где R₀ означает сопротивление заданной величины и если градиент сопротивления P выше градиента заданной величины P₀.Also, the method according to European patent 044794 is based on the regulation of these two parameters R and dR / dt, which can be summarized as follows: from the phase of insufficient loading of the bath with aluminum oxide, they go into the phase of excessive loading for a predetermined duration T, if the resistance R exceeds the upper limit R ₀ + r, where R ₀ means the resistance of a given value and if the resistance gradient P is higher than the gradient of a given value P ₀ .

Взамен, если градиент P остается ниже градиента P₀ заданной величины характеризующего достаточное содержание оксида алюминия в ванне, сохраняют режим недостаточной загрузки, однако, если необходимо, анодную рамку опускают вниз или осуществляют "сужение" для уменьшения РАМ и таким образом восстановления R в диапазоне заданной величины R_0- + r.Instead, if the gradient P remains below the gradient P _{0 of a} predetermined value characterizing the sufficient content of aluminum oxide in the bath, the underload condition is maintained, however, if necessary, the anode frame is lowered or narrowed to reduce the RAM and thus restore R in the range of quantities R _0- + r.

Наконец, от фазы избыточной загрузки продолжительностью T переходят к скорости недостаточной загрузки по истечении этой продолжительности T и, если R становится ниже нижнего предела R₀-r диапазона заданной величины, анодную рамку поднимают или осуществляют "разжатие" для увеличения РАМ и восстановления R в диапазоне заданной величины R_0- + r. Тогда начинают новый цикл.Finally, from the overload phase of duration T, they go over to the speed of underload after this duration of T and, if R falls below the lower limit of the R ₀ -r range of a given value, the anode frame is raised or “expanded” to increase PAM and restore R in the range given value R _0- + r. Then begin a new cycle.

Этот способ регулирования следовательно, позволяет поддерживать содержание оксида алюминия в ванне в узком и незначительном по величине диапазоне и таким образом достигать фарадеевских выходов по току порядка 95% при использовании кислых ванн, одновременно и в заметной степени уменьшая количество (или частоту) анодных эффектов в электролизере, которое подсчитывают в виде числа анодных эффектов на электролизер и в день (АЭ/электролизер/день) под названием "степень анодного эффекта". This control method therefore allows maintaining the alumina content in the bath in a narrow and insignificant in magnitude range, and thus achieve current Faraday yields of the order of 95% when using acid baths, while simultaneously and significantly reducing the amount (or frequency) of anode effects in the cell , which is calculated as the number of anode effects on the cell and per day (AE / cell / day) under the name "degree of anode effect".

В прежних поколениях электролизеров с боковой насечкой степень анодного эффекта выше 2, даже 3, АЭ/электролизер/день, тогда как в более нового типа электролизерах с точечной перфорацией эта степень составляет 0,2-0,5 АЭ/электролизер/день. В этой стадии сверхрасход энергии и потери фарадеевского выхода по току, связанные с анодными эффектами, являются незначительными и вплоть до последнего времени этот уровень производительности можно рассматривать как удовлетворительный. In previous generations of electrolyzers with a side notch, the degree of the anode effect is higher than 2, even 3, AE / electrolyzer / day, while in a newer type of electrolyzers with point perforation, this degree is 0.2-0.5 AE / electrolyzer / day. At this stage, the excess energy consumption and the loss of the Faraday current efficiency associated with the anode effects are insignificant and until recently, this level of performance can be considered satisfactory.

Однако недавно в связи с разработкой электролизеров очень высокой интенсивности и поиском все более высоких производительностей, особенно в отношении фарадеевского выхода по току и энергетического кпд, а также с учетом проблем загрязнения фторуглеродными соединениями (CF_x), в особенности тетрафторидом углерода CF₄, значительный потенциал которых в отношении поглощения инфракрасных излучений благоприятствует тепличному эффекту, уменьшение, даже ликвидаций, анодных эффектов, генерирующих газообразные фторуглероды, становится первоочередной задачей. В этом отношении следует напомнить, что анодный эффект представляет собой явление электролиза фторид-ионов, которое внезапно возникает тогда, когда имеет место недостаток ионов кислорода, контактирующих с анодами, вследствие дефицита оксида алюминия. Вместо образования, согласно нормальному протекании процесса, диоксида углерода и монооксида углерода в электролизере получаются газообразные фторуглероды, улавливание которых обычными способами невозможно в связи с их химической инертностью и их высокой стабильностью.Recently, however, in connection with the development of electrolyzers of very high intensity and the search for ever higher productivity, especially with respect to the Faraday current efficiency and energy efficiency, as well as taking into account the problems of contamination with fluorocarbon compounds (CF _x ), especially carbon tetrafluoride CF ₄ , significant potential which, in relation to the absorption of infrared radiation, favors the greenhouse effect, the reduction, even elimination, of the anode effects generating gaseous fluorocarbons becomes primary Independent user task. In this regard, it should be recalled that the anode effect is a phenomenon of electrolysis of fluoride ions, which suddenly occurs when there is a lack of oxygen ions in contact with the anodes due to a deficiency of aluminum oxide. Instead of the formation, according to the normal course of the process, of carbon dioxide and carbon monoxide, gaseous fluorocarbons are obtained in the electrolysis cell, the capture of which by conventional methods is impossible due to their chemical inertness and their high stability.

Разработка способа точного регулирования незначительных содержаний оксида алюминия в электролитической ванне, обеспечивающего высокий фарадеевский выход по току (≥ 95%) со степенью анодного эффекта ниже 0,05 АЭ/электролизер/день, составляет главную задачу для:
- конструкции новых заводов для электролиза, при использовании во все большем количестве электролизеров очень высокой интенсивности;
- развития существующих заводов без увеличения, даже при снижении выбросов газообразных фторуглеродов.The development of a method for precisely controlling insignificant alumina contents in an electrolytic bath, which provides a high Faraday current efficiency (≥ 95%) with an anode effect degree below 0.05 AE / electrolyzer / day, is the main task for:
- the design of new plants for electrolysis, when used in an increasing number of electrolyzers of very high intensity;
- the development of existing plants without an increase, even with a decrease in emissions of gaseous fluorocarbons.

