Устройство контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах

Авторы патента:

G01R19/00 - Приборы для измерения токов или напряжений или индикации их наличия или направления (G01R 5/00 имеет преимущество; для измерения биоэлектрических токов или напряжений A61B 5/04)

C25C3/12 - аноды

Владельцы патента RU 2584059:

Громыко Александр Иванович (RU)

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия. Технический результат - повышение точности контроля токораспределения. Устройство содержит электромагнитный датчик, нормализатор входных сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и микропроцессор. Причем датчик установлен на одном конце шеста, выполненного из непроводящего ток материала и длина которого достаточна для свободного доступа к проводнику с током, а его выход подключен через последовательно соединенные нормализатор входных сигналов и АЦП к микропроцессору. Выход микропроцессора оснащен USB разъемом для считывания накопленной информации об измеренных значениях тока. Устройство снабжено вторым электромагнитным датчиком, установленным напротив первого датчика относительно центра проводника с током, при этом электромагнитные датчики соединены последовательно и зафиксированы с помощью ограничителя, а их общий выход подключен витой парой к входу нормализатора входных сигналов. 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из глинозема, и может быть использовано для контроля силы тока в анодных штырях электролизеров с самообжигающимися анодами и в электролизерах с обожженными анодами, а также для контроля токораспределения по катодным блюмсам.

Известно «Устройство контроля токораспределения в анодном узле алюминиевого электролизера» (Пат. РФ. №2371524. Опубл. 27.10.2009 г., аналог), содержащее: коммутатор входных сигналов, электромагнитные датчики, линии связи электромагнитных датчиков с коммутатором входных сигналов, нормализатор входных сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор, устройство согласования, автоматизированную систему управления (АСУ), швеллер и элементы его крепления, швеллер с размещенными в нем электромагнитными датчиками и витыми парами проводников, соединяющих выходы датчиков, которые располагают ниже анодной шины по центру плоскости алюминиевых штанг, подводящих ток к штырям, электромагнитные датчики подключены к входам коммутатора входных сигналов, а выход коммутатора входных сигналов подключен через последовательно соединенные нормализатор и АЦП к микропроцессору, выход которого, через устройство согласования подключен к входу АСУ.

Внедрение таких устройств на всех электролизерах позволило бы в автоматическом режиме вести контроль качества подвода тока к анодам, но требует проведения монтажных работ на анодных узлах действующих электролизеров, что сопряжено с существенными технологическими трудностями и существенно увеличивает сроки внедрения, поскольку отключения электролизеров на капитальный ремонт производят через 3-5 лет, что следует отнести к основному недостатку данных устройств.

Известно также «Устройство контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах» (Пат. РФ №2484183, опубл. 10.06.2013, бюл. №16, прототип), содержащее электромагнитный датчик силы тока, нормализатор входных сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор, в котором выход электромагнитного датчика силы тока подключен через последовательно соединенные нормализатор и АЦП к микропроцессору, отличающееся тем, что электромагнитный датчик силы тока расположен на одном конце шеста, выполненного из непроводящего ток материала, длина которого достаточна для свободного доступа к любой из штанг, подводящих ток к анодным штырям или блюмсам, причем в месте крепления датчика установлен ограничитель, обеспечивающий идентичность расположения электромагнитного датчика силы тока относительно штанги во время измерения протекающего в ней тока, а на противоположном конце шеста расположены последовательно соединенные нормализатор входных сигналов, АЦП, микропроцессор, при этом выход электромагнитного датчика силы тока соединен с входом нормализатора входных сигналов витой парой, а выход микропроцессора оснащен USB-разъемом для считывания накопленной информации об измеренных значениях силы тока в анодных штырях или блюмсах электролизера.

Испытания устройства на промышленных электролизерах с самообжигающимися анодами показали на наличие погрешностей измерения силы тока в штырях за счет влияния магнитного поля от рядом расположенных штырей.

Задачей предлагаемого технического решения является устранение отмеченного недостатка, а именно повышение точности контроля токораспределения в анодных штырях или блюмсах электролизеров.

