Способ управления серией алюминиевых электролизеров
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам автоматического управления 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 пряжения. 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 ьания ii i ,- - удельнпи расход лг 0,4% и трудозатрат 1, ri и
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (с, 1 Г >г({51) 5
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
i1i1 1 1. < I« l<З. » 1 i! . н 1с ги, Сг(; <.оо,: к,. опреде.(»(ют пнтг р;1:;l
pPJ (IoI"I обг(аботк(1 ...<, »- . мента 1(а <ала р«-т-: ира<же(11(я, Э<от .:и 1 ( ющ(! и : НПЧНЫМ(< З (Л»(Е! Iii,. "Г ОЧС Р J ((<„I; Q{)P «- пт сг(ег(ующ(1.1 пр..(1<п <а.(: .. TcpHP I б< л(»1<1< M;1 i(ñ об «ботку (IP пр i; <1,- -; « вал находит я н гl,v< l;1, произгодяT г(о ре «;:(п.<1; .. равд= (иp поти<(нет п-,:, обор v;. .!папин удь(ьн(:(и расход . . -;; r -,,0,47. и трудозатрат»п, << - (лЕРЕП(11»(М -Ч(»а»1,.;<,-, < определяется прин(деп:1 — < электролизера: 0 — Г.„ Цп пГп и и (где 1(, 1 — напряжp . 1 Т<,.1 . Е следующем. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР (?1) 4709123/02 (22) 23.06.89 (46) 07.06.9!. Бюл. 1,"- 21 (71) Отраслевой ((аучно-технический комплекс "Союзцветметавтоматика" (72) H.È.Герасимов, В,Х.Иа((н, P.R,Мели::я((г(, Е.И, Г!теренберг, 3. 3. Явно и A. È.! 1ураикг<н (53) 669. 713. 7 (088,8) (56) Патечт СГР ." 3812024, кл. С 22 Г 3/ 2, 1974. Патент СНА (, - 3712857, кл. С 22 1) 3/ 12, 1973. Патент СГ!/1 1;- 4425201, кл. С 25 С 3/20, 1984. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕ!!ИЯ СБРИГЙ ЛЛКР1ИНИРВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗВРОВ (57) Изобретение относится к цвети (й металлургии, в частности к способам автоматическorn управления алюминиевыми электролизерами. Цель изоИзобретение относится к производству алюминия электролитическим методом и может быть использовано при автоматизации алюминиевых электролизеров, преимущественно загружаемых глиноземом с помощью самоходных передвижных устройств. Цель изобретения — повышение производительности. Ца фиг.1-6 представлены графики изменения параметров процесса электролиз а. Сущность способа заклю <ается в ЛИ З ЕР(i, "Г Т, !, — пои(11! l.:(1:Iп <е COn T(P P T F« рии;1 обр,. и«, " Значения U(<> поп..ер., »сг живанию и фильтрапи<1. также скорость и«1(p Ii. 11: 1654381 40 ванных значений U 11I> во времени d О,> /dt: и интервал времени, коh торьп» проходит с момента очередной обработки электролизера до момента, когда падение U „ c e> e c его ростом и dU> /dr. меняет знак "минус" на "плюс". Перед регламентным временем обработки электролизера величину интер- 10 вала 1 сравнивают с заранее заданЛ ными граничными значениями ь,„,„, и и. Ь„„,„„ и коРректиРУют очередную обработку электролизера по следующим A n правилам: при ь ь MMK загружают уве- 15 личенную по сравнепи>о с регламентной л л порцию глинозема, при ь 7 ь „„д„с обработку не производят, а при ь ид,Л, Л ь ма обработку прои зводят по регламенту. 20 Способ основан на следуюшем: известно, что зависимость сопротивления электролизера R и его приведенного напряжения U „ от С > имеет вид, показанный на фиг. 25 При использовании передвижных механизмов питания в электролизер практически мгновенно загружается порция глинозема, которая в дальнейшем расходуется в течение периода Т, опре— деленного регламентом обработки элек тролизеров. Концентрация С, циклически изменяется от значения С г Г достигаемого сразу после очередной обработки электролизера и растворения загруженного -линозема, до С, имемин ющего место непосредственно перед следующей обработкой. Поскольку при каждой обработке, если не приняты специальные меры, загружаются одинаковые порции глинозема, а потребление глинозема в процессе электролиза зависит от многих факторов (состав электролита, состояние поверхности анода, уровни ме- 4 талла и электролита и т.