Способ согласно изобретению позволяет решить эту проблему загрязнения за счет уменьшения степени анодного эффекта в среднем до 0,02 АЗ/электролизер/день, то есть ниже указанной степени 0,05 АЭ/электролизер/день и тем более степени 0,2-0,5 АЭ/электролизер/день уровня техники, при этом улучшают даже фарадеевский выход по току до величины выше 95%. Способ согласно изобретению включает использование основного принципа регулирования содержания оксида алюминия, уже описанного в европейском патенте 044794 (патент США 4431491), согласно которому используют два параметра регулирования - сопротивление R и градиент сопротивления P = dR/dt, которые сравнивают с заданными величинами для осуществления изменения режима загрузки оксида алюминия или сдвига анодной рамки, чтобы скорректировать расстояние анод - металл (РАМ). The method according to the invention allows to solve this pollution problem by reducing the degree of the anode effect on average to 0.02 AZ / cell / day, that is, below the specified degree of 0.05 AE / cell / day, and even more so, 0.2-0.5 AE / electrolyzer / day of the prior art, even the Faraday current efficiency is improved to a value above 95%. The method according to the invention includes the use of the basic principle of controlling the content of alumina already described in European patent 044794 (US patent 4431491), according to which two control parameters are used - resistance R and resistance gradient P = dR / dt, which are compared with predetermined values to effect a change alumina loading mode or anode frame shift to adjust the anode-metal distance (PAM).

Способ согласно изобретению, однако, отчетливо отличается от вышеописанного способа тем, что осуществляют совершенно разную последовательность операций в каждом цикле регулирования, а именно
- определение сопротивления и градиента в конце каждого цикла регулирования, а не только, когда сопротивление выходит за диапазон заданной величины;
- осуществление фазы избыточной загрузки, если содержание оксида алюминия, определяемое по градиенту сопротивления, становится очень незначительным и это каково бы ни было положение сопротивления по отношению к диапазону заданной величины;
- наконец, совершенствование методов определения сопротивления R, и особенно градиента сопротивления P, также, как использование вспомогательных параметров, которые будут пояснены далее, обеспечивающее одновременно высокую точность и большую достоверность (надежность) нового способа регулирования.The method according to the invention, however, is distinctly different from the above method in that they carry out a completely different sequence of operations in each control cycle, namely
- determination of the resistance and gradient at the end of each control cycle, and not only when the resistance is outside the range of a given value;
- the implementation of the phase of the excess load, if the content of aluminum oxide, determined by the gradient of resistance, becomes very small and this is whatever the position of the resistance in relation to the range of a given value;
- finally, the improvement of methods for determining the resistance R, and especially the gradient of the resistance P, as well as the use of auxiliary parameters, which will be explained later, which provides both high accuracy and greater reliability (reliability) of the new regulation method.

Следовательно, благодаря новой последовательности операций внутрь каждого гикла, учитывая эти различные модификации, способ согласно изобретению позволяет снизить в среднем в 10 раз степень анодного эффекта, достигаемого при использовании способов уровня техники, однако, выбираемых среди наиболее эффективных, и ожидать фарадеевских выходов по току неуклонно выше 95%. Therefore, due to the new sequence of operations inside each hicl, taking into account these various modifications, the method according to the invention allows to reduce on average 10 times the degree of the anode effect achieved using the methods of the prior art, however, chosen among the most effective, and to expect Faraday current outputs to be steadily above 95%.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу регулирования содержания оксида алюминия в ванне электролизера для получения алюминия путем электролиза оксида алюминия, растворенного в расплавленной соли на основе криолита, при котором осуществляют загрузку оксида алюминия со скоростью, изменяемой в зависимости от величины и эволюции сопротивления R электролизера, рассчитываемого из разности электрического потенциала, измеряемой на клеммах электролизера, и чередуют фазы недостаточной загрузки оксида алюминия при введении оксида алюминия с медленной скоростью CL (фаза 1) и фазы избыточной загрузки оксида алюминия при введении оксида алюминия с быстрой скоростью CR или ультрабыстрой скоростью CUR (фаза 2) по отношению к заданной (стандартной) скорости или теоретически рассчитанной скорости введения СТ, соответствующей среднему теоретически рассчитанному расходу оксида алюминия в электролизере, отличающемуся тем, что циклы регулирования продолжительностью T включают, в каждый цикл, последовательность следующих операций: А) в конце каждого цикла регулирования (i) рассчитывают среднее сопротивление R (i), скорость эволюции сопротивления или градиент сопротивления P (i), скорость эволюции градиента сопротивления или кривизну C (i) и прогнозирование величины градиента сопротивления в момент t (i+l) или экстраполированного градиента PX(i) = P (i) + C(i)xT, которая представляет собой оценку будущего градиента сопротивления P (i+l) в конце цикла регулирования (i + 1);
Б) величину R (i) сравнивают с заданной (пороговой) величиной R₀ и соответственно проводят операции сдвига анодной рамки, а именно: уменьшение расстояния анод-металл или сужение, увеличение расстояния анод - металл или разжатие;
В) загрузку оксида алюминия регулируют в зависимости от величин градиента P(i), кривизны C (i) и экстраполированного градиента PX(i), предпочтительно по отношению к пороговым стандартным значениям, таким, как P₀, C₀ и PX₀, чтобы компенсировать заранее эволюции содержания оксида алюминия.More specifically, the present invention relates to a method for controlling the content of alumina in an electrolytic cell bath for producing aluminum by electrolysis of alumina dissolved in cryolite-based molten salt, in which alumina is charged at a rate that varies depending on the magnitude and evolution of the resistance R of the cell calculated from the difference in electric potential measured at the terminals of the electrolyzer, and the phases of insufficient loading of aluminum oxide are alternated when introduced and alumina with a slow speed CL (phase 1) and phases of excessive loading of alumina with the introduction of alumina with a fast speed CR or ultrafast speed CUR (phase 2) with respect to a given (standard) speed or theoretically calculated rate of introduction of CT corresponding to the average theoretically calculated consumption of alumina in the electrolyzer, characterized in that the control cycles of duration T include, in each cycle, a sequence of the following operations: A) at the end of each control cycle (i) calculate the average resistance R (i), the rate of evolution of the resistance or resistance gradient P (i), the rate of evolution of the gradient of resistance or the curvature C (i) and predicting the magnitude of the resistance gradient at time t (i + l) or the extrapolated gradient PX ( i) = P (i) + C (i) xT, which is an estimate of the future resistance gradient P (i + l) at the end of the control cycle (i + 1);
B) the value of R (i) is compared with a predetermined (threshold) value of R ₀ and, accordingly, anode frame shift operations are performed, namely: reducing the anode-metal distance or narrowing, increasing the anode-metal distance or expansion;
B) the alumina loading is controlled depending on the values of the gradient P (i), the curvature C (i) and the extrapolated gradient PX (i), preferably with respect to threshold standard values such as P ₀ , C ₀ and PX ₀ , so that compensate in advance for the evolution of alumina content.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, регулирование содержания оксида алюминия в стадии В) проводят в следующих условиях:
если загрузка оксида алюминия происходит в фазе 1, величины P(i), C(i) и PX(i) сравнивают соответственно с пороговыми стандартными значениями P₀, C₀ и PX₀:
- если P(i) < P₀ и PX(i) < PX₀, то фаза 1 продолжается;
- если P(i) ≥ P₀ или PX(i) ≥ PX₀, то переходят в фазу 2 загрузки оксида алюминия;
- если C(i) ≥ C₀, то фазу 2 начинают с загрузки с ультра-быстрой скоростью в течение предварительно определенной или рассчитанной продолжительности, с последующей загрузкой с быстрой скоростью в течение предварительно определенной или рассчитанной продолжительности, причем расчет продолжительностей осуществляют в зависимости от величин, рассчитанных в конце цикла регулирования, определенного ранее;
- если C(i) < C₀, то загрузку оксида алюминия прямо переводят в быструю скорость в течение предварительно определенной или рассчитанной продолжительности в зависимости от величин, рассчитанных в конце ранее определенного цикла регулирования;
если загрузка оксида алюминия происходит в фазе 2, то фаза 2 обычно продолжается в течение предварительно и определенной или рассчитанной продолжительности по окончании предыдущей фазы 1.According to a preferred embodiment of the invention, the alumina content in step B) is controlled under the following conditions:
if alumina loading occurs in phase 1, the values of P (i), C (i) and PX (i) are compared with the threshold standard values P ₀ , C ₀ and PX _0, respectively:
- if P (i) <P ₀ and PX (i) <PX ₀ , then phase 1 continues;
- if P (i) ≥ P ₀ or PX (i) ≥ PX ₀ , then go to phase 2 loading of aluminum oxide;
- if C (i) ≥ C ₀ , then phase 2 begins with loading at an ultra-fast speed for a predetermined or calculated duration, followed by loading at a fast speed for a predetermined or calculated duration, and the durations are calculated depending on values calculated at the end of the regulatory cycle determined previously;
- if C (i) <C ₀ , then the loading of alumina is directly transferred to a fast speed for a predetermined or calculated duration depending on the values calculated at the end of a previously determined control cycle;
if alumina loading occurs in phase 2, then phase 2 usually continues for a predetermined and determined or calculated duration at the end of the previous phase 1.