Для решения поставленной задачи в «Устройство контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах», содержащее: электромагнитный датчик, нормализатор входных сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и микропроцессор, причем электромагнитный датчик установлен на одном конце шеста, выполненного из непроводящего ток материала, длина которого достаточна для свободного доступа к проводнику с током, а его выход подключен через последовательно соединенные нормализатор входных сигналов и АЦП к микропроцессору, при этом выход микропроцессора оснащен USB разъемом для считывания накопленной информации об измеренных значениях тока, дополнительно оно снабжено вторым электромагнитным датчиком, установленным напротив первого датчика относительно центра проводника с током, при этом электромагнитные датчики соединены последовательно и зафиксированы с помощью ограничителя, а их общий выход подключен витой парой к входу нормализатора входных сигналов.

Существенным отличием данного технического решения является то, что устройство снабжено вторым электромагнитным датчиком, установленным напротив первого электромагнитного датчика относительно центра проводника с током, при этом электромагнитные датчики соединены последовательно и зафиксированы с помощью ограничителя, а их общий выход подключен витой парой к входу нормализатора входных сигналов.

Технический результат - снижение погрешности измерения силы тока в проводнике за счет компенсации внешних магнитных полей. Это достигается тем, что бесконтактный измеритель тока содержит по крайней мере два электромагнитных датчика, расположенных в плоскости, перпендикулярной проводнику с измеряемым током, при этом датчики жестко связаны между собой, расположены вдоль прямой, являющейся продолжением диаметра проводника.

На фиг. 1 представлена схема измерения тока, поясняющая снижение влияния индукции магнитного поля от соседних токопроводящих штырей.

На фиг. 2 представлена структурная схема устройства контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения: проводник с измеряемым током - ПЦ; проводники с током, создающие магнитные поля помехи - ПП, ПЛ; точки в которых устанавливают электромагнитные датчики - 1, 2; вектор индукции магнитного поля - В_ц-1, создаваемый проводником (ПЦ) в точке (1); вектор индукции магнитного поля - В_п-1,создаваемый проводником (ПП) в точке (1); вектор индукции магнитного поля - В_л-1, создаваемый проводником (ПЛ) в точке (1); вектор индукции магнитного поля - В_п-2, создаваемый проводником (ПП) в точке (2); вектор индукции магнитного поля - В_л-2, создаваемый проводником (ПЛ) в точке (2); вектор индукции магнитного поля - В_ц-2, создаваемый проводником (ПЦ) в точке (2); суммарный вектор индукции магнитного поля - В₁ в точке (1), суммарный вектор индукции магнитного поля - В₂ в точке (2), расстояния между проводниками - h; диаметр - d проводников.

На фиг. 2, введены следующие обозначения: 1 - анодный штырь; L₁, L₂ - электромагнитные датчики; 2 - выход электромагнитных датчиков; 4 - ограничитель; 3 - витая пара проводников для соединения выводов индукционных датчиков с входом нормализатора входных сигналов - 5; 6 - АЦП; 8 - микропроцессор; 10 - источник питания; 9 - USB разъем, для считывания накопленной информации об измеренных значениях тока в анодных штырях или блюмсах; 7 - кнопка «измерение» подключает сигнал с выхода АЦП к входу микропроцессора, после того как электромагнитные датчики зафиксированы на штыре или блюмсе; 11 - кнопка включения электропитания прибора.

Поясним технический результат решения поставленной задачи - снижение погрешности измерения силы тока в проводнике за счет компенсации наводимого магнитного поля в электромагнитных датчиках, от вблизи расположенных проводников с током. Рассмотрим два варианта компенсации внешних электромагнитных полей.

В силу симметрии магнитного поля вокруг измеряемого проводника имеем:

1. Для случая h>>d и d→0 можно принять В_п-2≈В_п-1, В_л-2≈В_л-1,

суммарный вектор индукции магнитного поля в точке 1:

Суммарный вектор индукции магнитного поля в точке 2:

вычтем (1) из (2) и преобразуем:

Согласно выражению (3) происходит полная компенсация внешних магнитных полей от проводников, расположенных на одной линии с измеряемым проводником и электромагнитными датчиками.

