Устройство для определения содержания глинозема в электролите алюминиевого электролизера

Авторы патента:

Фещенко Роман Юрьевич (RU)

Бажин Владимир Юрьевич (RU)

Сизяков Виктор Михайлович (RU)

Педро Анатолий Александрович (RU)

C25C3/20 - автоматическое управление или регулирование электролизеров (управление или регулирование вообще G05)

Владельцы патента RU 2584631:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (RU)

Изобретение относится к электролитическому способу получения алюминия. Технический результат - повышение точности измерений и оперативности определения концентрации глинозема. Устройство для определения концентрации глинозема в электролите алюминиевого электролизера содержит автономный источник напряжения переменного тока, регистратор напряжения постоянного тока с градуировкой, низкочастотный электрофильтр и графитовым датчиком. При этом автономный источник напряжения переменного тока выполнен с возможностью подачи напряжения переменного тока в цепь графитовый датчик - катодная шина. Выход низкочастотного электрофильтра подключен к регистратору напряжения постоянного тока, а вход соединен с автономным источником напряжения переменного тока. 1 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому способу получения алюминия.

Известно устройство-зонд для электрохимического определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве (патент US 4450063, опубл. 22.05.1984), отличающееся тем, что рабочие поверхности анода и катода зонда, которые отделены изолятором, лежат на общей поверхности. Элементы зонда - углеродный анод и катод, изолятор из нитрида бора плотно подогнаны без использования углеродсодержащего и огнеупорного цемента.

Недостатком известного устройства для электрохимического определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве является низкий уровень изоляции боковой части анода и зонда от проникновения расплава в месте его механического контакта с нитридом бора, что приводит к снижению точности измерений.

Известно устройство измерения концентрации глинозема в расплавленном электролите (патент US 6010611, опубл. 04.01.2000). Предлагаемое устройство представляет собой датчик - электродную сборку, содержащую анод и катод, который расположен коаксиально относительно друг друга и изолирован нитридом бора. Анод размещен внутри катода и изготовлен из графита. Электронный блок управления и регистрации содержит автономный источник электропитания, управляемый источник напряжения, регистратор силы тока и напряжения. В рабочей части датчика, предназначенной для погружения в расплавленный электролит, анод не защищен изоляцией. Анод выполнен из углерода и имеет удлиненную цилиндрическую форму с отношением длины к диаметру больше чем 2,0.

Недостатком известного устройства является то, что при проведении измерений концентрации глинозема в электролите при анодном эффекте на электродной сборке устройства происходит окисление боковой поверхности углеродного анода удлиненной цилиндрической формы вследствие ее незащищенности, при этом расстояние между анодом и катодом электродной сборки постоянно изменяется. Кроме этого, слишком большое расстояние между анодными и катодными поверхностями является причиной большой омической составляющей напряжения при прохождении тока через электродную сборку и приводит к погрешности измерений. Также в известном устройстве не предусмотрены регистрация и компенсация омической составляющей напряжения в электролите между анодом и катодом электродной сборки (I·R), что также приводит к увеличению ошибки измерения.

Известен датчик концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве (авторское свидетельство SU 1673645, опубл. 03.08.1991), действие которого основано на измерении значений ЭДС гальванического элемента и определение концентрации глинозема в электролите через уравнение Нернста, включающего электрод сравнения и измерительный электрод.

Известно принятое в качестве прототипа устройство для определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве (патент RU 2370573, опубл. 20.10.2008),

содержащее датчик с анодом и катодом, расположенными коаксиально относительно друг друга и изолированными друг от друга изоляцией из пиролитического нитрида бора, причем анод расположен внутри катода и изготовлен из графита, электронный блок управления и регистрации, содержащий автономный источник электропитания, управляемый источник напряжения, регистратор силы тока и напряжения, изоляция выполнена в виде изоляционного покрытия, толщина изоляционного покрытия составляет не менее 1 мм, нанесенного методом химического осаждения из газовой фазы на боковую поверхность анода, электронный блок управления и регистрации снабжен управляемым генератором переменных высокочастотных сигналов, выход которого соединен с анодом датчика, а вход - с управляемым источником напряжения.

Датчик сложен в изготовлении в связи с необходимостью нанесения изоляционного слоя из нитрида бора, а при недостаточной толщине изоляционного слоя определение концентрации глинозема путем инициации анодного эффекта может вызвать локальное разрушение датчика.