Во время разработки нового способа согласно изобретению, заявитель на деле установил, что можно эффективно снижать степень анодного эффекта, переходя в режим загрузки с быстрой скоростью, не дожидаясь, когда сопротивление R выйдет из диапазона заданной величины согласно вышеописанному уровню техники, начиная с момента, когда градиент сопротивления P становится очень высоким, показатель содержания оксида алюминия в ванне очень низким (1-2%) и возникает очень большая опасность появления анодного эффекта. During the development of a new method according to the invention, the applicant in fact found that it is possible to effectively reduce the degree of the anode effect by switching to the loading mode at a fast speed, without waiting for the resistance R to go out of the range of the set value according to the above-described prior art starting from the moment when the resistance gradient P becomes very high, the aluminum oxide content in the bath is very low (1-2%) and there is a very great danger of the anode effect.

Из фиг. 1 на которой представлено изменение сопротивления R на клеммах электролизера в зависимости от содержания оксида алюминия в ванне для различных расстояний анод - металл, возрастающих в направлении от PAM₁ к PAM₃, видно, что, регулируя содержание оксида алюминия в ванне в пределах от 1 до 3,5%, находятся в наилучших возможных условиях, с одной стороны, для использования кислых электролитических ванн при пониженной температуре, гарантирующей отличные фарадеевские выхода по току, с другой стороны, для обнаружения меньшего изменения сопротивления, так как находятся в зоне более высокого градиента изменения R, то есть в зоне наибольшей чувствительности. Компенсация этого двойного преимущества требует способности очень быстрой и в количественном отношении значительной реакции на уровне режима загрузки ванны оксидом алюминия для предотвращения очень значительных опасностей возникновения анодного эффекта, который появляется с того момента, как только содержание оксида алюминия в ванне приближается к 1%.From FIG. 1, which shows the change in resistance R at the electrolyzer terminals depending on the content of aluminum oxide in the bath for various anode-metal distances increasing in the direction from PAM ₁ to PAM ₃ , it can be seen that by adjusting the content of aluminum oxide in the bath from 1 to 3.5% are in the best possible conditions, on the one hand, for the use of acidic electrolytic baths at low temperatures, which guarantee excellent Faraday current outputs, on the other hand, to detect a smaller change in resistance, ak are both in the zone of higher gradient change R, i.e. in the zone of greatest sensitivity. Compensation for this double advantage requires the ability to have a very quick and quantitatively significant reaction at the level of the alumina bath loading mode in order to prevent very significant dangers of the anode effect, which appears from the moment the aluminum oxide content in the bath approaches 1%.

Для решения этой проблемы, неполностью решенной в способе регулирования наиболее близкого уровня техники, в котором предусматривают только расчет величины градиента, когда сопротивление R превышает верхний порог стандарта R₀+r, оказывается необходимым осуществление не только этого расчета градиента в конце каждого цикла регулирования, но и также расчеты экстраполированного градиента, предусматриваемого для конца следующего цикла, с целью их сравнения со стандартными пороговыми величинами и если необходимо, начинать немедленно и досрочно убыстрение темпа загрузки в случае быстрого увеличения сопротивления, как это показано на графике фиг. 2.To solve this problem, which was not completely solved in the method of regulating the closest prior art, in which only the calculation of the gradient value is provided, when the resistance R exceeds the upper threshold of the standard R ₀ + r, it is necessary to carry out not only this gradient calculation at the end of each regulation cycle, but and also the calculations of the extrapolated gradient provided for the end of the next cycle, with the aim of comparing them with standard threshold values and, if necessary, start immediately and early chno speedup loading rate in the case of rapid increase in resistance, as shown in the graph of FIG. 2.