п.), значения С и С могут меняться со макс ми н г Г временем. При этом возможны ситуации, когда концентрационный режим близок к технологически оптимальному (область 0 1-2 на фиг.1), когда значения С Г понижены (область 3-4) или повышены (область 5-6). Как показано на фиг.2, характер изменения Б я за период Т Различен для каждой из этих ситуаций. В соответствии с характеристикой U „<(C<), в первом случае (соответствующем области 1-2 на фиг.1) после непродолжительного падения от U до U и 1 Мин (интервал i на фиг.2) напряжение растет до U . Во втором случае (со2 ответствующем области 3-4 на фиг.1) после растворения загруженного глинозема (интервал ь на фиг,2) напряЛ 1 жение монотонно растет до U . В третьем случае, когда электролйзер ра-ботает в области 5-6 (фиг.1),напряжение монотонно падает до П весь K период Т (фиг . 2) . Таким образом, текущий концентрационный ре>сим электролизера к моменту, когда по регламенту должна быть выполнена очередная его обработка,может быть оценен по характеру изменения U д за период между двумя обработками. Эта оценка сводится к классификации концентрационных режимов на три класса; первый класс — "низкая концентрация глинозема ; второй класс "нормальный концентрационный режим"; третий класс — "высокая концентрация глинозема". Сравнение кривых 0 „ (с), приведенных на фиг.2, показывает, что в качестве критерия для такой классификации л может быть принят интервал времени ь от очередной обработки электролизера до момента начала роста U, когда скорость его изменения во ремени d„/dt из отрицательной становится положительной. Тогда правила классификации и управления питанием сводятся к следующему: если ь с с мин Л Л концентрационный режим относится к первому классу и при очередной обработке загружают повышенную дозу глинозема (проводят усиленную обработЛ Л ку) 1 если ь мин " "макс концентрационный режим относят к второму классу и проводят регламентную обработку; если ь ) с.„„.. . концентрационныи реR Л жим относят к третьему классу, и пропускают очередную обработку. Граничные значения с м иц и ьриа Кс R Л подбирают экспериментально по следующим правилам: значение 1.,„,, выбиA рается столь малым, чтобы его дальнейшее уменьшение вызывало выпадение Ю глиноземистых осадков. Полученные зависимости между концентрационньм режимом и величиной интервала ь подтверждены экспериЛ ментальными исследованиями, проведенными на двух сериях электролизе1654381 50 ров с самооб>(игающимися анодами и верхним .токоподводом (на силу тока 156 кЛ) . По принятому регламенту обработ5 ка этих электролизеров осуществляется с помощью неавтоматизированных передвижных устройств с периодом Т 240 мин. Зафиксированы кривые изменения U во времени между последовательными обработками электролизеров, соответствующие всем трем классам концентрационных режимов: первому класгу (фиг.3) — когда концентрация меняется от Смо 3,5Х до С м " МОКC иХ г до -0,8-1,2,. и имеют место анодные эфл фекты, при этом с остается меньше 60 мин, что составляет 0,25 Т; второму классу(фиг.4) — когда концентрация меняется от С = 4-4 5Е до С = 1,5-2,5, что близко к технологически оптимальному диапазону, при этом ь = 100-150 мин,что составлял ет примерно (0,40-0,60) Т; третьему классу (фиг.5) — когда концентрация меняется от С „ = 5,5-6,5_#_ до макс МИН С = 3,5-4,5:,, при этом наблюдается выпадение глиноземистых осадков Л. Э ь превышает 170 мин или 0,7 Т, а в ряде случаев (фиг.5) до самого кон- 30 ца периода Т величина (1 1/dt остается отрицательной. Во всех случаях значения C (36 мин A соответствуют концентрационным режимам первого класса (низкое содержа35 ние глинозема, частые анодные эффекты), значения 36 мин (Ф < 180 мин режимам второго класса (номинальный ,циапазон С ) и с. ) 180 мин — режимам л третьего класса (высокие Сг, выпада — 40 ние осадков), Таким образом, экспериментальные исследования подтверждают, что по величине интервала времени с, от очередной обработки электролизера до момен- 45 та, когда скорость Й„/Йс меняет знак, становясь поло>сительной, можно надежно классифицировать концентрационный режим электролизера и управлять передвижными механизмами питания электролизеров глиноземом. Способ осуцествляют следующим образом. После ка> пой очередной обработки электролизера начинают контролировать падение напря>сения на электролиэере, U и ток серии I. Контроль осуществйяют известными способами, предусматривающими сглаживание измеренных значений, например, путем усрс;)))ения