SU1654381A1 - Способ управлени серией алюминиевых электролизеров - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к цветной металлургии, в частности к способам автоматического управлени  алюминиевыми электролизерами. Цель ичо - ГОШ 1 J ; И нос гн, Cr TOO , , n . 1ЯЮТ HIITC pti ) редном обсчбгт)-и ( «опта или ina погт , j i пр жени . Этот ЮЩНЙ ОН иЧ Т Ч lTT4v I тполите. cp.ib U v м HiiUHUMII 4i 14C}IH i Iii1 nGp, Ti Г , ( cjieu ицим npj и 114: ч меньше минигпц п г л и i жают иепччен 1 п ГТ|1 rj ЦЯНН И ПГРЦИЮ lj li -I repHcii i ijiidi м ь с обрс )СТК НС 1ф II Hi тч Зал НЯХОДИТ1- г н гг и iir ПрОИЗГОДЯТ ПО рртп, рарл.П р пови чает rr j обор/м ьани  ii i ,- - удельнпи расход лг 0,4% и трудозатрат 1, ri и

Description

Изобретение относитс  к производству алюмини  электролитическим методом и может быть использовано при автоматизации алюминиевых электролизеров , преимущественно загружаемых глиноземом с помощью самоходных передвижных устройств.

Цель изобретени  - повышение производительности .

На фиг.1-6 представлены графики изменени  параметров процесса электролиза .

Сущность способа заключаетс  в следующем.

По ч-меренным определ етс  прине J/JH j i электролизера:

D - По

U

Т

I

I П

где U, 1 - напр ге ц

тнзорс с п i TQ, Ка - номин i и :r)ij соогпет-гтги i рии и обл nti Значени  Unp ч тг живанию р фильтпацч|. п р, также скорость итмш-мм

т Т

7

Д

ванных значений U Пр во времени dUnp /dt и интервал времени {;, который проходит с момента очередной обработки электролизера до момента, когда падение U Пр смен етс  его ростом и dUnn/dt мен ет знак минус на плюс.

Перед регламентным временем обработки электролизера величину интер- вала Ј сравнивают с заранее заданными граничными значени ми с, /уин и макс и к°РРектнРУют очередную обработку электролизера по следующим правилам: при с/ ь ммн загРУжают уве- личенную по сравнению с регламентной порцию глинозема, при с С aKc обработку не производ т, а при с ддИН - I ллакс обработку производ т по регламенту.

Способ основан на следующем: известно , что зависимость сопротивлени  электролизера R и его приведенного напр жени  UПр от С имеет вид, показанный па фиг.1.

При использовании передвижных механизмов питани  в электролизер практически мгновенно загружаетс  порци  глинозема, котора  в дальнейшем расходуетс  в течение периода Т, опре- деленного регламентом обработки элек тролизеров. Концентраци  С г цикличеMU fcC

ски измен етс  от значени  С , достигаемого сразу после очередной обработки электролизера и растворени загруженного линозема, до , имеющего место непосредственно перед следующей обработкой.

Поскольку при каждой обработке, если не прин ты специальные меры, загружаютс  одинаковые порции глинозема , а потребление глинозема в процессе электролиза зависит от многих факторов (состав электролита, состо ние поверхности анода, уровни ме- талла и электролита и тсп.), значени  и могут мен тьс  со временем. При этом возможны ситуации когда концентрационный режим близок к технологически оптимальному (облас 1-2 на фиг.1), когда значени  Сг понижены (область 3-4) или повышены (область 5-6).

Как показано на фиг.2, характер изменени  U пр за период Т различен дл  каждой из этих ситуаций. В соответствии с характеристикой Unp(Cr), в первом случае (соответствующем области 1-2 на фиг.1) после непродолжительного падени  от U . до U ......

лл и и

(интервал (.Q на фиг. 2) напр жение растет до U . Во втором случае (соответствующем области 3-4 на фиг.1) после растворени  загруженного глинозема (интервал 0, на фиг.2) напр i i

жение монотонно растет до U,. В третьем случае, когда электролизер ра- ботает в области 5-6 (фиг.1),напр жение монотонно падает до U весь период Т (фиг.2).