Эта новая процедура регулирования содержания оксида алюминия не исключают осуществления дополнительных мер безопасности. Так, процедуру регулирования осуществляют только тогда, когда электролизер находится в нормальных условиях функционирования (то есть, корректно регулируемое, стабильное функционирование и без операций, нарушающих эксплуатацию или регулирование, таких, как изменение (положения) анода, выливание металла, или специфические процедуры регулировки), позволяющих переходить в фазу 1. В случае, где электролизер не находится в нормальных условиях функционирования, загрузку оксида алюминия проводят с теоретически рассчитанной скоростью СТ или в фазе ожидания, до тех пор, пока электролизер не будет находиться в нормальных условиях функционирования для перехода в фазу 1. Кроме того, если фазу 1 загрузки, реализуемую в обычных рамках процедуры регулирования, продолжают сверх предварительно определенной продолжительности и если число операций разжатия в течение этой фазы 1 превышает заданный порог безопасности, обнаруживают, что ванна слишком обогащена оксидом алюминия и тогда очень сильно уменьшают или полностью прекращают загрузку оксида алюминия для освобождения ванны от избытка в ней оксида алюминия. This new alumina control procedure does not preclude the implementation of additional safety measures. So, the regulation procedure is carried out only when the electrolyzer is in normal operating conditions (that is, correctly regulated, stable operation and without operations that interfere with operation or regulation, such as changing the position of the anode, pouring metal, or specific adjustment procedures) allowing to go to phase 1. In the case where the cell is not in normal operating conditions, the loading of aluminum oxide is carried out with a theoretically calculated speed of ST or Wait until the electrolyzer is under normal operating conditions to go to phase 1. In addition, if phase 1 of the load, implemented in the usual framework of the control procedure, continues beyond a predetermined duration and if the number of decompression operations during this phase 1 exceeds a predetermined safety threshold, it is found that the bath is too enriched with alumina and then very much reduce or completely stop the loading of alumina to free the bath from excess and in it aluminum oxide.

Наоборот, если число операций сужения в течение той же самой фазы 1 превышает заданный порог безопасности, начинают фазу 2 загрузки, каковы бы ни были величины градиента сопротивления и экстраполированного градиента. Conversely, if the number of narrowing operations during the same phase 1 exceeds a predetermined safety threshold, the loading phase 2 begins, whatever the resistance gradient and extrapolated gradient are.

Наконец, если кривизна C(i) превышает заданный порог безопасности, начинают фазу 2 загрузки оксида алюминия, каковы бы ни были величины градиента сопротивления R(i) и экстраполированного градиента PX(i). Finally, if the curvature C (i) exceeds a predetermined safety threshold, phase 2 of alumina loading begins, whatever the resistance gradient R (i) and the extrapolated gradient PX (i) are.

Кроме того, на уровне определения параметров регулирования, включаемых в новый способ регулирования:
- для повышения точности вносят изменения в методы расчета известных параметров, таких, какими является R и P;
- дополнительные и новые параметры используют также для повышения достоверности.In addition, at the level of determining the regulation parameters included in the new regulation method:
- to increase accuracy, changes are made to the methods for calculating known parameters, such as R and P;
- additional and new parameters are also used to increase reliability.

Так, для расчета сопротивления R(i) в каждом конце цикла регулирования (i) продолжительностью T (продолжительность составляет от 0 секунд до 15 минут), в начале которого осуществляют возможные операции регулирования, которые изменяют уровень сопротивления, разделяют цикл регулирования (i) на "n" элементарных циклов продолжительностью "t" (от 1 секунды до 15 минут), исключают "a" первых элементарных циклов, в течение которых уровень сопротивления изменяют за счет операций регулирования анодной рамки, и рассчитывают среднюю величину R (i) для (n-a) последних элементарных циклов (где а < n). So, to calculate the resistance R (i) at each end of the control cycle (i) with a duration T (the duration is from 0 seconds to 15 minutes), at the beginning of which possible control operations are carried out that change the resistance level, divide the control cycle (i) by "n" elementary cycles of duration "t" (from 1 second to 15 minutes), exclude "a" of the first elementary cycles, during which the resistance level is changed by adjusting the anode frame, and calculate the average value of R (i) for (na ) last their elementary cycles (where a <n).

В этом случае, также в конце каждого элементарного цикла k продолжительностью t рассчитывают среднее сопротивление r(k) этого элементарного цикла. Эти величины r(k) вводят в запоминающее устройство в течение всей фазы 1 загрузки для расчета градиента R (i) сохраняя число N последних значений (причем N означает предварительно определенное число). In this case, also at the end of each elementary cycle k of duration t, the average resistance r (k) of this elementary cycle is calculated. These r (k) values are introduced into the storage device during the entire loading phase 1 for calculating the gradient R (i) keeping the number N of the last values (wherein N means a predetermined number).

На деле, градиент сопротивления R(i), экстраполированный градиент PX(i) и кривизну C(i), определяемые в конце каждого цикла регулирования (i) продолжительностью T, рассчитывают из банка данных средних величин сопротивлений r(k) элементарных циклов, заложенных в запоминающее устройство, начиная с начала фазы 1 недостаточной загрузки, ограничиваясь числом N последних значений, и любым методом расчета, при котором осуществляют нивелирование необработанных данных r(k) при исключении изменений сопротивления, связанных с операциями регулирования анодной рамки. Расчет градиента сопротивления и вспомогательных параметров можно осуществлять путем параболической регрессии в отношении сопротивлений или путем линейной регрессии в отношении изменений сопротивления, или любым другим эквивалентным методом с нелинейной регрессией в отношении сопротивлений. In fact, the resistance gradient R (i), the extrapolated gradient PX (i), and the curvature C (i), determined at the end of each control cycle (i) by the duration T, are calculated from the data bank of the average values of the resistance r (k) of the elementary cycles laid down into the storage device, starting from the beginning of phase 1 of insufficient loading, being limited by the number N of the last values, and by any calculation method in which the raw data r (k) is leveled while excluding changes in resistance associated with the regulation of the anode oh framework. The calculation of the resistance gradient and auxiliary parameters can be carried out by parabolic regression with respect to resistances or by linear regression with respect to changes in resistance, or by any other equivalent method with non-linear regression with respect to resistances.

Предпочтительно, используемый метод расчета градиента R(i) сопротивления состоит в линейной регрессии в отношении измерений сопротивления или мгновенных градиентов dr(k) = r(k)-r(k-1), причем расчет проводят в конце каждого элементарного цикла "k" продолжительностью "t" и после исключения элементарных циклов, в течение которых проводят операции регулирования анодной рамки. Эта линейная регрессия в отношении мгновенных градиентов dr(k) эквивалент параболической регрессии в отношении сопротивлений r(k) после исключения изменений сопротивления вследствие операций регулирования анодной рамки. Preferably, the method used to calculate the gradient R (i) of resistance is a linear regression with respect to measurements of resistance or instantaneous gradients dr (k) = r (k) -r (k-1), and the calculation is carried out at the end of each elementary cycle "k" the duration of "t" and after the exclusion of elementary cycles during which the operation of regulation of the anode frame. This linear regression with respect to instantaneous gradients dr (k) is the equivalent of a parabolic regression with respect to resistances r (k) after excluding changes in resistance due to the adjustment operations of the anode frame.

