Способ регулирования выхода по току алюминиевого электролизера

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (g) 4 С 25 С 3/20 с ® )щ, Ц П.с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ,",,:::. Ц

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

{2!) 3811633/22-02 (22) 10.11.84 (46) 23.04,86. Бюл. Р 15 (71) Красноярский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "Цветметавтоматика" и Красноярский политехнический институт (72) А.И..Громыко, С.П. Анисов, В.M. Возмилов, В.И. Заливной и М.К. Кулеш (53) 669.714.7(088.8) (56) Ремпель С.И., Попов P.Á. Определение выхода по току промышленных электролизеров для получения алюминия методом радиоактивного индикатора. — Цветные металлы, 1956, !) 7, с. 37-39.

Костюков А.А. Зависимость выхода по току от состава анодных газов.

Цветные металлы, 1963, К 3, с. 37-41.

{54)(57) 1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ВЫХОДА ПО ТОКУ АЛКМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА, основанный на контроле газосодержания в электролите, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности за счет оперативности и точности контроля и регулирования, одновременно измеряют ток серии и величину интеграла спектральной плотности электромагнитных или акустических флуктуаций в диапазоне частот, вызванных выделяющимся при электролизе газом, затем сравнивают полученные значения с расчетными, соответствующими lOOX- ному выходу по току для данного типа электролизера, и при отклонении измеренных и расчетных значений выше заданной технологией уставки осуществляют последовательность технологических операций, направленных на повышение выхода по току, с повторным контролем после каждой из операций, регулирование прекращают при равенстве выхода по току заданной технологией уставки.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что выбор частотного диапазона осуществляют с учетом наиболее вероятного лиаметра газового пузырька, образующегося в меж-полюсном пространстве.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве технологической операции, направлен-. ной на повышение выхода по току, принимают изменение положения анода.

1225881

Изобретение относится к промышленному производству алюминия электролизером криолит-глиноземных рас6лавов, а именно к контролю и регулированию выхода по току алюминиевых электролизеров, и может быть использовано для оценки интенсивности технологических процессов, сопровождающихся вьщелением газа, например, для контроля производительности маг- 10 ниевых электролизеров.

Цель изобретения — повышение производительности эа счет оперативности и точности контроля и регулирования. 1$

На фиг. 1 представлен элементарный участок объема электролизера; на фиг. 2 - его эквивалентная схема; на фиг. 3 " график спектральной плотности флуктуаций, вызванных газовы- 20 делением в электролите; на фиг. 4— структурная схема устройства контроля выхода по току для реализации предлагаемого способа.

Введены следующие обозначения: анод 1, газовые пузырьки 2, электролит 3, катод 4 (расплавленный металл), сопротивление 8 электролита, обусловленное наличием газа, сопротивление R электролита в отсутствии З0

2 газа, емкость С, анод-электролит при наличии газовых пузырьков, емкость

С анод-электролит в отсутствии газа, графики 5-7 спектральной плотности флуктуаций, вызванных колебаниями ra-3$ за СО, СО, и суммарной соответственно, клеммы 8 для снятия рабочего напряжения электролизера, акустический датчик 9, полосовой фильтр 10, усилитель ll, ограничитель 12, интегра- 40 тор 13, перемножитель 14, индика тор 15, делитель lб,перемножитель 17.

Разложение глинозема ведет к об разованию газообразного кислорода (присутствие газообразного фтора не 4$ учитывается). Соприкасаясв с анодом, кислород окисляет уголь с образованием газа СО и СО . В электролите газ ведет себя подобно упругому шарику с эквивалентной присоединенной $0 массой m = .4 и а, равной массе электр ролита, заключенной в объеме, участвующем в пульсациях пузырька. Кинетической энергией обладает оболочка . сферы пузырька с коэффициентом жест- SS кости $ 12 ii Рц. Каждый пузырек имеет свою собственную частоту, определяемую из равенства

l 3 Р

f С.

2в„а р

) где а — диаметр пузырька, м; — отношение удельных теплоемкостей газов, наполняющих пузырек (относительная единица): для СО 1,33, для СО2 1,18 при 1000 С

Po — гидростатическое давление на глубине нахождения пузырька, равное (1+0,2lh) х 10 Н/м

h — глубина погружения анода, м; — плотность электролита, 2100 кг/м

В связи с тем, что интенсивность флуктуаций определяется присоединенной массой электролита,пропорциональэ ной а, а количество пузырьков газа в электролите пропорционально а, то максимум интенсивности колебаний приходится на частоту 30-150 Гц, для которой произведение присоединенной массы на количество пузырьков газа данного диаметра имеет максимальное значение. Если подставить в выражение (1) наиболее вероятную величину диаметра газового пузырька а =

2/3 Ь „„(см),то получим наиболее вероятные частоты колебаний газа СО и

СО2,равные 62 и 68 Гц соответственно. Пульсирующий объем газа в электролите вызывает колебания в области: звуковых частот.

