Способ определения формы рабочего пространства алюминиевого электролизера с верхним токоподводом

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из криолит-глиноземного расплава, и может быть использовано при обследовании формы рабочего пространства алюминиевого электролизера. Изобретение позволяет проводить оперативный мониторинг формы рабочего пространства каждого отдельного электролизера для обеспечения стабилизации его энергетического состояния. Способ включает измерение параметров настыли, уровней металла и электролита при помощи погруженного в расплав до соприкосновения с границей настыли лома. Измерения проводят в одной или нескольких точках по периметру электролизера. Вертикальную составляющую настыли определяют в проекции нижнего среза газосборного колокола, устанавливая лом вплотную к газосборному колоколу, как разность между высотой расплава, определенной при измерении уровня металла и электролита, и высотой расплава над настылью. Горизонтальную составляющую настыли - как разность между проекцией расстояния от соприкосновения лома с границей настыли на подине до соприкосновения наклоненного лома с бортом ванны электролизера и расстоянием от борта до внутренней стенки электролизера. Измерение вертикальной и горизонтальной составляющих настыли, уровня металла и электролита производят одновременно. 5 ил.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из криолито-глиноземистого расплава, и может быть использовано при обследовании формы рабочего пространства алюминиевого электролизера.

В условиях изменения температуры окружающей среды, энергетических и технологических параметров алюминиевых электролизеров является актуальным знание информации о конфигурации и динамике настыли электролизных ванн, так как форма рабочего пространства определяет их энергетический режим. Информация по настыли позволяет стабилизировать энергетический режим ванны, осуществлять оперативный контроль объема настыли и незавершенного производства завода.

Известен способ измерения формы рабочего пространства в алюминиевом электролизере путем определения длины настыли в условных единицах в зависимости от ее удаленности от проекции анода. Измерение производят с помощью металлического лома, который погружают в расплав до края настыли, при этом определяют расстояния от конца лома до обортовочного листа и от конца лома до проекции борта. Способ описан в операционной карте ОАО "КрАЗ" “Обследование формы рабочего пространства (ФРП)” от 29.08.2000, Красноярск.

Недостатком способа является то, что оценка настыли в баллах имеет очень приблизительный характер, поэтому для измерения формы рабочего пространства, оценки объема настыли, незавершенного производства металла его применение нецелесообразно из-за большой погрешности. Кроме того, приведенный способ не позволяет оперативно отслеживать изменение формы рабочего пространства, а значит принять своевременное управляющее воздействие на технологию электролиза.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ измерения формы рабочего пространства алюминиевого электролизера. Способ описан в книге "Измерение и оптимизация алюминиевых электролизеров" В.П.Кадричев, М.Я.Минцис, “Металл”, Челябинск, 1995, стр.73-75. Сущность способа заключается в замере профиля настыли по множеству точек различных вертикальных сечений. Для замеров используют специальный датчик (Г-образная подставка, лом с транспортиром, дополнительный лом, кочерга). Этот датчик позволяет путем его перемещения относительно поверхности настыли определить его вертикальный профиль. В целом по электролизеру определяется вертикальный профиль в нескольких точках по периметру. Полученные данные используют для расчета объема настыли и незавершенного производства по определенным формулам.

Недостатком прототипа является невозможность получения данных по динамике конфигурации формы рабочего пространства, адекватных модели расчета объема формы рабочего пространства и незавершенного производства металла из-за отсутствия оперативного метода измерения вертикальной составляющей настыли. Оценка длины настыли не позволяет оперативно отследить изменение формы рабочего пространства, а значит принять своевременное управляющее воздействие на технологию электролиза. Кроме того, измерение профиля настыли представляет сложную процедуру, которая не позволяет осуществлять мониторинг формы рабочего пространства с частой периодичностью в больших объемах.