за интервал времени Т . С)диопре— менно отсчитывают промежуток врс— л мени (, прошедший после очеред)(ой обработки. В конце интервала Тнс по сглаженным значениям падения напряжения U и тока серии I вычисляют те)(ущее значение приведенного напряжен)(я U р по формуле (1) . Вычислени(е значение U рг записывают в запомипа()шее устройство. По вычисленным значениям 11 „г определяют величину и знак скорости изменения U „ во времени с11>/(1е, например, с пойоцью процедуры цифровой фильтрации Холта-Винтерса: (1„Ь) ДС ф 1 (1 = $U (n) = p U (n). — U (n-1) + + (1 — g,) АП (n-1), (2) где U (и) — отфильтрованное значение UII после и-го интервала усреднения Т(, Г 0 () = 8 ПО () + (1-gz) х (() (и-1) + (\ U (и-1)) (3) где g 1, g < — коэффициенты сглаживания, которые выбираются в диапазоне 0-1. Знак с1ц/dI: = AU (и) записывают в запоминающее устройство. После каж дого интервала Т(, выполняют также следуюцие операцйи: сравнивают знаки скорости изменения 0р за предпоследний и последний ин1ервалы ус— реднения; если d U+(r.— 1) - О, а М(р(п) ) О, т.е. снижение У рв сменяется ростом, а в запоминающем устройстве отсутствует (равна пулю) запись значения промежутка времени л прошедшего после последней обработки, то в это запоминающее устройство записывается текущее значел. ние ь; вычисленное текущее значение U Ä (n) сравнивают с записанным в запоминающем устройстве; если о«о больше записанного или равно ему, то в запоминающем устройстве сохраняется ранее записанное значение, если же оно меньше записанного, то ранее записанное значение стирают, а вместо него записывают вновь вычисленное Л одновременно стирают значение ь,если оно быпо записано ранее. 1654381 При выполнении описанных операций положение анода оставляют неизменным. Эти операции выполняются до момента, когда до регламентного времени очередной обработки электролизера остается заданный промежуток времени (примерно 10-30 мин). В этот момент регулируют известными способами положение анода и формируют управляющее воздействие на очередную обработку электролизера по следующигл правилам: если записанное в запоминающем устройстве значение больше нуля, но меньше заранее заданного значения (,„„„„я, концентрат ционный режим относят к первому классу и проводят усиленную обработку электролизера; если значение ь равно нулю (Юа, остается все время отрицательной) или превышает заранее заданное значение Ль ма кс, концентрационный ре>ьим относят к третьему классу и пропускают очередную обработку; если ь мин и и п макс концентрационный режим относят к второму классу и проводят очередную обработку по установленному регламенту. После очередной обработки все операции повторяются. Пример. Электролизеры с верхним токоподводом на силу тока 156 кА запитываются глинозеглогл с помощью самоходньгл питающих устройств с периодом Т 4 ". Электролизная серия оснащена АСУ ТП на базе терминала ТВСО-1. Каждую секунду АСУ ТП осуществляет автоматическое измерение мгновенных значений U u I. Кащцые 3 мин измеренные значения усредняются (Т с = 3 мин), определяются и фильтруются по формулам (1)-(3) значения Uд,,U 0,75Т=Зч. Пусть за период Т между двумя обработками U меняется так, как это показано на фиг.3. При С = 12 мин U достигает минимального за период Т згачения 3915 мВ. В этот же момент падение U сменяется ростом. Получают энаяения скорости изменения Б : после первггх трех Т с (при (n 3; ь =- 9) И (3) = -3 мВ/Т c, после первых четьгрех Т, (при (n = 4, = 12) 60ш(4) == +5 мВ/Т,1,с Ф 5 Поскольку при с = 12 мин величина QU поменяет знак и становится положит-.льной, это значение ь записано и в запоминающее устройство. Дальнейшие изменения знака gU (например, при 1: = 30, 51, 84, 120, 165 мин) не п. влияют на записанную величину ь, помгл . скольку они происходят при U > y U — 3915 мВ. Поэтому за 20 мин до реегламентного времени очередной обработки (при Ь = 220 мин) установлено, что п в устройстве памяти записано Л 12 мин и мн,г, концентрационный режим отнесен к первому классу и по окончании периода Т проводят усиленную обработку электролизера. Если изменение Б р за период Т протекает так, как это показано на фиг.4, то в первый раз изменение знака gU с минуса" на "плюс" фиксируh ется при ь = 39 мин (n = 13), когда 3880 мВ. Однако при ль = 51 мин (n = 17), Бр(17) „3875 м,3 - 0 (13), поэтому значение = 39 мин стирается из запоминающего устройства. Новое л значение с = 54 мин записывается при n = 18, когда 5U вновь становится положительный величиной. Однако при ь = 117 мин U<р (39) = 3865 мВ с. 0,,(17) поэтому оно и записывается в запоминающее устройство в качестве минимального. Одновременно из запоминающего устройства стирается значение 54 мин. При и = 39 ЬП (39) 6 MD/T gz ) О, а Ц (387 . 