В самом деле, следует напомнить, что сопротивление эволюционирует по кривой, а не по прямой. Однако, градиент согласно европейскому патенту 044794 рассчитывают, осуществляя непосредственно линейную регрессию в отношении величин сопротивления, измеряемых в регулярные интервалы. Как следует из графика на фиг. 3, это обязательно приводит к преуменьшению истинного значения градиента. Более того, эта погрешность в оценке за счет дефекта становится тем более значительной, чем более искривленной является кривая эволюции R, то есть сопротивление быстро возрастает. Так, согласно европейскому патенту 044794, когда сопротивление превышает верхний порог стандарта R₀ + r диапазона регулирования это изменение может просто приводить к необходимости операции сужения анодной рамки и к продлению загрузки с медленной скоростью, тогда как истинное значение градиента R₀ в самом деле выше стандартного значения Ro и тогда очень близок анодный эффект.In fact, it should be recalled that resistance evolves in a curve, and not in a straight line. However, the gradient according to European Patent 044794 is calculated by directly linearly regressing the resistance values measured at regular intervals. As follows from the graph in FIG. 3, this necessarily leads to an underestimation of the true value of the gradient. Moreover, this error in the estimate due to the defect becomes all the more significant, the more curved is the evolution curve R, that is, the resistance increases rapidly. So, according to European patent 044794, when the resistance exceeds the upper threshold of the standard R ₀ + r of the regulation range, this change can simply lead to the need for narrowing the anode frame and to prolong loading at a slow speed, while the true value of the gradient R ₀ is actually higher than the standard Ro values and then the anode effect is very close.

Новый метод расчета градиента, используемый при осуществлении настоящего изобретения, базируется на принципе параболической регрессии, который позволяет намного лучше приблизиться к реальной кривой повышения сопротивления, чем классическая линейная регрессия, как это показано на диаграмме, представленной на фиг. 3. Если по соображениям сложности и возможности расчета, выходящего за рамки изобретения, заявитель не использует точно этот тип регрессии для расчета градиента, тем не менее он применяет родственный параболической регрессии метод, состоящий в расчете прямой линейной регрессии в отношении мгновенных градиентов, и величину градиента сопротивления P(i) находят по ординате в момент t(i) прямой линейной регрессии в отношении мгновенных градиентов. The new gradient calculation method used in the practice of the present invention is based on the principle of parabolic regression, which allows a much better approximation to the real curve of resistance increase than the classical linear regression, as shown in the diagram shown in FIG. 3. If, for reasons of complexity and the possibility of calculating beyond the scope of the invention, the applicant does not use exactly this type of regression for calculating the gradient, nevertheless he applies the method related to parabolic regression, which consists in calculating direct linear regression for instantaneous gradients, and the magnitude of the gradient resistances P (i) are found in the ordinate at time t (i) of the direct linear regression with respect to instantaneous gradients.

Эта новая процедура расчета градиента, кроме того, дает дополнительные и новые сведения, которые используют в качестве вспомогательных параметров регулирования с целью оптимизации регулирования содержания оксида алюминия. This new gradient calculation procedure, in addition, provides additional and new information that is used as auxiliary control parameters in order to optimize the control of alumina content.

Известность прямой линейной регрессии в отношении мгновенных градиентов позволяет предвидеть величину градиента сопротивления для цикла (i+1) или экстраполированного градиента PX(i), которую находят по ординате экстраполированной прямой регрессии в момент t(i + 1) = t(i) + T. Эта величина экстраполированного градиента PX(i) используется для обнаружения досрочно быстрого увеличения сопротивления и принятия решения перехода в фазу загрузки с "быстрой'' скоростью CR, когда этот экстраполированный градиент PX(i) становится выше стандартного экстраполированного градиента PX такого рода, что PX(i) ≥ PХ₀≥ P₀.The popularity of direct linear regression with respect to instantaneous gradients allows us to predict the magnitude of the resistance gradient for the cycle (i + 1) or the extrapolated gradient PX (i), which is found by the ordinate of the extrapolated direct regression at the time t (i + 1) = t (i) + T This value of the extrapolated gradient PX (i) is used to detect an early rapid increase in resistance and to decide on the transition to the loading phase with a “fast” CR speed when this extrapolated gradient PX (i) becomes higher than the standard extrapolar a continuous gradient PX such that PX (i) ≥ PX ₀ ≥ P ₀ .

Также очень предпочтительным является использование другого вспомогательного параметра, которым является кривизна C(i), то есть скорость эволюции градиента сопротивления P(i), определяемого по наклону прямой линейной регрессии в отношении мгновенных градиентов для того, чтобы начинать и изменять избыточную загрузку, также согласно принципу, заключающемуся в том, что повышенная кривизна свидетельствует о резком повышении сопротивления. Так, превышение порогового значения C₀ требует режима загрузки с так называемой ультрабыстрой скоростью "CUR". Для более незначительной кривизны, чем C₀, режим загрузки с быстрой скоростью CR, управляемый параметрами P(i), и PX(i), считается достаточным для уменьшения R(i) и избежания анодного эффекта.It is also very preferable to use another auxiliary parameter, which is the curvature C (i), that is, the evolution rate of the resistance gradient P (i), determined by the slope of the linear linear regression with respect to instantaneous gradients in order to start and change the overload, also according to the principle that increased curvature indicates a sharp increase in resistance. So, exceeding the threshold value C ₀ requires a boot mode with the so-called ultra-fast speed "CUR". For a slightly lesser curvature than C ₀ , a fast CR loading mode controlled by the parameters P (i) and PX (i) is considered sufficient to reduce R (i) and avoid the anode effect.

Следует заметить, что пороговые стандартные величины P₀, PX₀ и C₀ могут принимать различные предварительно определенные или рассчитанные значения в зависимости от условий функционирования электролизера (например, кислотность ванны, температура, сопротивление).It should be noted that the threshold standard values P ₀ , PX ₀ and C ₀ can take various predefined or calculated values depending on the operating conditions of the electrolyzer (for example, bath acidity, temperature, resistance).

Для сведения, для электролизера на 40000 А (400 кА), величина стандартного градиента P₀ составляет 10-150 пОм/с, таковая стандартного экстраполированного градиента PХ₀ составляет 10-20 пОм/с, а таковая стандартной кривизны C₀ составляет 0,010 - 0,200 пОм/с².For information, for an electrolytic cell at 40,000 A (400 kA), the standard gradient P ₀ is 10-150 pOhm / s, that of the standard extrapolated gradient PX ₀ is 10-20 pOhm / s, and that of the standard curvature C ₀ is 0,010 - 0,200 pOM / s ² .

Все эти характеристики функционирования, пригодные для электролизера интенсивностью 400 кА, легко могут быть применены к электролизерам меньшей интенсивности, тем, что вышеуказанные величины сопротивления R, градиента P и кривизны C могут быть определены в виде относительного значения по отношению к интенсивности I' < I, т.е. силе тока, проходящего через эти катализаторы, таким образом, что:
R' = R • 400/I'
P' = P • 400/I'
C' = C • 400/I'.All these operating characteristics suitable for a 400 kA electrolytic cell can easily be applied to electrolytic cells of lower intensity, in that the above values of resistance R, gradient P and curvature C can be determined as a relative value with respect to intensity I '<I, those. the current flowing through these catalysts, so that:
R '= R • 400 / I'
P '= P • 400 / I'
C '= C • 400 / I'.

