Способ управления подачей материала в ванну электролизера и устройство для его осуществления

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (31) 738657 (33) США

Опубликовано 30.12.80 Бюллетень № 48

Дата опубликования описания 30.12.80 (53) УДК 621 357.1 (088.8) (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Расселл Ли Вайт и Кеннет Ли Эдвардс (США) Ь Т Е

Иностранная фирма

"Алюминум Компани оф Америка" (США) (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ МАТЕРИАЛА В ВА1И1У

ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛН!ИЯ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к области управления процессом электролиза.

Известен способ управления подачей материала в ванну электролцзера. включающий

5 дозирование заданного количества сырья в электролизер и изменение тока, проходящего через него (1).

Недостатки известного способа заключаются в относительно низких производительности l0 электролизера и качестве конечного продукта.

Известно устройство, реализующее способ управления подачей материала в ванну электролизера, содержащее датчик тока, задатчик. регулирующий блок, связанный через исполнитель- 1> ный механизм с регулирующим органом, связанным с блоком позирования.

Недостаток известного устройства заключа ется в относительно низких производительности электролизера и качестве конечного продукта.

Целью изобретения является повышение производительности электролизера и качества ко! Ъ нечного продукта.

Поставленная цель достигается тем, что по предлагаемому способу определяют уровень и плотность расплавленной соли и объем металла в ванне электролизера,тепловые потери электролизера, причем плотность расплавленной соли определяют путем вычисления скорости образования хлора в электролизере, а объем расплавленного металла — по результатам измерения тока и тепловых потерь, при снижении уровня расплавленной соли и объема металла в ванне осуществляют подачу в ванну, а при повышении уровня расплавленной соли и объема металла до заданных значений подачу сырья прекращают, заданное значение корректируют в зависимости от плотности солевой ванны.

Кроме того, поставленная цель достигается тем, что предлагаемое устройство управления снабжено датчиком и задатчиком уровня солевой ванны, блоком сравнения текущего и заданного значений уровня, датчиком высоты и плотности расплавленной соли, датчиком тепловых потерь электролизера, задатчиком концентрации металла в ванне, вычислитель793411 в вычислительный блок 10 и в блок формирования сигнала управления.

Во время работы электролизера в донной его части под соляной ванной образуется

5 расплавленный металл, а при применении в качестве исходного сырья хлористого алюминия образуется газ-хлор, который может быть использован повторно в производстве хлористого алюминия. Объем расплавленного металла определяется путем измерения нагрузки электролизера с помощью датчика 5 тока и путем измерения тепловых потерь при помощи датчика 7 теплового потока, которые определяют температуру охлаждающего агента на входе и выходе теплообменника 8.

Тепловые потери определяют по изменению разности температуры при известном расходе охлаждающего агента.

Сравнительный анализ общего количества энергии, поступающей в электролизер и измеряемой датчиком 5> и количества тепловых потерь позволяет определить с помощью вычислительного блока 10 коэффициент использования тока в электролизере и по нему определить количество производимого металла и величину изменения (повышения) уровня металла в электролизере. Для расчета используется формула

2,5 ным блоком, причем датчики уровня расплавлен ной соли, тока электролизера, тепловых потерь из него; высоты и плотности солевой ванны, а также задатчикп подключены на входы вычислительного блока, пыход которого подключен ко входу регуппрующего блока.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство управления содержит блок 1 дозирования материала в ванну электролизера, связанный с регулирующим органом 2, манометрический датчик 3 с . преобразователем 4, для измепеция ьровня и высоты солевой ванны. датчик 5 тока, протекающего по шине 6„ датчики 7 теплового потока тепловых потерь от электролизера к теплообменнику 8, цифровой вычислительный блок 9, состоящий иэ блока 10 памяти и арифметического расчета данных, блока 11 формировании сигнала управления н блока 12 синхронизации, соединенного с регулирующим органом 2, Способ осуществляется следующим образом.

Задают величину концентрации материала в соляной ванне, необходимую для эффективной работы электролиэера, которую вводят в блок памяти. Непрерывно одновременно измеряют уровень и высоту ванны и результаты измерения передают в вычислительный блок.

Определяют объем расплавленного металла путем. измерения токовой нагрузки и теплопотерь иэ электролизера.