0, поэтому в запоминающее устройство записывается ь = 117 мин. Поскольку до конЛ ца периода Т U не опускается ниже U(39),,то значению ь = 117 мин, и и производится классификация концентрационного режима. Поскольку ь,рдоC и л (117 мин с ь, ак, реыим относят к второму классу и проводят очередную обработку по регламенту. Если же изменение U за период Т происходит в соответствии с фиг.5, то начало роста U> фиксируется при ь = 192 мин)2 „„,концентрационнь!й режим относится к третьему классу,и очередную обработку электролизера не производят. Эффективность управления по предлагаемому способу проверяют на двух сериях электролизеров того же типа, что и в приведенном примере. Для оценивания и управления использовали АСУ ТП на базе ТВСО-1. По мере осуществления управления электролиэерами уменьшается количество электро1654381 лизеров с отклонениями С от техног логически оптимального диапазона ° Так, для серии из 86 электролизеров первоначально пропущена обработка на 23, в следующий период Т вЂ” на 11, затем — на шести, а в дальнейшем до конца испытаний — на двух — четырех электролизерах.Аналогичные результаты получают на второй серии элек- 10 трслизеров. Пи на одной из них при этом не возрастает частота анодных эффектов. Использование в качестве параметра, характеризующего концентра- 15 ционный релим, значения промежутка времени от очередной обработки электролизера до момента, когда падения приведенного напряжения после загрузки и растворения порции гли- 20 нозема сменяется ростом, позволяет отнести текущий концентрационный режим к одному из трех классов ("низкая концентрация", "норма", "высокая концентрация"). 25 Коррекция обработок по результатам этой классификации предупреждает черезмерное обогащение или обеднение электролизных ванн глиноземом и тем самым стабилизирует концентрацию 30 глинозема в электролите в технологически наивыгоднейшем диапазоне. Применение предлагаемого способа обеспечивает более точное поддержание концентрации глинозема в электролите в технологически оптимальном диапазоне, тем самым снижаст частоту анодных эффектов, предотвращает выпадение глиноземистых осадков и, как следствие, повышает выход алюминия по току на 0,3-0,5К,уменьшает удельный расход электроэнергии и трудозатраты при электролизе алюминия. Ф ор мул а и з о бр е т е н и я Способ управления серией алюминиевых электролизеров путем циклического выполнения с заданным периодом времени операций по перемещению питаюцих механизмов и обработке электролизеров, включающей пробивку корки электролита н засыпку заданной порции глинозема, а также измерение мгновенных значений напряжения каждого электролизера и тока серии, вычисление и цифровую фильтрацию приведенного напряжения и ско1 рости его изменения от времени,о тл и ч а ю шийся тем, что,с целью повышения производительности, дополнительно определяют интервал времени ь от очередной обработки л электролизера до момента начала роста приведенного напряжения, сравнивают фактическое значение ь с заданными и по технологии граничными значениями Л A ",мин и "маКс и коРРектиРуют очеред ную обработку электролизеров, при этом при Ф „„„„загружают увеличенную по сравнению с заданной порцию глинозема, при > С дакс обработку не производят, при (, миц с 6. t. ФАв(С п л h обработку производят по регламенту, т.е. через заданный период времени загружают заданную порцию глинозема. 1654381 U и и (4 l /у Час ug и и, %, -i О 0 Ежм хароктериспняи каналами -ц / / Р 1654381 И60 Щг5 Составитель А.Абросимов РедактоР Н .Лцола ТехРеД П.Олийнык Корректор Н.Ревская Заказ 1933 Тирам 397 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101