Следовательно, ЭДС на выходе электромагнитных датчиков пропорциональна протекающему току в измеряемом штыре.

2. Для случая h~d имеем В_п-1=В_п-2-ΔВ_п, В_л-2=В_л-1-ΔВ_л,

где ΔВ_п, ΔВ_л - величины изменения вектора индукции магнитного поля с учетом конечного диаметра d измеряемого проводника ПЦ от влияющих проводников ПП и ПЛ соответственно. Тогда выражения (1), (2), (3) перепишутся в следующем виде:

Суммарный вектор индукции магнитного поля в точке 1:

Суммарный вектор индукции магнитного поля в точке 2:

вычтем (1′) из (2′) и преобразуем:

в силу того, что В_ц>>ΔВ_п и В_ц>>ΔВ_л, принимаем

Согласно выражению (4) происходит частичная компенсация внешних магнитных полей от проводников, расположенных на одной линии с измеряемым проводником и электромагнитными датчиками.

Следовательно, на ЭДС на выходе электромагнитных датчиков практически не оказывают влияние магнитные поля соседних проводников. Величина ЭДС в измеряемом штыре на выходе датчиков пропорциональна протекающему в нем току.

Устройство (Фиг. 2) контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах работает следующим образом. В исходном положении выход электромагнитных датчиков (2) соединен с входом нормализатора (5) с помощью витой пары проводников (3). Выход нормализатора (5) подключен к входу АЦП (6), выход которого через кнопку (7) подключен к микропроцессору (8). Перед началом измерений кнопкой (11) включают электропитание прибора. Подносят электромагнитные датчики (L₁, L₂) к штырю анодного узла с протекающим по нему током. Расположение датчиков на штыре с протекающим током фиксируют с помощью ограничителя (4), обеспечивая идентичность расположения электромагнитного датчика относительно штыря во время измерения протекающего в нем тока. После того как электромагнитные датчики (L₁, L₂) зафиксированы на штыре, нажимают кнопку «измерение», в результате сигнал с выхода электромагнитного датчика (2), пропорциональный силе тока в анодном штыре, поступает на вход нормализатора входных сигналов (5), который обеспечивает необходимую фильтрацию, усиление и согласование по уровню с выходом АЦП (6) для преобразования в цифровой код. Преобразованный в АЦП (6) цифровой сигнал поступает на микропроцессор (8), который рассчитывает ток, протекающий через анодный штырь (1). Измеренные показания тока в каждом штыре записывают в память микропроцессора. По окончании замеров полученные данные переносят в АСУ ТП через USB разъем (9), необходимую для технологов информацию выводят на дисплей и/или печать в виде графика.

Данное техническое решение позволяет повысить точность и технологичность контроля токораспределения по штырям в анодном узле электролизеров или в катодных блюмсах, своевременно принимать решения по перестановке анодных штырей и фиксировать развитие процесса разрушения подины, что сократит потери энергии в анодном узле и количество технологических расстройств работы электролизеров.

Положительный технический эффект от реализации данного способа контроля токораспределения по анодным штырям заключается в стабилизации технологического режима процесса электролиза, снижении потерь электроэнергии в анодном узле за счет своевременного устранения перекосов в распределении электрического тока по анодным штырям.

Предлагаемое техническое решение может быть реализовано промышленным способом.

Устройство для контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах, содержащее электромагнитный датчик, нормализатор входных сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и микропроцессор, причем электромагнитный датчик установлен на одном конце шеста, выполненного из непроводящего ток материала и длина которого достаточна для свободного доступа к проводнику с током, а его выход подключен через последовательно соединенные нормализатор входных сигналов и АЦП к микропроцессору, при этом выход микропроцессора оснащен USB разъемом для считывания накопленной информации об измеренных значениях тока, отличающееся тем, что оно снабжено вторым электромагнитным датчиком, установленным напротив первого датчика относительно центра проводника с током, при этом электромагнитные датчики соединены последовательно и зафиксированы с помощью ограничителя, а их общий выход подключен витой парой к входу нормализатора входных сигналов.

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано при построении цифровых измерителей среднеквадратического, средневыпрямленного и амплитудного значений синусоидальных сигналов.