Техническим результатом устройства является повышение оперативности определения концентрации глинозема в расплаве промышленного алюминиевого электролизера без отбора контрольных проб.

Технический результат достигается тем, что устройство снабжено низкочастотным электрофильтром и графитовым датчиком, а автономный источник напряжения переменного тока выполнен с возможностью подачи напряжения переменного тока в цепь графитовый датчик - катодная шина, при этом выход низкочастотного электрофильтра подключен к регистратору напряжения постоянного тока, а вход соединен с автономным источником напряжения переменного тока.

Сущность технического решения изображена на фиг. 1.

Устройство для определения концентрации глинозема в электролите 4 алюминиевого электролизера, включающего также анод 1, катод 2, катодную шину 3 и слой расплавленного алюминия 5, снабжено регистратором напряжения постоянного тока с градуировкой 9, низкочастотный электрофильтр 8, графитовый датчик 6 и автономный источник напряжения переменного тока 7, при этом предусмотрена возможность подачи напряжения переменного тока в цепь «графитовый датчик 6 - катодная шина 3», выход низкочастотного электрофильтра 8 подключен к регистратору напряжения постоянного тока с градуировкой 9, а вход соединен с автономным источником напряжения переменного тока 7.

Пример работы устройства для определения концентрации глинозема в электролите алюминиевого электролизера.

Графитовый датчик 6 погружают в электролит 4, в цепь «датчик 6 -катодная шина 3» подают напряжение переменного тока от источника 7 и измеряют постоянную составляющую падения напряжения в цепи «датчик 6 - катодная шина 3» при помощи регистратора напряжения постоянного тока 9, подключенного через низкочастотный электрофильтр 8.

Устройство для определения концентрации глинозема в электролите алюминиевого электролизера, содержащее автономный источник напряжения переменного тока, регистратор напряжения постоянного тока с градуировкой, отличающееся тем, что оно снабжено низкочастотным электрофильтром и графитовым датчиком, а автономный источник напряжения переменного тока выполнен с возможностью подачи напряжения переменного тока в цепь графитовый датчик - катодная шина, при этом выход низкочастотного электрофильтра подключен к регистратору напряжения постоянного тока, а вход соединен с автономным источником напряжения переменного тока.

Изобретение относится к устройству для определения профиля износа катода и профиля бортовой(ых) настыли(ей) алюминиевого электролизера, заполненного расплавом алюминия и имеющего бортовую(ые) настыль(и).

Система, способ и устройство для измерения и передачи рабочих условий электролитической ячейки // 2542869

Изобретение относится к системе, способу и устройству для измерения и передачи рабочих условий электролитической ячейки. Система содержит избирательно устанавливаемый элемент, соединенный с устройством для измерения и передачи рабочих условий электролитической ячейки, при этом избирательно устанавливаемый элемент сконфигурирован с возможностью перемещения устройства для измерения и передачи рабочих условий электролитической ячейки с физическим соединением с ванной и без него.

Способ автоматического контроля криолитового отношения // 2540248

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, а именно к области управления электролизом алюминия. Способ автоматического контроля криолитового отношения электролита алюминиевого электролизера, включающий измерение силы тока, напряжения на электролизере, расчет текущих значений сопротивления электролита и определение криолитового отношения электролита, сравнение криолитового отношения с заданным значением и корректировку криолитового отношения электролита при отклонении от заданного значения.

Способ защиты углеродной футеровки // 2522928

Изобретение относится к способу защиты углеродной футеровки алюминиевого электролизера при получении алюминия из металлургического глинозема в криолит-глиноземном расплаве и может быть использовано при вводе алюминиевого электролизера в эксплуатацию.

Способ производства вторичного алюминия в оборудовании с электролизером // 2496923

Изобретение относится к способу производства алюминия в электролизере. Способ включает этапы, при которых задают последовательность периодов управления с длительностью Т, идентифицируют возмущающие операции обслуживания на электролизере, которые могут привносить избыточный глинозем в электролитическую ванну, отмечают выполнение возмущающих операций обслуживания, определяют скорость В(k') подачи при регулировании для каждого периода k' управления и задают установленную скорость SR(k') подачи, равной М(k')×В(k'), где М(k') - заранее определенный коэффициент модуляции, который модулирует скорость В(k') подачи при регулировании так, чтобы учесть уменьшение потребностей электролизера, вызванное избыточным глиноземом.