Задачей изобретения является оперативное и простое измерение параметров настыли на подине алюминиевого электролизера и упрощение процесса за счет уменьшения трудовых затрат для оценки динамики формы рабочего пространства, объема настыли и незавершенного производства, что позволяет стабилизировать энергетическое состояние электролизера.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения формы рабочего пространства алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, включающем измерение параметров настыли, уровней металла и электролита при помощи погруженного в расплав до соприкосновения с границей настыли лома, согласно предлагаемому способу измерения проводят в одной или нескольких точках по периметру электролизера. Вертикальную составляющую настыли определяют в проекции нижнего среза газосборного колокола, устанавливая лом вплотную к газосборному колоколу, как разность между высотой расплава, определенной при измерении уровня металла и электролита, и высотой расплава над настылью. Горизонтальную составляющую настыли определяют как разность между проекцией расстояния от соприкосновения лома с границей настыли на подине до соприкосновения наклоненного лома с бортом ванны электролизера и расстоянием от борта до внутренней стенки электролизера. При этом измерение вертикальной и горизонтальной составляющих настыли, уровня металла и электролита производят одновременно.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию “новизна”.

Определенная вертикальная составляющая настыли, в проекции нижнего среза газосборного колокола, характеризует настыль по вертикали. Следовательно, это расстояние является характеристикой высоты настыли. Определение проводят устанавливая лом вплотную к газосборному колоколу. Вертикальная составляющая настыли определяется как разность между высотой расплава, определенной при измерении уровня металла и электролита, и высотой расплава над настылью.

Измерения параметров настыли, уровней металла и электролита в одной точке позволяют определить характер изменения конфигурации формы рабочего пространства электролизера (ФРП), что помогает принять адекватные меры по стабилизации энергетического баланса, путем стабилизации ФРП.

Измерение параметров в нескольких точках позволяет оценить объем настыли и незавершенное производство металла в электролизере.

Измерение горизонтальной составляющей настыли в проекции нижнего среза газосборного колокола характеризует только одну точку вертикального сечения, что достаточно для оперативной оценки высоты настыли, так как изменение в целом высоты настыли приводит к пропорциональному изменению измеряемой величины. Следовательно, изменение горизонтальной составляющей настыли в проекции нижнего среза газосборного колокола указывает на то, что изменилась в целом высота настыли и необходимо принять соответствующее управляющее решение для ее стабилизации.

Способ измерения формы рабочего пространства поясняется на следующих чертежах,

где на фиг.1 показаны точки измерения горизонтальной и вертикальной составляющей настыли;

на фиг.2 - схема замера вертикальной составляющей настыли;

на фиг.3 - схема замера горизонтальной составляющей настыли;

на фиг.4 - мониторинг изменения конфигурации настыли электролизера;

на фиг.5 - мониторинг изменения конфигурации настыли электролизеров в корпусе.

На чертежах изображены (1, 2, 3, 4, 5, 6) точки подины электролизера, в которых производится измерение высоты и длины настыли, (7) бортовая футеровка катода, (8) бортовая настыль, (9) металл на подине электролизера, (10) расплавленный электролит на поверхности металла, (11) анод, (12) секция газосборного колокола, (13) датчик с (14) уровнемером, (15) горизонтальная поверхность для проекции.

Форма рабочего пространства электролизера оценивается измерением горизонтальной и вертикальной составляющих настыли в одной или нескольких точках. По точкам (не менее шести) измерение вертикальной и горизонтальной составляющей наиболее полно характеризует конфигурацию настыли в объеме катодного устройства. Измерение в одной точке (2) достаточно для оценки тенденции настыли.

Измерение вертикальной составляющей настыли осуществляется в следующей последовательности.