Изобретение подробнее поясняется, исходя из нижеприводимого подробного описания его осуществления. The invention is explained in more detail based on the following detailed description of its implementation.

Пример осуществления
Способ согласно изобретению осуществляют в течение нескольких месяцев при использовании прототипов электролизера с прошедшими предварительную тепловую обработку анодами, загружаемых, при силе тока 400000 А в следующих условиях:
Оксид алюминия прямо вводят в расплавленную электролитическую ванну в виде последовательных порций постоянной массы через несколько отверстий для введения поддерживаемых постоянно открытыми за счет разбивки корки. Для этой цели предпочтительно используют устройство для точечной загрузки оксида алюминия в электролизеры, такое, как описанное в европейском патенте 044794 (= патент США 4431491) или еще в патенте Франции 2527647 (= патент США 4437964) на имя заявителя.Implementation example
The method according to the invention is carried out for several months using prototypes of an electrolytic cell having undergone preliminary heat treatment of anodes loaded at a current strength of 400,000 A under the following conditions:
Alumina is directly introduced into the molten electrolytic bath in the form of successive portions of constant mass through several openings for the introduction of supported constantly open by breaking crust. For this purpose, it is preferable to use a device for point loading of alumina into electrolysis cells, such as described in European patent 044794 (= US patent 4431491) or else in French patent 2527647 (= US patent 4437964) in the name of the applicant.

Расчет сопротивления R осуществляют каждые десять секунд, исходя из измерений силы тока I и напряжения U на клеммах электролизера, по классическому соотношению: R (Ом) = U (В)- 1,65/ 1 (А). Calculation of resistance R is carried out every ten seconds, based on measurements of current I and voltage U at the terminals of the cell, according to the classical ratio: R (Ohm) = U (V) - 1.65 / 1 (A).

Счетно-решающее устройство с интегрирующим элементом позволяет определять средние значения сопротивлений r (k) каждые 10 секунд или мгновенных сопротивлений r (k) внутри цикла регулированы (i) продолжительностью T = 3 минуты и после исключения, если необходимо, первых значений цикла регулирования, соответствующих периоду операций регулирования анодной рамки, которые изменяют уровень сопротивления; рассчитывают среднее сопротивление R (k) цикла и средние градиенты dr(k) = r(k) - r(k-1) для остальной продолжительности цикла, затем путем линейной регрессии в отношении значений dr (k), введенных в запоминающее устройство, начиная с начала фазы 1, в пределах N 360 последних значений, определяют градиент P, экстраполированный градиент PX и кривизну C =dP/dP. A calculating and solving device with an integrating element allows one to determine the average values of the resistances r (k) every 10 seconds or the instantaneous resistances r (k) inside the cycle are regulated (i) with a duration of T = 3 minutes and after the exception, if necessary, of the first values of the control cycle corresponding to the period of operations of regulation of the anode frame, which change the level of resistance; calculate the average resistance R (k) of the cycle and the average gradients dr (k) = r (k) - r (k-1) for the remaining duration of the cycle, then by linear regression with respect to the values of dr (k) entered into the storage device, starting from the beginning of phase 1, within N 360 of the last values, the gradient P, the extrapolated gradient PX, and the curvature C = dP / dP are determined.

Затем следствием сравнения таким образом рассчитанных величин P, PX и C с соответствующими стандартными (заданными) значениями является через посредство цепи контролируемого управления проведение соответствующих операций по дозированию - распределению оксида алюминия. Эти стандартные (заданные) величины в настоящем случае представляют собой следующие: P₀ = 66 пОм/с; PX₀ = 110 пОм/с; C₀ = 0,065 пОм/с².Then, as a result of comparing the calculated values of P, PX, and C with the corresponding standard (set) values, the corresponding dosing operations, i.e., the distribution of aluminum oxide, are carried out through a controlled control circuit. These standard (set) values in the present case are as follows: P ₀ = 66 pOhm / s; PX ₀ = 110 pOhm / s; C ₀ = 0.065 pOhm / s ² .

Средний расход в час оксида алюминия для электролизера на 400000 А составляет величину порядка 230 кг оксида алюминия в час, что соответствует стандартной скорости или теоретически рассчитанной скорости загрузки CT. По отношению к этой стандартной скорости, например, определяют:
C-L (медленная скорость) = СТ - 25%, или 173 кг оксида алюминия в час; используемая в первой фазе загрузки 1.The average consumption per hour of aluminum oxide for an electrolytic cell at 400,000 A is about 230 kg of aluminum oxide per hour, which corresponds to a standard speed or theoretically calculated CT loading speed. In relation to this standard speed, for example, determine:
CL (slow speed) = ST - 25%, or 173 kg of aluminum oxide per hour; used in the first phase of loading 1.

CR (быстрая скорость) = СТ + 25%, или 288 кг оксида алюминия в час;
CUR (ультрабыстрая скорость) = 4 СТ, или 920 кг оксида алюминия в час, причем скорости CR и CUR используют в фазе загрузки 2.CR (fast speed) = CT + 25%, or 288 kg of aluminum oxide per hour;
CUR (ultrafast speed) = 4 CT, or 920 kg of alumina per hour, with CR and CUR speeds used in loading phase 2.

В случае функционирующего в нормальных условиях электролизера и загрузки в фазе 1 типичная последовательность регулирования содержания оксида алюминия следующая:
а) В конце цикла (i) продолжительностью 3 минуты находят:
R (i) = 5.924) μОм; PX(i) = 31 пОм/с;
P (i) = 26 пОм/с; C(i) = 0,028 пОм/с²
Фазу 1 загрузки продолжают.In the case of a cell operating under normal conditions and loading in phase 1, a typical alumina content control sequence is as follows:
a) At the end of cycle (i) for a duration of 3 minutes, find:
R (i) = 5.924) μOhm; PX (i) = 31 pOhm / s;
P (i) = 26 pOhm / s; C (i) = 0.028 pOhm / s ²
Phase 1 download continues.

б) В конце цикла (i + 1), если величины P(i + 1) и PX(i + 1) остаются ниже стандартных пороговых величин P₀ = 65 пОм./с и PX₀ = 110 пОм/с, продолжают фазу 1 загрузки.b) At the end of the cycle (i + 1), if the values of P (i + 1) and PX (i + 1) remain below the standard threshold values P ₀ = 65 pOhm / s and PX ₀ = 110 pOhm / s, continue the phase 1 download.