Устройство для измерения больших токов // 2580410

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к приборам для измерения токов и может быть использовано для контроля и определения формы тока, протекающего в цепях высоковольтных линий передачи.

Способ измерения вектора гармонического сигнала // 2578742

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Способ может быть применен в средствах измерений пассивных и активных, в том числе комплексных, величин переменного тока, например, в мостах и компенсаторах переменного тока или в измерителях (анализаторах) параметров электрических цепей, а также в векторных вольтметрах и спектроанализаторах.

Способ определения фазного напряжения, поверхностного сопротивления и тока утечки линейного подвесного изолятора воздушной линии электропередач и устройство для его осуществления // 2578726

Изобретение относится к области электротехники и информационно-измерительной, вычислительной техники. Устройство содержит микроконтроллер, радиомодем, питающий трансформатор тока, первичной обмоткой которого является прямолинейный фазный провод высоковольтной линии электропередач, который вторичной обмоткой соединен с диодным выпрямительным мостом, стабилитроном, диодом и ионистором.

Способ определения сопротивления контактной и рельсовой сетей железнодорожного транспорта // 2576359

Изобретение относится к линиям электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспорта, а именно к способу определения сопротивления контактной и рельсовой сетей.

Способ определения угла сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами (варианты) // 2569939

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрооборудованию, установленному на электрических станциях и подстанциях в системах производства, передачи и потребления электроэнергии, и может быть использовано во всех электроустановках, использующих цифровую обработку данных.

Способ формирования электрических сигналов, имитирующих одновременное срабатывание группы электроконтактных датчиков // 2564058

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при исследованиях однократных быстропротекающих физических процессов, сопровождаемых многоканальными измерениями интервалов времени между электрическими сигналами, формируемыми при замыкании электроконтактных датчиков (ЭКД) в ходе развития физического процесса.

Реле тока // 2563959

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электронным реле тока. Реле тока содержит промежуточный трансформатор тока, выпрямитель, исполнительный элемент, четыре пороговых блока, два элемента И, реверсивный счетчик, счетчик импульсов, одновибратор, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, блок вычитания, сумматор, двухсторонний ограничитель, нерекурсивный фильтр, формирователь коротких импульсов, RS-триггер, два ключа, блок элементов ИЛИ.

Электронный трансформатор тока // 2555524

Предлагаемое техническое решение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерительным преобразователям тока (ИПТ) и предназначено для прецизионного измерения широкого диапазона токов, особенно удобно для применения в высоковольтных сетях и энергосистемах.

Схема для обнаружения напряжения // 2552585

Изобретение представляет схему для обнаружения напряжения. Схема содержит усилитель, который имеет инвертирующий и неинвертирующий входы и выполнен с возможностью усиления разности напряжений первого входного сигнала и второго входного сигнала.

Анод на основе железа для получения алюминия электролизом расплавов // 2570149

Изобретение относится к аноду для электролитического получения алюминия электролизом фторидных расплавов при температуре менее 930°C. Анод содержит основу, выполненную из сплава, содержащего в мас.%: железо 65-96, медь до 35, никель до 20 и одну или несколько добавок молибдена, марганца, титана, тантала, вольфрама, ванадия, циркония, ниобия, хрома, алюминия (до 1), кобальта, церия, иттрия, кремния и углерода в сумме до 5, и защитный оксидный слой, состоящий главным образом из оксидов железа и комплексных оксидов железа, меди и никеля.

Снабженный канавками анод электролизера // 2559381

Изобретение относится к анодному блоку из углерода для предварительно обожженного анода электролизера по производству алюминия. Анодный блок имеет верхнюю сторону, нижнюю сторону, размещаемую напротив верхней стороны катода, четыре боковые стороны и по меньшей мере одну канавку, выходящую на по меньшей мере одну из боковых сторон, на которой упомянутая канавка имеет максимальную длину Lmax в плоскости, параллельной нижней стороне, при этом упомянутая канавка не выходит на упомянутые нижнюю или верхнюю стороны или выходит на упомянутые верхнюю или нижнюю стороны на длину L0, меньшую половины максимальной длины Lmax.