Устройство контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах // 2484183

Изобретение относится к устройству для контроля силы тока в анодных штырях, анодах и катодных блюмсах электролизеров с самообжигающимися и с обожженными анодами. .

Способ контроля технологических параметров электролита алюминиевого электролизера // 2471019

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способу контроля состава расплавленного электролита в алюминиевом электролизере. .

Устройство для отбора проб расплава в электролизере // 2448199

Изобретение относится к металлургии, а именно к средствам контроля химического состава расплава электролизера, в частности алюминиевого. .

Способ управления алюминиевым электролизером // 2425180

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия на электролизерах с предварительно обожженным анодом, и может быть применено для управления пневматическим цилиндром пробойника системы автоматической подачи глинозема в расплавленный электролит.

Способ подготовки проб кальцийсодержащего электролита алюминиевого производства для анализа состава методом рфа // 2418104

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия и может быть использовано при технологическом контроле состава электролита методом рентгенофазового анализа (РФА).

Способ управления алюминиевым электролизером по минимальной мощности // 2593560

Изобретение относится к способу управления алюминиевым электролизером по минимальной мощности. Способ включает измерение падения напряжения на сопротивлении электролизера, сравнение измеренного значения с заданной величиной падения напряжения на электролизере и устранение рассогласования соответствующим перемещением анода. Перемещением анода снижают рассогласование греющей мощности от заданного значения до выделения на электролизере минимальной мощности, выделение минимальной мощности определяют по самопроизвольному росту электрохимической составляющей напряжения электролизера и поддерживают данное рассогласование соответствующим перемещением анода без изменения теплового состояния электролизера. Рассогласование греющей мощности от заданного значения с выделением на электролизере минимальной мощности создают за период тепловой постоянной электролизера и поддерживают данное рассогласование в каждом периоде времени измерения падения напряжения на сопротивлении электролизера. Перемещение анода определяют по рассогласованию минимальной мощности на электролизере от заданного значения в текущем периоде его работы и прогнозу выделения минимальной мощности на последующий период его работы. Выделение на электролизере минимальной мощности без изменения теплового состояния электролизера поддерживают перемещением анода на величину возможного снижения мощности на электролизере до минимального значения и увеличением мощности на величину самопроизвольного роста электрохимической составляющей напряжения электролизера. Выделение минимальной мощности определяют по самопроизвольному росту электрохимической составляющей напряжения электролизера одновременно со всеми переменными параметрами технологического процесса электролиза алюминия от вносимых в технологический процесс возмущений. Заданную мощность на последующий период работы электролизера определяют по сумме заданной мощности в текущий период его работы и рассогласованию минимальной мощности от заданного значения за соответствующий период времени работы электролизера. Обеспечивается снижение расхода электроэнергии, повышение выхода металла по току, снижение трудоемкости обслуживания электролизеров. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Способ управления подачей глинозема в электролизер при получении алюминия // 2596560

Изобретение относится к способу управления подачей глинозема в электролизеры для получения алюминия для поддержания концентрации глинозема в электролите, равной или близкой к концентрации насыщения. В способе измеряют приведенное напряжение (U) или псевдосопротивление (R), регистрируют результаты измерений через фиксированные интервалы времени и формируют циклы питания, включающие подачу глинозема в недостаточном или избыточном количестве в сравнении с теоретической скоростью расхода глинозема в процессе электролиза, причем длительность периодов недостаточного питания выбирается в зависимости от концентрации глинозема в электролите, а длительность периодов избыточного питания определяется по изменению одной или нескольких из регистрируемых на электролизере величин: приведенного напряжения, псевдосопротивления, скоростей изменения приведенного напряжения (dU/dt) и псевдосопротивления (dR/dt), регулирование межполюсного расстояния для поддержания энергетического баланса электролизера может осуществляться в любой из фаз питания. Обеспечивается повышение технико-экономических показателей процесса получения алюминия за счет отсутствия анодных эффектов в электролизерах с углеродными анодами и применения новых конструктивных и электродных материалов, которые имеют высокую скорость износа в электролите с низкой концентрацией глинозема. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ защиты углеграфитовой подины алюминиевого электролизера // 2626128

Изобретение относится к способу защиты углеграфитовой футеровки алюминиевого электролизера при производстве алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов, и может быть использовано при вводе алюминиевого электролизера в эксплуатацию. Способ включает формирование слоя электрического сопротивления на подине проекции анода, отдачу пускового сырья в пространство "борт-анод" и включение тока серии. Слой электрического сопротивления формируют из шихты, содержащей кокс, карбонат лития и кристаллический кремний, после формирования слоя проводят обжиг подины при температуре от 950 до 970°С. Обеспечивается снижение негативных эффектов, связанных с адсорбцией и проникновением натрия в углеграфитовую футеровку на стадии пуска электролизера, повышение стойкости и прочности углеграфитовой футеровки, увеличить срок службы и производительности электролизера, улучшение сортности получаемого алюминия и снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения удельного электрического сопротивления углеграфитовой футеровки. 3 табл.