в) В конце цикла (i + 2) находят:
R (i + 2) = 5,936 μОм; PX(i + 2) = 75 пОм/с;
P (i + 2) = 71 пОм/с; C(i + 2) = 0.022 пОм/с;
согласно чему начинают переход в фазу 2 загрузки с быстрой скоростью CR в течение продолжительности 12 минут (продолжительность, рассчитанная пропорционально градиенту в конце рассматриваемого цикла, по экспериментально найденному соотношению: продолжительность в минутах = 0,083 • P(i) + 6 (округленно в сторону увеличения до минуты); или в настоящем случае: 0,083 • 71 - 6 = примерно 12 минут).c) At the end of the cycle (i + 2) find:
R (i + 2) = 5.936 μΩ; PX (i + 2) = 75 pOhm / s;
P (i + 2) = 71 pOhm / s; C (i + 2) = 0.022 pOhm / s;
according to which, the transition to phase 2 of loading is started with a fast CR speed for a duration of 12 minutes (the duration calculated proportionally to the gradient at the end of the cycle under consideration, from the experimentally found ratio: duration in minutes = 0.083 • P (i) + 6 (rounded up up to a minute); or in the present case: 0.083 • 71 - 6 = about 12 minutes).

г) фазу 2 загрузки продолжают вплоть до начала цикла (i + 7), где снова переходят в фазу 1 загрузки. d) loading phase 2 continues until the start of the cycle (i + 7), where they again go into loading phase 1.

д) В конце цикла (i + 7) находят:
R (i+7) = 5,898 μОм; PX(i+7) = 10 пОм/с;
P (i + 7) = 7 пОм/с; C(i+7) = 0,017 пОм/с².d) At the end of the cycle (i + 7) find:
R (i + 7) = 5.898 μΩ; PX (i + 7) = 10 pOhm / s;
P (i + 7) = 7 pOhm / s; C (i + 7) = 0.017 pOhm / s ² .

продолжают фазу 1 загрузки. continue phase 1 of the download.

е) В конце циклов (i+8) и (i+9) величины градиентов P (i+8) и P (i+9) и экстраполированных градиентов PX (i+8) и PX (i+9) остаются ниже их стандартного порогового значения, соответствующего P₀ и PX₀, и фазу 1 загрузки продолжают.f) At the end of cycles (i + 8) and (i + 9), the values of the gradients P (i + 8) and P (i + 9) and the extrapolated gradients PX (i + 8) and PX (i + 9) remain below them the standard threshold value corresponding to P ₀ and PX ₀ , and phase 1 download continue.

ж) В конце цикла (i+10) находят:
R (i+10) = 5.917 μ Ом; PX(i + 10) = 120 пОм/с;
P (i+10) = 108 пОм/с; C(i+10) = 0.067 пОм/с²;
фазу 2 загрузки начинают с самого начала загрузки с ультрабыстрой скоростью в течение предварительно определенной продолжительности 2 минуты (продолжительность загрузки с CL/R обычно составляет 1-5 минут для обеспечения быстрой загрузки ванны оксиду алюминия, однако, без риска насыщения впоследствии засорения электролизера).g) At the end of the cycle (i + 10) find:
R (i + 10) = 5.917 μΩ; PX (i + 10) = 120 pOhm / s;
P (i + 10) = 108 pOhm / s; C (i + 10) = 0.067 pOhm / s ² ;
loading phase 2 starts from the very beginning of loading at an ultrafast speed for a predetermined duration of 2 minutes (loading time from CL / R is usually 1-5 minutes to ensure quick loading of the bath to alumina, however, without the risk of saturation subsequently clogging the cell).

Спустя 2 минуты фазу 2 загрузки переключают на быструю скорость в течение рассчитанной продолжительности 15 минут (0,083 • P(i + 10) + 6 [округленно в сторону увеличения до минуты]). After 2 minutes, download phase 2 is switched to fast speed for a calculated duration of 15 minutes (0,083 • P (i + 10) + 6 [rounded up to one minute]).

з) По истечении (2 + 15) = 17 минут, то есть в течение цикла (i + 16), снова переходят в фазу 1 загрузки. h) After (2 + 15) = 17 minutes, that is, during the cycle (i + 16), they again go into phase 1 of the download.

и) В конце цикла (i + 16) значения P (i + 16) и PX(i + 16) остаются ниже стандартных пороговых величин P₀ и PX₀, фазу 1 загрузки продолжают и регулирование содержания оксида алюминия в электролитической ванне обычно осуществляют в вышеустановленном порядке.i) At the end of the cycle (i + 16), the values of P (i + 16) and PX (i + 16) remain below the standard threshold values P ₀ and PX ₀ , the loading phase 1 is continued and the alumina content in the electrolytic bath is usually regulated in above established order.

При осуществлении таким образом более подробно описанного способа, спустя более 6 месяцев проведения, в опытных электролизерах на 400000 А, используя электролитическую ванну на основе криолита, содержащую 12%-ный избыток AlF₃, следовательно, явно кислого характера, при температуре 950^oC, содержание оксида алюминия "а" постоянно регулируют в пределах от 1,5% до 3,5% с центральным значением 2,1%.When implementing in this way the method described in more detail, after more than 6 months, in experimental electrolyzers at 400,000 A using an electrolytic bath based on cryolite containing 12% excess AlF ₃ , therefore, clearly acidic in nature, at a temperature of 950 ^o C, the content of alumina "a" is constantly regulated in the range from 1.5% to 3.5% with a central value of 2.1%.

Параллельно, средний фарадеевский выход по току составляет 95,6% и степень анодного эффекта составляет 0,018 АЭ/электролизер/день. In parallel, the average Faraday current efficiency is 95.6% and the degree of the anode effect is 0.018 AE / cell / day.

Claims

1. A method of controlling the content of alumina in the bath of an electrolyzer to produce aluminum by electrolysis of alumina dissolved in molten salt based on cryolite, comprising loading alumina with cycles of duration T at a speed that varies depending on the resistance value R of the electrolyzer and its rate of change P, calculated by the difference in electric potential, measured at the terminals of the electrolyzer, the alternation of the phase of insufficient loading of aluminum oxide with the introduction of aluminum oxide slow speed and phases of excessive loading of alumina when introducing alumina at a fast speed or ultra-fast speed relative to a given speed or theoretically calculated speed corresponding to the average theoretically calculated consumption of alumina in the electrolyzer, characterized in that at the end of each control cycle ( i) calculate the average value of the resistance R (i), the gradient of resistance P (i), the rate of change of the gradient of resistance C (i), predict the magnitude of the gradient of resistance P at time t (i + 1) to obtain an extrapolated gradient PX (i) = P (i) + C (i) x T, which is an estimate of the resistance gradient P (i + 1) at the end of the next control cycle ( i + 1), the value of R (i) is compared with a predetermined value of R _o and, depending on the comparison result, the anode block is moved to reduce the anode-metal distance or increase the anode-metal distance, the loading of aluminum oxide is regulated depending on the gradient values P (i ), the rate of change of C (i), the resistance gradient, and the extrapolated gradient PX ( i) to compensate in advance for changes in the alumina content in the electrolytic cell bath.