Сопротивление электролита В при наличии газа увеличивается за счет уменьшения эффективного сечения электропроводящего объема. Увеличение сопротивления электролита за счет газа моделируется включением резистора Rl и перемещением его движка в направлении Х. Следовательно, активное сопротивление, обусловленное газом, можно записать в виде где R — сопротивление столбика элеко тролита 0,05 0,01 0,01 м с пу° зырьком газа диаметром 0,005 м; с . — коэффициент пропорциональности, е = 1/5 10 м ; а; — диаметр i-ro пузырька газа, ограниченный пределами 0 а à 5

-9

1 10 м (предел сверху ограничен меж.полюсным расстоянием, снизу — реально обнаруживаемыми размерами газовых пузырьков); сд = 2 1 — угловая частота собственного резонанса газового пузырька.

Полагая, что сопротивление электролиз 1225881 4 та в отсутствие газа имеет постоянную величину (что допустимо для неколеблющейся поверхности металла), найдем суммарное эквивалентное сопротивление рассматриваемого объема электролита. Поскольку R (О) = const, то результирующее сойротивление электролита будет зависеть от диаметра пузырька газа. Сопротивление R будет увеличиваться пропорционально а„ и 10 флуктуировать с частотой о; = 2sf собственных колебаний газового пузырька. В связи с этим межполюсное напряжение будет также флуктуировать с частотами 15

j p()d с а

05>05 1 с

r е — выхо по ток Ж п.й

4) q q E Q) Q;

)= i*> где — номер элементарного объема элемента электролизера;

20 — номер пузырька газа в элемен тарном объеме.

В результате получается узкополосный спектр с максимумом мощности флуктуаций, соответствующим наиболее вероятному диаметру газового пузырька.

Определив интеграл от спектральной плотности флуктуаций в выбранном диапазоне частот, можно судить об интенсивности газовыделения.. Отношение величины интеграла спектрапьной плот-, 30 ности флуктуаций, измеренной на данном электролизере, к эталонной (полученной расчетным путем) дает, при известном токе серии, оценку выхода по току в момент измерения, т.е. пе- >5 рейдя к символам можно записать

1а д 5 д У» l

I u I — токи серии в момент измерес о ния интеграла спектральной плотности флуктуаций и принятый при вычислении коэффициента С; 4S

С вЂ” постоянный коэффициент, соответствующий интегралу от спектральной плотности флуктуаций при 1007 ном выходе по току;

Р(у) — спектральная плотность флук-50 туаций;

f, „f — частоты, на которых производятся измерения спектральной плотности; ь F — полоса частот, в которой 55 определяется спектральная плотность флуктуации (полоса пропускания фильтра).

Коэффициент С определяется путем экстраполяции экспериментально определенной кривой, отражающей зависимость интеграла спектральной плотности флуктуаций для различных значений выхода по току.

Способ реализуется с помощью устройства (фиг. 4), которое может работать в двух режимах в зависимости от положения переключателя П2 (контроль "К", регулирование "Р"). В положении "P" флуктуации рабочего напряжения электролизера с клемм 8, или акустические излучения с акустического датчика 9, установленного на электролизере, подают на полосовой фильтр 10 с полосой пропускания aF (фиг. 3). В процессе регулирования может быть установлена резонансная частота полосового фильтра f или f а

С полосового фильтра 10 сигнал поступает на усилитель 11 с коэффициентом усиления порядка 1000, далее сигнал подается на ограничитель 12.

Ограниченные, однополярные флуктуации поступают на интегратор 13 с временем интегрирования, выбранным в пределах (10-100)f или (0,5-1,5)с.

С выхода интегратора в момент считывания сигнал поступает на блок 14 перемножения и далее на аналоговый или цифровой индикатор 15, шкала которого отградуирована в относительных единицах.

В положении "P" первое измерение выполняется на частоте f,, второе— на частоте f, показания индикатора

2 запоминаются. Процесс регулирования осуществляется перемещением анода, а с интервалом 2-3 мин производятся повторные измерения. Регулирование заканчивается, когда отношение показаний индикатора на частоте f к по4 казанию индикатора на частоте f бу2 дет максимально. По окончании регулирования переключатель П2 переводится в положение "К", а полосовой фильтр — на частоту f . В этом положении сигнал, пропорциональный спектральной плотности в полосе k F при частоте настройки f, поступает

9 на блок 14 перемножения. На второй вход блока 14 поступает сигнал С полученный перемножением величины С (в аналоговом варианте эта величина есть постоянное напряжение, соответствующее интегралу от спектральной

1225881

Фиг. 3 плотности флуктуаций н измеряемом диапазоне частот для !ООЕ-ного выхода по току) на коэффициент отношения текущего значения тока серии I к

C принятому в расчетах I . Этот коэффио циент определяется в делителе 16 путем нахождения отношения I /I . С

Ф 0 выхода перемножителя 14 сигнал, пропорциональный выходу.по току, посту- 10 пает на аналоговый или цифровой индикатор 15, шкала которого отградуирована в процентах.

При рассмотренном определении выхода по току газ, находящийся над уровнем электролита, не оказывает влияния на суммарное сопротивление электролита В, а следовательно, и на контролируемый параметр.

Периодичность контроля выхода по току можно вести с любой последовательностью, заданной технологией, с учетом продолжительности выполнения операций регулирования технологического режима.

1225881

Составитель А. Абросимов

Редактор В. Петраш Техред И.Попович Корректор Л. Патай

Заказ 2106/20 Тираж 615 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæroðoä, ул.Проектная, 4