По мере образования металла в донной части электролизера сигнал подают в вычислительный блок и определяют уровень н высоту ма. териала в ванне, сравнивают с заданной величины уровня ванны с текущим и при условии, что заданная величина больше текущей, подают материал в ванну в течение времени, необходимого для точного восстановления концентрации материала в соляной ванне.

При производстве алюминия из хлористого алюминия происходит изменение в образовании газа хлора, при этом изменяется объем пузырькового хлора, и, следовательно, плотности расплавленной соли, в результате чего

45 изменяется объем и высота ванны. Эти вели. чины отклоняются от заданных и по значениям отклонений изменяют подачу материала в ванну.

Устройство, реализующее способ, работает

50 следующим образом.

Заданная величина концентрации исходного сырья в соляной ванне, необходимая для эффективной работы электролизера, вводится в блок 10 памяти вычислительного блока 9.

Текущеее значение уровня или высоты ванны непрерывно измеряется датчиком 3, бнгнал которого поступает в преобразователь 4. Сформированный в преобразователе сигнал поступает где О> количество металла, кг;

Q — количество металла, фунт;

0,7394 — десятичная дробь выведена из закона Кулона и представляет собой количество алюминия в фунтах, полученного из алюминиевого соединения, например галогенида алюминия, прн 1000 А тока, проходящего за час через одно отделение электролиэера при

100% коэффициента использования тока, 0,7394

J — величина тока, кА; п — количество отделений электролизера; к — число часов работы электролизера.

При образовании в донной части электролизера металла в вычислительный блок 10 поступают сигналы от датчиков 3 и 5, вычислительное устройство определяет уровень нли высоту материала в ванне при заданной концентрации, а заТем рассчитывает напряжение для заданной величины уровня ванны, сигнал поступает в блок 11 управления, где сравнивается с текущим значением. Блок управления формирует сигнал управления, который поступает на вход блока 12 синхронизации, формирующего управления регулирующим органом 2. Расход материала изменяется an

30

ВНИИПИ Заказ 9641/69 Тираж 698 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 7934 тех пор, пока концентрация материала в соляной ванне не станет равной заданной.

При добавлении материала уровень соляной ванны повышается, сигнал с датчика 3 приближается к заданному значению налряжения ! поступающему из вычислительного блока.При наличии сигнала ошибки производятся под. .стройка блока синхронизации по пропорциональному и интегральному закону управления.

При изменении количества газ-хлора в ван- 10 не электролиэера изменяется объем и высота ванны, вычислительный блок рассчитывает изменение заданной величины уровня ванны при любом изменении скорости образования хлора. По электрическим зависимостям между

1$ количеством хлора и током электролизера вычислительный блок соответствующим образом изменяет заданное значение уровня ванны.

Фо р м ул a,è зо бр е те н ия

1. Способ управления подачей материала в ванну электролизера, включающий дозиро вание заданного количества сырья s электролиэер и изменение тока, проходящего через него, отличающийся.тем, что, с целью повышения производительности электролизера и качества конечного продукта, определяют уровень и плотность расплавленной соли и объем металла в ванне электролизера, тепловые потери электролизера, причем плот11 а ность расплавленной соли определяют путем вычисления скорости образования хлора вэлек тролизере, а объем расплавленного металла по результатам измерения тока и тепловых потерь, при снижении уровня расплавленной соли и объема металла в ванне осуществляют подачу сырья в ванну, при повышении уровня расплавленной соли и объема металла до заданных значений подачу сырья прекращают, заданное значение корректируют в зависимости от плотности солевой ванны.

2. Устройство для осуществления способа тю п. 1, содержащее датчик тока, задатчик, регулирующий блок, связанный через исполнительный механизм с регулирующим органом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено датчиком и задатчиком уровня солевой ванны, блоком сравнения текущего и заданного значений уровня, датчиком высоты и плотности расплавленной соли, датчиком тепловых потерь иэ электролизера, эадатчиком концентрации ме. талла в ванне, вычислительным блоком, причем датчики уровня расплавленной соли, тока электролизера, тепловых потерь иэ него, высоты и плотности солевой ванны, а также эадатчнки подключены на входы вычислительного блока, выход которого подключей ко входу регулирующего блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США N 3847761, кл. 204 — 67, опублик. 1972.