Устанавливают датчик 13 (используют металлический лом) в расплав вертикально, касаясь им края секции газосборного колокола 12, и держат в расплаве 5-10 с. Затем извлекают лом 13 из расплава и, приложив к нему линейку, измеряют уровень расплава над настылью (P₁) (по визуальному разделению двух сред на металлическом ломе). Далее измеряют высоту расплава в электролизере от подины до поверхности расплава (Р) с помощью лома 13 и уровнемера 14. Под одним и тем же углом сначала устанавливают лом 13 в расплав на подину электролизера, далее его вынимают и измеряют Р на ровной поверхности 15. И рассчитывают высоту настыли (В) по формуле:

В=Р-Р₁,

где Р - высота расплава, определяется при замере уровней металла и электролита, см;

P₁ - высота расплава над настылью, см.

Измерение горизонтальной составляющей настыли осуществляют в следующей последовательности.

Прорубают ломом окно в корке электролита в точке измерения длины настыли, предварительно очистив лопатой корку от глинозема. Закрепляют на конце датчика 13 (в предлагаемом способе - лома) уровнемер 14 с фиксирующим приспособлением (уровнемер крепится на расстоянии 20-25 см от конца лома). Погружают в подготовленное окно лом 13 и, опустив его конец в расплав электролизера до подины, нащупывают край настыли (если настыль короткая, лом ставят вертикально у конца настыли, при этом измеряют расстояние “L” от лома до бортика ванны). Опускают свободный конец лома 13 на край гарнисажа, не нарушая фиксации погруженного в расплав конца лома 13 у края настыли. Устанавливают закрепленный на ломе 13 уровень 14 таким образом, чтобы пузырек находился между рисками в центре, не меняя угол наклона лома 13. Фиксируют на датчике 13 точку (А) находящуюся над бортиком катода. На фиг.1 и 2 отмечена проекция точки (А) на катодное устройство. Извлекают лом 13 из расплава, устанавливают его на ровную поверхность 15 и, меняя угол наклона, выводят пузырек уровня 14 в центр между рисками. Проецируют вертикально отметку точки (А) на датчике 13 на поверхность, установив вертикально линейку у отметки на ломе. Наносят на поверхность мелом две метки: одна - проекция отметки на датчике 13; другая - у конца датчика 13, стоящего, соприкасающегося с поверхностью. Измеряют с помощью линейки расстояние “L” между метками на рельсе в сантиметрах. От измеренного расстояния “L” вычитают расстояние от бортика до внутренней стенки шахты ванны. Полученный результат будет равен длине настыли в сантиметрах от продольной стенки катода.

На фиг.4, 5 показано влияние измеренной горизонтальной и вертикальной составляющей настыли на ее конфигурацию.

Использование предлагаемого способа измерения вертикальной и горизонтальной составляющих настыли в электролизном производстве ОАО "БрАЗ" позволяет осуществлять оперативный мониторинг формы рабочего пространства по каждому отдельному электролизеру, что помогает обслуживающему персоналу обеспечивать условия стабилизации энергетического состояния ванны. Сопоставление высоты и длины настыли позволяет оперативно определять необходимые технологические параметры для стабилизации формы рабочего пространства ванны, а также эффективно осуществлять мониторинг формы рабочего пространства по группе ванн (корпус, серия). Указанное дает возможность своевременно принимать управляющие решения по изменению энергетического режима электролизных серий за счет изменения силы тока.

Способ определения формы рабочего пространства алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, включающий измерение параметров настыли, уровней металла и электролита при помощи погруженного в расплав до соприкосновения с границей настыли лома, отличающийся тем, что измерения проводят в одной или нескольких точках по периметру электролизера, вертикальную составляющую настыли определяют в проекции нижнего среза газосборного колокола, устанавливая лом вплотную к газосборному колоколу, как разность между высотой расплава, определенной при измерении уровня металла и электролита, и высотой расплава над настылью, а горизонтальную составляющую настыли - как разность между проекцией расстояния от соприкосновения лома с границей настыли на подине до соприкосновения наклоненного лома с бортом ванны электролизера и расстоянием от борта до внутренней стенки электролизера, причем измерение вертикальной и горизонтальной составляющих настыли, уровня металла и электролита производят одновременно.