Таким образом, текущий концентрационный реким электролизера к моменту , когда по регламенту должна бы выполнена очередна  его обработка,может быть оценен по характеру изменени  U Пр за период между двум  обработками .

Эта оценка сводитс  к классификации концентрационных режимов на три класса: первый класс - низка  концентраци  глинозема ; второй класс - нормальный концентрационный режим ; третий класс - высока  концентраци  глинозема.

Сравнение кривых ирр(с), приведенных на фиг.2, показывает, что в качестве критери  дл  такой классификаци может быть прин т интервал времени о от очередной обработки электролизера до момента начала роста U., когда скорость его изменени  во времени dn/dc из отрицательной становитс  положительной. Тогда правила классификации и управлени  питанием свод тс  к следующему: если Ьдилн концентрационный режим относитс  к первому классу и при очередной обработке загружают повышенную дозу глинозема (провод т усиленную обработку ) j если ЈМИц бЈ Ј ЈvaKC , концентрационный регош относ т к второму классу и провод т регламентную обработку;

если v /мак-г концентрационный ржим относ т к третьему классу, и пропускают очередную обработку.

Граничные значени  ЈМИц и подбирают экспериментально по следующим правилам: значение СМЙ„ выбираетс  столь мальм, чтобы его дальнейшее уменьшение вызывало выпадение глиноземистых осадков.

Полученные зависимости между концентрационным режимом и величиной интервала и подтверждены экспериментальными исследовани ми, проведенными на двух сери х электролизе

ров с самообгшгающимис  анодами и верхним .токоподводом (на силу тока 156 кЛ).

По прин тому регламенту обработка этих электролизеров осуществл етс  с помопы неавтоматизированных передвижных устройств с периодом Т 240 мин. Зафиксированы кривые изменени  U во времени между последовательными обработками электролизеров, соответствующие всем трем классам концентрационных режимов: первому классу (фиг.З) - когда концентраци 

мен етс  от С

мокс

3,5% до «

0,8-1,2% и имеют место анодные эффекты , при этом L, остаетс  меньше 60 мин, что составл ет 0,25 Т; второму классу(фиг.4) - когда концентраци  мен етс  от 4-4,5% до Ср 1,5-2,5%, что близко к технологически оптимальному диапазону, при этом Ј 100-150 мин,что составл ет примерно (0,40-0,60) Т; третьему классу (Лиг.5) - когда концентраци  мен етс  от

смин з,5-4,5

5,5-6,5% до при этом наблюдаетс  ныпадение глиноземистых осадков, Ј превышает 170 мин или 0,7 Т, а в р де случаев (Лиг.5) до самого конца периода Т величина остаетс  отрицательной.

Во всех случа х значени  С С 36 мин соответствуют концентрационным режимам первого класса (низкое содержание глинозема, частые анодные эффекты ), значени  36 мин мин - режимам второго класса (номинальный .диапазон Ср) и о 180 мин - режимам третьего класса (высокие Сг, выпадание осадков).

Таким образом, экспериментальные исследовани  подтверждают, что по величине интервала времени Ј от очередной обработки электролизера до момента , когда скорость мен ет знак, станов сь полокительной, можно надежно классифицировать концентрационный режим электролизера и управл ть передвижными механизмами питани  электролизеров глиноземом.

Способ осуществл ют следующим образом .

После кадцой очередной обработки электролизера начинают контролировать падение напр жени  на электролизере U и ток серии I. Контроль осуществл ют известными способами, предусматривающими сглаживание измеренных

значений, например, путем усреднени  за интервал времени Тис. Одмопропро -

У промежуток

менно отсчитывают

мениС, проиедкшп после очередной

обработки.

В конце интервала Тис по сглаженным значени м падени  напр жени  U и тока серии I вычисл ют текущее значение приведенного напр жени  Unp по формуле (1). Вычисленное значение Unn записывают п запоминающес устройство.

По вычисленным значени м II

пр оп скорогти

адр LHJ 1эр cricnn dn/uC, На

с помощью процедуры циАроредел ют величину и знак изменени  Unp во времени пример,

вой фильтрации Холта-Винтерса: ЁПЫ

5с

+ О - 8,) &U,p (п-1)

Atyn)

В, уп). V

п-1)- (2)

где

УП)

- отфильтрованное значение

U

Р

после n-го интервала усреднени  Т

ус,

iyn)

B2UfU

0

где ни , 0-1.

