Способ автоматического управления алюминиевым электролизером
Изобретение относится к электролитическому способу получения алюминия и может быть использовано при автоматическом управлении электролизером. Цель изобретения - повышение производительности электролизера. Способ обеспечивает стабилизацию теплового режима алюминиевых электролизеров путем изменения уставки сопротивления системе регулирования по результатам определения отклонений частоты анодных эффектов и обратной ЭДС от номинальных значений. В качестве номинального значения обратной ЭДС принимают ее среднее значение для группы электролизеров, частота анодных эффектов которых лежит в диапазоне 0,5 - 1,5. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (И) 17 А1 (51) 4 С 25 С 3/20
1 д /
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
Н АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ
1 (21) 4331078/23-02 (22) 02.10.87 (46) 15.12.89. Бюл. 1(- 46 (72) В.Ф„ Машуков, В,Х. Манн, II.В. Поляков, Г.М. Галанин, В.И. Герасимов и Ю.А. Курашев (53) 621.357.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 956625, кл. С 25 С 3/20, 1982. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
АЛЮМИНИЕВЫМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОМ (57) Изобретение относится к электролитнческому способу получения алюминия и может быть использовано при авИзобретение относится к электролитическому способу получения алюминия и может быть использовано при автоматическом управлении электролизером.
Цель изобретения — повышение производительности электролизера.
На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего способ, Устройство состоит из электролизера 1, регулятора 2 сопротивления, блока 3 расчета обратной ЭДС, блока 4 регистрации анодного эффекта, датчика
5 тока, блока 6 коррекции уставок сопротивления.
Сущность способа заключается в оценке отклонения теплового режима электролизера от номинального значения как по отклонению частоты анодных эффектов, так и отклонению обратной
ЭДС. В этом случае влияние на обрат2 томатическом управлении электролизером. Цель изобретения — повышение производительности электролизера. Способ обеспечивает стабилизацию теплового режима алюминиевых электролиэеров путем изменения уставки сопротивления системе регулирования по результатам определения отклонений частоты анодньм эффектов и обратной ЭДС от номинальных значений. В качестве номинального значения обратной ЭЦС принимают ее среднее значение для группы электролизеров, частота анодных эффектов которых лежит в диапазоне 0,5-1,5. 1 э.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл. ную плотность тока состава электролита, активности углеродистого материала и др., кроме температуры рассматривается как помеха.
При повышении температуры расплава на один градус значение обратной ЭДС уменьшается на 2,4-3 4 мВ.
Тогда при изменении температуры расплава от 950 до 1000 С изменение обратной ЭДС должно составить (120-170) мВ.
Одновременный контроль отклонения частоты анодных эффектов (АЭ) и обратной ЭДС позволит повысить надежность формирования управляющего воздействия за счет исключения влияния на контур управления помех, связанных с изменением режимов загрузки глинозема, скорости его растворения.
Определение заданного значения обратной ЭДС по результатам измерений ее значений на группе электролизеров
1528817 с частотой анодных эффектов 0,5-1 5 обеспечивает инвариантность алгоритма к дрейфу общих для всех электролиэеров параметров, таких, например,как состав и качество анодной массы, анодная
5 плотность тока и т.д.
Экспериментально установлено, что оптимальному диапазону температур о расплава электролита 960-965 С при среднеквадратическом отклонении загружаемой массы глинозема, равной
+ 35 кг, соответствует диапазон частоты анодных эффектов, равный 0,51,5.
Устройство для реализации способа работает следующим образом.
Анодная и катодная шины электролизера 1 соединены с входами V регулятора 2 сопротивления, блока 3 определения обратной ЭДС и блока 4 регистрации анодных эффектов. Входы I регулятора 2 сопротивления и блока 3 определения обратной ЭДС соединены с выходсм 5 датчика тока серии. Выход блока 3 определения обратной ЭДС подключен к одному из входов блока 6 коррекции уставок, другой вход которого подключен к выходу блока 4 регистрации анодных эффектов. Выход блока 6 коррекции уставок соединен с входом P регулятора
2 сопротивления.