Электролизер для производства алюминия // 2555302

Изобретение относится к электролизеру с обожженными анодами для производства алюминия. Электролизер содержит угольные аноды с вертикальными отверстиями и катодное устройство со слоем жидкого алюминия на подине, при этом внутренняя поверхность каждого отверстия анода защищена корундовой трубкой, высота которой превышает высоту анода, отношение этих высот удовлетворяет условию h:H=(1,05÷l,15):1, где: h - высота корундовой трубки; H - высота анода и количество отверстий в аноде составляет не менее одного.

Состав шихты для изготовления оксидно-металлического инертного анода // 2537622

Изобретение может быть использовано при изготовлении композиционного оксидно-металлического инертного кислородвыделяющего анода для электролитического получения металлов, в частности, алюминия.

Способ формирования вторичного анода алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом // 2536321

Изобретение относится к способам формирования вторичного анода алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом. Способ включает использование связующего нефтекаменноугольного пека с удельной плотностью 1,25-1,30 г/см3, преимущественно 1,27-1,29 г/см3, и содержанием бенз(а)пирена не более 7 мг/г пека, приготовление подштыревой анодной массы с содержанием связующего 30-40%, преимущественно 32-36%, формирование вторичного анода из приготовленной подштыревой анодной массы.

Способ производства анодной массы для анодов // 2529193

Изобретение относится к способу производства анодной массы для анодов алюминиевого электролизера, включающий регулирование процесса производства анодной массы путем изменения соотношения компонентов в коксопековой композиции.

Способ подготовки анодной массы для формирования сырых анодов // 2521178

Изобретение относится к способу подготовки анодной массы для формирования сырых анодов электролизера производства алюминия электролизом расплавленных солей. Способ включает приготовление шихты зерновых и пылевых фракций кокса, регулирование гранулометрического состава фракций кокса, нагрев шихты и смешивание шихты с пеком-связующим, охлаждение полученной анодной массы, формирование полученных сырых анодов.

Способ обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом // 2517623

Изобретение относится к способу обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом в процессе его эксплуатации. Способ включает загрузку анодной массы в анодный кожух, перемещение анодного кожуха, перемещение анодной рамы относительно зеркала катодного металла и перестановку анодных штырей, при этом для перемещения анодной рамы определяют зависимость порога магнитогидродинамической (МГД) устойчивости электролизера от положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла с построением графика, на котором определяют нижнее и верхнее положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла, и при достижении анодной рамой позиции, соответствующей равенству упомянутых положений рамы относительно зеркала катодного металла, определяющему заданный порог МГД-устойчивости, осуществляют перемещение анодной рамы.

Анододержатель алюминиевого электролизера // 2509831

Изобретение относится к анододержателю анодного устройства алюминиевых электролизеров. Анододержатель содержит кронштейн с двумя и более ниппелями, расположенными равномерно или с разным шагом вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, при этом ниппели имеют сужения с площадью поперечного сечения, равными 0,3÷0,9 площади поперечного сечения ниппеля в заделке анодного блока, выполненные над поверхностью угольного блока на расстоянии от 0,01-0,2 до 0,21-0,9 расстояния от поверхности угольного анода до горизонтальной части кронштейна.

Металлический анод выделения кислорода, работающий при высокой плотности тока, для электролизеров восстановления алюминия // 2496922

Изобретение относится к металлическому аноду выделения кислорода для электрохимического извлечения алюминия разложением глинозема, растворенного в расплавленном электролите на основе криолита.

Способ снижения анодного перенапряжения при электролитическом получении алюминия // 2585924

Изобретение относится к производству алюминия электролитическим способом на электролизерах с угольными и малорасходуемыми анодами. Способ снижения анодного перенапряжения включает подачу на анод импульсов тока высокой частоты с использованием генератора высокочастотных импульсов переменного тока и варьированием частоты импульсов тока от 104 до 108 Гц. Обеспечивается снижение удельного расхода электроэнергии при получении алюминия путем снижения анодного поверхностного перенапряжения гетерогенной реакции образования СО2 за счет дополнительного нагрева и влияния импульсов переменного тока на кинетику электродных процессов. 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.