Способ автоматического контроля нарушений работы системы апг алюминиевого электролизера // 2631072

Изобретение относится к способу автоматического контроля нарушений работы системы АПГ алюминиевого электролизера. Способ включает измерение напряжения на анодной шине электролизера и определение токов по анодам путем решения обратной задачи для уравнения распределения напряжения по анодной шине. Рассчитанные значения тока по анодам фильтруют, рассчитывают абсолютный прирост фильтрованного тока по каждому аноду на конец режима недостаточного питания глиноземом, сравнивают его с заданным интервалом значений приращения тока для нарушений в системе АПГ, определяют ближайшую точку АПГ к аноду с наибольшим значением по заданному критерию, перераспределяют дозу глинозема равномерно с данной точки питания на остальные и сообщают о нарушении работы системы АПГ. Обеспечивается возможность оперативно и точно определять нарушения работы системы АПГ. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ автоматической стабилизации положения анодного кожуха электролизера для получения алюминия // 2631074

Изобретение относится к способу автоматической стабилизации положения анодного кожуха относительно катода алюминиевого электролизера. Способ включает периодическое перемещение анодного кожуха относительно анода, закрепленного на анодной раме вверх в автоматическом режиме. При этом измеряют текущее значение положения анодного кожуха и сравнивают текущее значение положения анодного кожуха с требуемым по технологии значением положения анодного кожуха, определяя отклонение от требуемого по технологии значением положения анодного кожуха. На основе полученного сравнения постоянно рассчитывают коэффициент фактического положения анодного кожуха, разделив результат отклонения на скорость перемещения анодного кожуха и анодной рамы и суммируя к полученному значению время всех перемещений анодного кожуха и анодной рамы. С заданной по технологии периодичностью определяют необходимость перемещения анодного кожуха. При полученном отрицательном значении коэффициента фактического положения анодного кожуха перемещают анодный кожух на уставку перемещения анодного кожуха или до достижения коэффициента фактического положения анодного кожуха, равного нулю. Обеспечивается повышение эффективности работы систем АПГ, увеличение срока службы газоходного колокола, снижение частоты анодных эффектов и повышение качества алюминия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. , 2 табл.

Способ автоматического контроля технологических нарушений алюминиевого электролизера // 2631077

Изобретение относится к способу автоматического контроля технологического состояния алюминиевого электролизера с обожженными анодами, закрепленными на анодной шине. Способ включает измерение напряжения в нескольких точках по длине анодной шины электролизера и определение токов по анодам путем решения обратной задачи для уравнения распределения напряжения по анодной шине, рассчитанные значения тока по анодам фильтруют, рассчитывают шум тока по анодам с последующей фильтрацией, рассчитывают среднесуточный абсолютный прирост фильтрованного шума по анодам, сравнивают значения тока по аноду и абсолютного приращения среднесуточного шума по аноду с заданным значением и выявляют технологические нарушения на аноде. Обеспечивается возможность снижения количества технологических нарушений и повышения качества управления технологическим процессом в целом. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство для определения токораспределения по анодам алюминиевого электролизера // 2634817

Изобретение относится к области автоматизированного управления технологическими процессами производства алюминия и диагностики проблем на анодах, в частности, к устройству для определения токораспределения по анодам алюминиевого электролизера. Устройство установлено на анодной штанге, закрепленной на анодной шине, и содержит не менее одного датчика измерения магнитного поля, соединенного с вычислительным блоком. Датчики измерения магнитного поля расположены внутри тела анодной штанги, электрически соединенной с анодом, или жестко закреплены непосредственно на ее поверхности. Датчики соединены между собой проводами и с вычислительным блоком, размещенным на безопасном расстоянии от воздействия высоких температур, посредством кабеля и/или беспроводной связью. Обеспечивается повышение точности измерения токораспределения по анодам алюминиевого электролизера. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.