Напряжение V с шин электролизера 1 и сигнал, пропорциональ.ный току серии I„, с датчика 5 тока подают на входы регулятора сапротивл ния. По данным 7з и 1, а кже значению обратной ЭДС производят расчет приведенного напряжения:
V = --.-- I + Е В.
Vg-Å
nt)
40 где 1я — номинальное значение тока серии, кА.
Полученное значение „ сравнивают с заданным, поступающим с выхода блока
6 коррекции уставок, и, если отклонение превышает зону ечувствительности, формируют сигнал на перемещение анодного массива °
Обратную ЭДС рассчитывают методом экстраполяции I-V кривой до I=O
50 . (блок 3) . Входными величинами блока 3 являются мгновенные значения напряжения электролизера Чз и тока серии
I, а выходной среднее значение ЭДС
Л 55 за период с
Блок 4 регистрации анодных эффектов включает в себя пороговый элемент с напряжением срабатывания 9-11 В и запоминакщее устройство. Периодически данные о среднем значении обратной
ЭДС и количестве анодных эффектов с выходов блоков 3 и 4 поступают на вход блока 6 коррекции уставок, который является общим для всех электролизеров серии. Для группы электролизеров, частота анодных эффектов которых находится в заданных границах, определяется среднее значение обратной ЭДС и величина среднеквадратического отклонения, Эту величину обратной ЭДС принимают в качестве номинальной, а удвоенное значение ее среднеквадратического отклонения в качестве зоны нечувствительности.
Затем для каждого электролизера определяют отклонение частоты анодных эффектов и обратной ЭДС от номинальных значений и, если эти отклонения имеют один и тот же знак и превышают зоны нечувствительности, то заданное значение уставки сопротивления такого электролизера изменяют на одну ступень, величина которой соответствует изменению напряжения на +50 мВ при заданном номинальном токе серии.
Способ управления алюминиевыми электролизерами может быть реализован в рамках ACY ТП "Электролиз на базе УВК типа СМ-2М.
Пример. Регулятор сопротивления (напряжения) электролизера реализовывался следующим образом.
Рассчитывается приведенное напряжение электролизера
,(11 A
V = -=--- I „+А
flP Iijl и У (5 1 (1 l где V,,1 — ср едние значения н апряже ния и тока серии на j-м цикле измерения, соответственно;
Л вЂ” постоянная величина, численно равная обрати ой ЭДС электр олиэ ера (принимали А = 1, 4 8 В ) ;
I — номинальное значение тока серии (I 1 56 кА), Полученное значение приведенного напряжения сравнивалось с заданным, и, е сли раз ница превышала пороговое значение (+ 2 5 мВ), то формировалась команда на пе р емеще ние анодног о ма ссива вниз или вверх в зависимости о т знака отклонения .
15288 где
61 (11 (112 (Dvj
«ч У ю,г — 11
D(31 — Zt JT
<>) — (j l
Н D — V ч2 р1 .И. р Т11М
20 где
11
DÄ, =-P V
25 где
Блок определения обратной ЭДС включал в себя выполнение следующих операций: расчет предварительной МНК вЂ” оценки обратной ЭДС по выражению
«т (11
?<
Е -------=--«у-- ----р111 — Z (11
Ig (! 1 (11 (jj
-; ч;
jc1 (i) 1 " (31а
Расчет стандартной ошибки j-ой
ИНК вЂ” оценки
Расчет коэффициента фильтрации
Л h к н3- /(н + н) 1) i Л
Н; = g 2 н;+ (1-g )2 и„, j — - номер цикла (при первом цикле
g=1).