+ (1-82) х

х tyn-О +йиф(п-1). (3)

8 ( В 2. коэффициенты сглажива- которые выбираютс  в диапазоне

Знак du/dc Диф(п) записывают в запоминающее устройство. После кож дого интервала Т(1/ выполн ют также

УС

следующие операщ

ии:

сравнивают зна0

5

0

5

ки скорости изменени  Unp за предпоследний и последний интервалы ус - реднени ; если йиф(п-1) - 0, а

AUjpCn)

О, т.е. снижение U np смен етс  ростом, а в запоминающем устройстве отсутствует (равна нулю) запись значени  промежутка времени с, прошедшего после последней обработки , то в это запоминающее устройство записываетс  текущее значение с ; вычисленное текущее значение Uop(n) сравнивают с записанным в запоминающем устройстве; если оно больше записанного или равно ему, то в запоминающем устройстве сохран етс  ранее записанное значение, если же оно меньше записанного, то ранее записанное значение стирают, а вместо него записывают вновь вычисленное ; одновременно стирают значение Ј ,если оно было записано ранее.

716

При выполнении описанных операций положение анода оставл ют неизменным . Эти операции выполн ютс  до момента, когда до регламентного времени очередной обработки электролизера остаетс  заданный промежуток времени (примерно 10-30 мин). В этот момент регулируют известными способами положение анода и формируют управл ющее воздействие на очередную обработку электролизера по следующим правилам: если записанное в запоминающем устройстве значение Ј больше нул , но меньше заранее за- данного значени  , концентрационный режим относ т к первому классу и провод т усиленную обработку электролизера; если значение Ј равно нулю (&Uф остаетс  все врем  от- рицательной) или превышает заранее заданное значение Ј , концентрационный ре им относ т к третьему классу и пропускают очередную обработку; если Смин :Ј ё „акс, кон- центрационный режим относ т к второму классу и провод т очередную обработку по установленному регламенту.

После очередной обработки все операции повтор ютс .

Пример. Электролизеры с верхним токоподводом на силу тока 156 кА запитываютс  глиноземом с помощью самоходных питающих устройств с периодом Т Ъ 4 . Электролизна  сери  оснащена АСУ ТП на базе терминала ТВСО-1. Каждую секунду АСУ ТП осуществл ет автоматическое измерение мгновенных значений U и I. Каждые 3 мин измеренные значени  усредн ютс ( Т ас 3 мин), определ ютс  и фильтруютс  по формулам (1)-(3) значени  ипр utf A-Ujno При этом коэффициенты сглаживани  равны g 0,2; g 0,3 а. граничные значени  с соответствен- нос мин Т 48 мин; Ј MatLC 0,75 Т 3 ч.

Пусть за период Т между двум  обработками измен етс  так, как это показано .З. При Ј 12 мин Од, достигает минимального за период значени  3915 мВ. В этот же момент падение Um смен етс  ростом. Получают зна ени  скорости изменени 

Um: после первых Т.,с (при (п Т3; Ј - 9) МуЗ) -З мВ/Т после первых четырех Тас (при (п - 4,Ј 12) &иф(4) - +5 мВ/Тц,С1

5 0 5

0

5

Q

0

5

8

Поскольку при Ј 12 мин величина Ди,р помен ет знак и становитс  положит- лыюй , это значение с записано в запоминающее устройство. Дальнейшие изменени  знака Um (например, приС 30, 51, 84, 120, 165 мин) не вли ют на записанную величину о , поIT п АЛ™ скольку они происход т при и о, и ф 3915 мВ. Поэтому за 20 мин до регламентного времени очередной обработки (при Ј 220 мин) установлено, что в устройстве пам ти записано о 12 мин длин концентрационный режим отнесен к первому классу и по окончании периода Т провод т усиленную обработку электролизера.

