Способ управления технологическим процессом в алюминиевом электролизере

 

Изобретение относится к области металлургии алюминия, в частности к совершенствованию автоматизации управления алюминиевым электролизером. Технический результат от использования изобретения - снижение частоты анодных эффектов, расхода электроэнергии, повышение производительности электролизера. При значениях напряжения в электролизере в пределах, рассчитанных по уравнению U = U_н + /0,048 - 0,495/В, где U_н - номинальное значение приведенного напряжения, определяют и фиксируют устойчивое снижение концентрации оксида алюминия в электролите и классифицируют прогноз анодного эффекта, а ниже этого предела классифицируют изменение межполюсного зазора. 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии алюминия, в частности к совершенствованию автоматизации управления алюминиевым электролизером.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату является известный способ автоматического регулирования алюминиевого электролизера, включающий измерение напряжения на электролизере, тока серии, расчет текущих значений приведенного напряжения, скорости его изменения во времени и концентрации глинозема в электролите, сравнение текущих значений этих параметров с заданными значениями, поддержание приведенного напряжения электролизера в заданных пределах перемещением анода и регулированием количества загружаемого в электролизер глинозема путем чередования режимов избыточного и недостаточного питания, отличающийся тем, что при работе в режиме недостаточного питания прекращают питание электролизера глиноземом, если приведенное напряжение не достигает заданного значения в течение заданного интервала времени, и после выдержки подают в электролизер избыточное количество глинозема в течение заданного интервала времени, или когда вычисленное значение концентрации глинозема становится меньше заданного, или когда текущее значение приведенного напряжения становится больше заданного, или когда скорость изменения приведенного напряжения во времени становится больше заданной, или фиксируют момент прекращения питания, подсчитывают интервал времени, прошедший с этого момента, сравнивают его с заданной величиной и подают избыточное питание, когда фактическое значение интервала времени, прошедшего с момента прекращения питания, становится больше заданного.

Известный способ не дает возможности классифицировать причины изменения технологического состояния электролизера, которые приводят к изменению значений приведенного напряжения (U_пр), а именно состав и объем электролита с наличием или отсутствием угольных частиц в нем, осадки, "коржи" на подине и ее физическое состояние, а также состояние нижней (рабочей) границы анода и изменение скорости его расхода, которые, в свою очередь, вызывают анодные эффекты, МГД-возмущения в расплаве, изменения величины МПЗ и, как следствие, снижение технико-экономических показателей.

В результате, известный способ не позволяет вести технологический процесс адекватно текущей ситуации в электролизере, управлять необходимостью возникновения анодного эффекта, точно классифицировать МГД-нестабильность или определять необходимость корректировки МПЗ. Как показывают испытания, использование известного способа не приводит к регулируемому снижению частоты АЭ. Значение этого параметра не достигнуто ниже 1,7 сутки^-1 на электролизерах ОА. Еще меньшее снижение частоты АЭ достигнуто на электролизерах СА ВТ, где совокупность причин, вызывающих изменение U_пр, имеет еще больше слагаемых и более нестабильный их характер.

Особенно важное значение для электролизеров СА ВТ имеет определение изменения U_пр и связанная с этим своевременная классификация начала зарождения АЭ по отношению к другим классам возмущений МГД и МПЗ, поскольку данный тип электролизеров более инерционен относительно концентрации глинозема (C_г) в электролизере за счет больших затруднений в организации растворения подаваемого глинозема и усреднения C_г в объеме электролита.

Цель изобретения снижение частоты анодных эффектов и расхода электроэнергии за счет повышения эффективности управления технологическим процессом в алюминиевом электролизере путем классификации причин изменения его напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что при управлении технологическим процессом электролиза криолито-глиноземного расплава в алюминиевом электролизере, включающем измерение параметров напряжения и тока электролизера в промежутках между циклами подачи глинозема и газа в электролит и циклами регулирования межполюсного зазора, определение величины приведенного напряжения и электрического сопротивления электролизера или участка цепи электролизера, содержащего межполюсный зазор, сравнение полученного значения с заданным, определение разности и знака разности, изменения частоты и амплитуды пульсации напряжения и сравнение полученных значений с заданными при наличии градиента и скорости приращения приведенного напряжения и при его значениях на электролизере в пределах, рассчитанных по уравнению U U_н + /0,048 0,495/ В, где U_н номинальное /заданное/ значение приведенного напряжения, определяют и фиксируют устойчивое снижение концентрации оксида алюминия в электролите и классифицируют прогноз анодного эффекта, а ниже этого предела классифицируют МГД-нестабильность или изменение межполюсного зазора и определяют необходимость его регулирования.

Известно, что изменение величины межполюсного зазора алюминиевого электролизера есть результат разности в скорости сгорания анода и скорости подъема уровня катодного металла. Эта разность в процессе электролиза может менять знак. Известно также, что изменение объема подаваемого в электролит глинозема может привести либо к осадкам на подине, либо к анодному эффекту как следствию снижения концентрации оксида алюминия в электролите.

При этом снижение концентрации оксида алюминия вызывает устойчивый рост напряжения на электролизере с определенной скоростью за счет анодной поляризации. С другой стороны, разность в скорости сгорания анода и скорости подъема и катодного металла также может возрастать с определенной скоростью в совокупности с возмущениями, вызванными явлениями магнитной гидродинамики /МГД-нестабильность/.