Расчет сглаженного значения обратной ЭДС на j-ом цикле
II Л
Е = 8 ° ° Е. + (1-К1) Е1 1 35
1 где Е, — сглаженное значение обратной ЭДС на j-м цикле, Значение Е поступает на вход блока
1 ! коррекции уставок, где формируется массив данных обратной ЭДС по каждому электролиэеру серии. Из массива исклюЛ чаются значения Е, полученные на
40-минутном интервале до и после анодного эффекта. Один раз в сутки производится расчет среднего значения об- 45 ратной ЭДС для каждого электролизера
11
Е=-,УЕ к и
1=1 где К вЂ” номер электролизера;„
n — количество значений Е в мас- 50
3 сиве.
Блок регистрации анодных эффектов представляет собой набор пороговых элементов с напряжением срабатывания
9-10 В, устанавливаемых в цепи измерения напряжения электролизеров, а также накопитель информации (магнитный диск). При возникновении на ка17 6 ком-либо электролизере анодного эффекта в накопитель информации записывается номер электролизера и время возникновения АЭ.
Один раз в сутки производится обработка накопленной информации, заключающаяся в определении количества анодных эффектов по каждому электролиэеру. Если на каком-либо электролизере было зарегистрировано два анодных эффекта с промежутком времени менее
30 мин, то последний из них не учитывался. Такая фильтрация позволяла исключить влияние "мигающих анодных эффектов и повторно возникакнцих изза некачественного гашения.
Данные о количестве анодных эффектов поступают далее в блок 6 коррекции уставок, в котором по каждому электролизеру формируется массив. Ежесуточно определялась группа электролизеров, из которых среднее значение частоты анодных эффектов эа 4 сут находилось в пределах 0,5-1,5 и вариация значений количества анодных эффектов за этот период не превьппала
1. Для этой группы определялось среднее значение обратной ЭДС и среднеквадратическое отклонение и
E1) = —, ń;
KR где N — количество электролизеров в группе.
Затем производилась проверка необходимости изменения уставки напряжения на электролизерах, не вошедших в группу с частотой анодных эффектов 0,5-1,5.
Увеличение уставок напряжения производилось в том случае, если количество анодных эффектов на какомлибо электролизере было больше двух, а среднее значение обратной ЭДС за последние сутки превышало значение
/1 по группе Е „более, чем на 26 .
Уставка понижалась, если электролизер не имел анодных эффектов в течение последних суток, а значение его обратной ЭДС было меньше Е, на 2б
Уставки напряжения не изменялись на электролизерах, которые в течение последних суток были отключены от автоматического регулирования.
1528817 ктролита.
Результаты приведены в таблице.
Среднеквадратическое отклонение
Группа электролизеров Среднее значение темпе ратуры за 30 сут температуры
1848-1857 (по предлагаемому способу)
1858-1867 (по прототипу) 960, 3
961, 2
3,8
4,5
Составитель А.Абросимов
Техред А.Кравчук Корректор О.Кравцова
Редактор M. Товтин
Заказ 7617/24
Тираж 605
Подписное
BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101
Оценка эффективно"ти способов производились по величине среднеквадратического отклонения температуры элеИэ таблицы следует, что изменение задания по двум составляющим — частоте анодных эффектов и, противоЭДС, обеспечивает уменьшение диспер- 10 сии температуры электролизера, что способствует стабильности теплового режима и повышению производительно сти электролизера.
Формула изобретения
1. Способ автоматического управления алюминиевым электролизером, состоящий в поддержании на заданном уровне сопротивления путем перемещения анода и изменения заданного значения при отклонении частоты анодных эффектов от номинального значения, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности электролиэера, изменение заданного значения сопротивления производят при одновременном превышении частотой анодных эффектов и обратной электродвижущей силой своих номинальных значений.
2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, в качестве номинального значения обратной электродвижущей силы принимают ее среднее значение для группы электролизеров, частота анодных эффектов которых лежит в диапазоне 0,5-1,5.