Если изменение Uop за период Т протекает так, как это показано на фиг.4, то в первый раз изменение знака Д.иф с минуса на плюс фиксируетс  при о 39 мин (п 13), когда Uф # 3880 мВ. Однако при С 51 -мин (п 17), иф(17) мЛ иф(13), поэтому значение f 39 мин стираетс  из запоминающего устройства. Новое значение с 54 мин записываетс  при п 18, когда UUqj вновь становитс  положительный величиной. Однако при Ъ 117 мин иф (39) 3865 (17) поэтому оно и записываетс  в запоминающее устройство в качестве минимального.

Одновременно из запоминающего устройства стираетс  значение Ј 54 мин. При п 39 Лиф(39) 6 0, а й.иф(38) 1 0, поэтому в запоминающее устройство записываетс  Ј 117 мин. Поскольку до конца периода Т опускаетс  ниже 1)(39), то значению с/ 1 17 мин, и производитс  классификаци  концентрационного режима. Поскольку инс: 117 мин с ь мащ, режим относ т к второму классу и провод т очередную обработку по регламенту.

Если  е изменение U со за период Т происходит в соответствии с фиг.5. то начало роста , фиксируетс  при Ј 192 MHH(iMQKC концентрационный режим относитс  к третьему классу,и очередную обработку электролизера не производ т.

Эффективность управлени  по предлагаемому способу провер ют на двух сери х электролизеров того же типа, что и в приведенном примере. Дл  оценивани  и управлени  исподьзова- | ли АСУ ТП на базе ТВСО-1. По мере осуществлени  управлени  электролизерами уменьшаетс  количество электролизеров с отклонени ми Сг от технологически оптимального диапазона. Так, дл  серии из 86 электролизеров первоначально пропущена обработка на 23, п следующий период Т - на 11, затем - на шести, а в дальнейшем до конца испытаний - на двух - четырех электролизерах.Аналогичные результаты получают на второй серии электролизеров . Ни на одной из них при этом не возрастает частота анодных эффектов.

Использование в качестве параметра , характеризующего концентрационный реким, значени  промежутка времени Ј от очередной обработки электролизера до момента, когда па-, дени  приведенного напр жени  после загрузки и растворени  порции глинозема смен етс  ростом, позвол ет отнести текущий концентрационный режим к одному из трех классов (низка  концентраци , норма, высока  концентраци ).

Коррекци  обработок по результатам этой классификации предупреждает чрезмерное обогащение или обеднение электролизных ванн глиноземом и тем самым стабилизирует концентрацию глинозема в электролите в технологически наивыгоднейшем диапазоне.

Применение предлагаемого способа обеспечивает более точное поддержание концентрации глинозема в электролите в технологически оптимальном диапазоне, тем самым снижает частоту анодных эффектов, предотвращает

Claims (1)

1. выпадение глиноземистых осадков и, как следствие, повышает выход алюмини  по току на 0,3-0,5%,уменьшает удельный расход электроэнергии и трудозатраты при электролизе алюмини  о Формула изобретени 

   Способ управлени  серией алюмини0 евых электролизеров путем циклического выполнени  с заданным периодом времени операций по перемещению питающих механизмов и обработке электролизеров, включающей пробив5 ку-корки электролита и засыпку заданной порции глинозема, а также измерение мгновенных значений напр жени  каждого электролизера и тока серии , вычисление и цифровую фильтра0 цию приведенного напр жени  и скорости его изменени  от времени,о т- личающийс  тем, что,с целью повышени  производительности, дополнительно определ ют интервал

   5 времени Ј от очередной обработки

   электролизера до момента начала роста приведенного напр жени , сравнивают фактическое значение и с заданными по технологии граничными значени ми

   0 /ммн и макс и корректируют очередную обработку электролизеров, -при этом при Ј Ј с/ MW загружают увеличенную по сравнению с заданной порцию глинозема, при v f) Matie обработку

   5 не производ т, при Ј WMl) Ј Ј 0 обработку производ т по регламенту, т.е. через заданный период времени загружают заданную порцию глинозема.

   $

   .f.p.sg5.

   c

   Ln

   -e- u oo

   OfipoSomco

   I960

   мю

   ИбО

   (Заработка

   to /в гоч us 121

   aw вел mv. nlf

   Пропущена обработка