2. The control method according to claim 1, characterized in that when controlling the load of aluminum, depending on the values of P (i), C (i) and PX (i), they are compared with standard threshold values of P _o , C _o and P _{o o,} respectively .

3. The control method according to claim 1, characterized in that the loading of aluminum oxide, depending on the values of P (i), C (i) and PX (i), is controlled under the following conditions: if the loading of aluminum oxide is carried out in the phase of insufficient loading with slow speed, the values of P (i), C (i) and PX (i) are compared respectively with threshold standard values of P _o , C _o and P x _o and if P (i) <P _o and PX (i) <P _o , then continue loading at a slow speed, if P (i) ≥ P _o or PX (i) ≥ P x _o , then go into the phase of excessive loading of aluminum oxide in this case, if C (i) ≥ C _o , then the phase is excessive downloads begin with loading at an ultrafast speed for a predetermined or calculated duration, followed by loading at a fast speed for a predetermined or calculated duration, and the durations are calculated depending on the values calculated at the end of the previous control cycle if C (i) < C _o, the alumina loading is directly transferred to the fast speed for a predetermined or calculated Duration depending on the values calculated at the end of the previous control cycle, in this case, if the aluminum oxide produced in excessive loading boot phase, then it is performed for a predetermined or calculated at the end of the duration of the preceding phase underutilization.

4. The regulation method according to claim 1, characterized in that the regulation is carried out only when the cell is in normal operating conditions, i.e. correctly regulated, stable functioning and in the absence of operations that violate its operation or regulation, such as replacing the anode, pouring metal, and regulation begins with a phase of insufficient loading of aluminum oxide.

5. The control method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at the end of the phase of excessive loading of aluminum oxide, the electrolyzer is again transferred to the phase of insufficient loading, if the electrolyzer is functioning under normal conditions.

6. The control method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that at the end of the overcharge phase, the alumina is charged at a theoretically calculated speed under normal operating conditions, then it is again transferred to the underload phase as soon as the electrolyzer starts functioning again in normal conditions.

7. The control method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that if the duration of the phase with insufficient loading exceeds a predetermined duration and if the number of lifts of the anode block during this phase exceeds a predetermined safety threshold, it is noted that the bath is too rich in oxide aluminum, and then significantly reduce or completely stop the loading of aluminum oxide to free the bath from an excess of aluminum oxide in it.

8. The control method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that if the number of lowerings of the anode block during the underload phase exceeds a predetermined safety threshold, then the phase of excessive loading of alumina begins at any values of the resistance gradient and extrapolated resistance gradient.

9. The control method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that if the value of C (i) exceeds a predetermined safety threshold, then the phase of excessive loading of alumina begins at any values of the resistance gradient and extrapolated resistance gradient.

10. The control method according to claim 1, characterized in that each cycle (i) of regulation with a duration of T is set equal to from 10 s to 15 minutes and it is divided into n elementary cycles k of duration t from 1 s to 15 minutes.

11. The regulation method according to claim 1 or 10, characterized in that the resistance R (i), calculated at the end of each regulation cycle of duration T, is determined as the average resistance value (na) of the last elementary cycles k of the entire regulation cycle with the exception of the first elementary cycles k from the entire control cycle, during which the regulation is carried out by moving the anode block, as a result of which the resistance value R.

12. The control method according to claim 10 or 11, characterized in that at the end of each elementary cycle k of duration t, the average resistance r (k) of the elementary cycle is calculated and the values r (k) successive in time are input into the storage device.

13. The method according to p. 12, characterized in that the last few values of r (k) are introduced into the storage device during the underload phase.

14. The control method according to item 12 or 13, characterized in that the resistance gradient P (i), the extrapolated gradient PX (i) and the rate of change of the gradient C (i), determined at the end of each regulation cycle (t) of duration T, are calculated according to the values of the average values of resistance r (k) of elementary cycles located in the data bank of the storage device, while for the calculations, the values of r (k) obtained in the absence of movement of the anode block are used.

15. The control method according to claim 1 or 14, characterized in that the calculation of the values of P (i), PX (i) and C (i) is carried out by the method of parabolic regression in relation to resistances or by linear regression in relation to changes in resistance or any other equivalent method with nonlinear regression in relation to resistances.

16. The control method according to claim 1, 14 or 15, characterized in that when calculating the values of P (i), PX (i) and C (i), the linear regression method is used with respect to instantaneous gradients
dr (k) = r (k) - r (k-1)
for the values of the average resistances of the elementary cycle k obtained in the absence of displacements of the anode block.

17. The control method according to claim 1 or 16, characterized in that the value of the resistance gradient P (i) is determined at time t (i) by a direct linear regression dependence with respect to instantaneous gradients.

18. The control method according to claim 1 or 16, characterized in that the predicted resistance gradient values for the cycle (i + 1) for the extrapolated gradient PX (i) are determined by the direct regression dependence extrapolated at the time
t (i + 1) = t (i) + T.

19. The control method according to claim 1 or 16, characterized in that the value of C (i) is determined by the slope of the linear linear regression dependence with respect to instantaneous gradients.

20. The control method according to claim 2 or 3, characterized in that the value of the threshold standard values P _about , P _about and With _about set different depending on the operating conditions of the cell.

21. The control method according to claim 2 or 3, characterized in that for a 400 kA electrolytic cell, the standard gradient P _{o is} set between 10 and 150 pOhm / s, the extrapolated standard gradient P _{o is} set between 10 and 200 pOhm / s and the standard rate of change the resistance gradient C _{o is} set between 0.010 and 0.200 pOhm / s ² .

22. The control method according to claims 1-3 or 21, characterized in that the resistance R, the gradient of resistance P, the extrapolated gradient of PX and the speed C of the change in the gradient of resistance, calculated for an electrolytic cell with a current strength of J = 400 kA, are recounted for electrolytic cells with more weak or stronger current J 'according to the following mathematical relationships:
R '= R • 400 / J'; PX '= PX • 400 / J';
P '= P • 400 / J'; C = C • 400 / J ',
where R ', P', PX ', C' - respectively, the resistance, the gradient of resistance, extrapolated gradient and the rate of change of the gradient of resistance for the cell with current strength J '.