Следовательно, необходимо классифицировать процессы, приводящие к анодному эффекту и снижению концентрации оксида алюминия с одной стороны, и процессы, приводящие к изменению межполюсного зазора, явлениям МГД, с другой.

В результате многочисленных экспериментов с использованием процессоров типа ШУЭ-БМ и вычислительной техники типа IBM установили, что скорость приращения приведенного напряжения на алюминиевом электролизере с анодом Зодерберга и верхним токоподводом на силу тока 156 кА типа С-8Б, свойственная устойчивому снижению концентрации оксида алюминия и необратимому переходу к анодному эффекту, наблюдается в сравнительно большом диапазоне напряжений, включающих от значения ниже номинального и до собственно начала анодного эффекта. В то же время диапазон напряжений, содержащих указанную скорость его приращения и приводящих к анодному эффекту, как установлено в результате экспериментов, лежит значительно выше его номинального значения. Следовательно, значения напряжения и скорости его приращения, находящиеся ниже указанного диапазона, не могут быть отнесены к анодной поляризации за счет снижения концентрации оксида алюминия в электролите. Установлено, что нижнее значение указанного диапазона превышает на ≈10% номинальное значение приведенного напряжения электролизера. Верхнее значение диапазона напряжений установлено ранее и является нижним значением диапазона напряжений, соответствующих непосредственному переходу к анодному эффекту, когда, как показывают испытания, подача глинозема даже в учащенном режиме не может повернуть переходный процесс в обратную сторону и приводит к появлению осадков на подине, требует реализации режима подавления /устранения/ анодного эффекта путем замыкания полюсов электролизера. В остальных случаях необходима оценка состояния межполюсного зазора, наличия МГД-нестабильности.

Пример 1. На промышленном алюминиевом электролизере с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом типа С-8Б с применением системы управления, содержащей процессорную часть типа ШУЭ-БМ и верхний уровень типа IBM, реализуют признак "Прогноз анодного эффекта" /ПАЭ/ путем фиксирования положительного градиента и скорости приращения величины приведенного напряжения, равной или более 4 мВ за 50 с, на всем диапазоне текущих значений фактического напряжения электролизера. Подачу глинозема в электролит ведут 12-кратной обработкой в сутки с помощью напольно-рельсовой машины МНР-2М. Фиксируют начало ПАЭ, исчезновение ПАЭ, U_н, U_ф /фактическое/, ΔU U_ф U_н, начало АЭ и выводят на печатающее устройство. Анодные эффекты устраняют обычным способом введением жерди. Регулирование МПЗ ведут с периодичностью 20 мин при отсутствии ПАЭ в промежутках между МНР-2М и ПАЭ.

Результаты измерений, полученных в течение 2 месяцев, отражены в таблице 1.

Как следует из полученных результатов, в диапазоне значений U_ф ≅ U_н + 0,047 В предложенный алгоритм ПАЭ, даже подтвержденный после пяти циклов измерений с межцикловым периодом 2 мин, не перешел в анодный эффект во всех случаях /примеры 20 22/. При этом признак "ПАЭ" исчезает. В то же время в диапазоне значений U_ф ≥ U_н + /0,048 0,495/ В реализация признака "ПАЭ" приводит к его последующему подтверждению и к возникновению анодного эффекта в пределах 5 53 мин после признака "ПАЭ".

Пример 2. На том же электролизере запекают две трубы в анод и монтируют устройство по известному способу АПГ /Патент РФ по з-ке N 4854233/02 от 12.06.90/.

С помощью системы управления ШУЭ-БМ IBM реализуют следующие программы алгоритма в соответствующих диапазонах напряжений /таблица 2/.

В остальных случаях при отсутствии признака "ПАЭ" ведут регулирование межполюсного зазора средствами АСУТП в промежутках между обработками электролизера машиной МНР-2М.

Результаты, полученные в течение двух месяцев реализации предложенной программы управления, отражены в таблице 3.

В сравнении с результатами, полученными на этом же электролизере при реализации программы управления, не содержащей классификацию процесса на признаки, содержащиеся в предлагаемом изобретении, достигнуто снижение ЧАЭ в ≈10 12 раз, а снижение U_ср на 21 мВ.

Таким образом, предложенный способ позволяет эффективно управлять технологическим процессом электролиза путем классификации причин изменения напряжения на электролизере.

Формула изобретения

Способ управления технологическим процессом в алюминиевом электролизере, включающий измерение значений напряжения и тока электролизера и вычисление по ним приведенного напряжения, вычисление скорости изменения приведенного напряжения во времени, отличающийся тем, что при значениях скорости изменения приведенного напряжения больше нуля и при значениях приведенного напряжения из диапазона с пределами, рассчитываемых по математическому выражению U U_н + (0,048 0,495)B, где U_н номинальное значение приведенного напряжения, определяют снижение концентрации оксида алюминия в электролите и прогнозируют возможность возникновения анодного эффекта, при значениях приведенного напряжения, меньших нижнего предела диапазона, определяют МГД-нестабильность или изменение межполюсного зазора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2