Способ регулирования выхода по току алюминиевого электролизера

(19) БРЕ К АВТОР Анис ной УААРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬ МУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Красноярский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "Цветметавтоматика" и Красноярский политехнический институт(56) Ремпель С.И., Попов Р.Б. Определение выхода по току промышленных электролизеров для получения алюминия методом радиоактивного индикатора, - Цветные металлы, 1956, У 7, с. 37-39.Костюков А.А, Зависимость выхода по току от состава анодных газов. Цветные металлы, 1963, У 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности за счет оперативности и точности контроля и регулирования, одновременно 15114 С 25 С 3/20ЗСКСО,З,/3" ТЕНИ," ,. , Ц 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 ООХ- 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 щ и й с я тем, что выбор частотного диапазона осуществляют с учетом наиболее вероятного 11 иаметра газового пузырька, образующегося в межполюсном пространстве.3, Способ по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что в качестве технологической операции, направлен-. ной на повышение выхода по току, принимают изменение положения анода.Изобретение относится к промышленному производству алюминия электролизером криолит-глиноземных расблавов, 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 ниевых электролизеров.Цель изобретения - повышение производительности эа счет оперативности и точности контроля и регулирования. 13На фиг. 1 представлен элементарный участок объема электролизера; на фиг. 2 - его эквивалентная схема; на фиг, 3 " график спектральной плотности флуктуаций, вызванных газовы 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 В, электролита, обусловленное наличием газа, сопротивление В электролита в отсутствии З 02газа, емкость С, анод-электролит при наличии газовых пузырьков, емкость С анод-электролит в отсутствии газа, графики 5-7 спектральной плотности флуктуаций, вызванных колебаниями газа СО, СО, и суммарной соответственно, клеммы 8 для снятия рабочего напряжения электролизера, акустический датчик 9, полосовой фильтр 1 О, усилитель 11, ограничитель 12, интегра тор 13, перемножитель 14, индика тор 15, делитель 16,перемножитель 17.Разложение глинозема ведет к образованию газообразного кислорода (присутствие газообразного фтора не 4 учитывается), Соприкасаясв с анодом, кислород окисляет уголь с образованием газа СО и С 02. В электролите газ ведет себя подобно упругому шарику с эквивалентной присоединенной 0 массой ш = .4 и а , равной массе электъ Эролита, заключенной в объеме, участвующем в пульсациях пузырька, Кинетической энергией обладает оболочка сферы пузырька с коэффициентом жест- Ы кости 312 Я Рц. Каждый пузырек имеет свою собственную частоту, определяемую из равенства 1 3 Р м2 ьа где а - диаметр пузырька, м;- отношение удельных теплоемкостей газов, наполняющих пузырек(относительная единица): для СО 1,33,для СО 2 1,18 при 1000 СР - гидростатическое давление наглубине нахождения пузырька, равное(1+0,21 Ь) х 1 О Н/мЬ - глубина погружения анода, м;- плотность электролита,2100 кг/мВ связи с тем, что интенсивностьфлуктуаций определяется присоединенной массой электролита,пропорциональэной а , а количество пузырьков газав электролите пропорционально а , томаксимум интенсивности колебаний приходится на частоту 30-150 Гц, для которой произведение присоединенноймассы на количество пузырьков газаданного диаметра имеет максимальноезначение. Если подставить в выражение (1) наиболее вероятную величинудиаметра газового пузырька а =2/Зц (см),то получим наиболее вероятные частоты колебаний газа СО иСО 2,равные 62 и 68 Гц соответственно, Пульсирующий объем газа в электролите вызывает колебания в области:звуковых частот.Сопротивление электролита В приналичии газа увеличивается за счетуменьшения эффективного сечения электропроводящего объема. Увеличение сопротивления электролита за счет газамоделируется включением резистора В 1и перемещением его движка в направлении Х. Следовательно, активное сопротивление, обусловленное газом,можно записать в видегде В - сопротивление столбика элекотролита 0,05 0,010,01 м с пу зырьком газа диаметром 0,005 м;с. - коэффициент пропорциональности, е = 1/5 10 м ;а; - диаметр -го пузырька газа,ограниченный пределами 0 6 а51х 10 м (предел сверху ограничен меж.полюсным расстоянием, снизу - реальнообнаруживаемыми размерами газовыхпузырьков);сд = 2 Г - угловая частота собственного резонанса газового пузырька.Полагая что сопротивление электролиз 1225881 4 та в отсутствие газа имеет постояннуювеличину (что допустимо для неколеблющейся поверхности металла), найдемсуммарное эквивалентное сопротивление рассматриваемого объема электролита. Поскольку В (0) = сопз 1, торезультирующее сойротивление электролита будет зависеть от диаметра пузырька газа. СопротивлениеВх будетувеличиваться пропорционально а и 10флуктуировать с частотой о, = 2 вГ;собственных колебаний газового пузырька. В связи с этим межполюсноенапряжение будет также флуктуироватьс частотами 15Г(аИяЯ = 0,5+0,51 с 1 аг е - выхо по ток Х 100 4/,н.йма,.11 1 а 1где- номер элементарного объемаэлемента электролизера;201 - номер пузырька газа в элементарном 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 рейдя к символам можно записать1 а д у д У 11 и 1 - токи серии в момент измерес ония интеграла спектральной плотности флуктуаций и принятый при вычислении коэффициента С; 45С - постоянный коэффициент, соответствующий интегралу от спектральной плотности флуктуаций при 1007- ном выходе по току;Р(у) - спектральная плотность флуктуаций;ГГ - частоты, на которых производятся измерения спектральной плотности;Ь Р - полоса частот, в которой 55 определяется спектральная плотность флуктуации (полоса пропускания фильтра). Коэффициент С определяется путемэкстраполяции 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 П 2 (контроль "К", регулирование "Р"), В положении "Р" 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 ьР (фиг. 3). В процессе регулирования может быть установлена резонансная частота полосового фильтра Г или Га 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)Г 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 "Р" первое измерение выполняется на частоте Г второе - на частоте Г , показания индикатора2запоминаются. Процесс регулирования осуществляется перемещением анода, а с интервалом 2-3 мин производятся повторные измерения. Регулирование заканчивается, когда отношение показаний индикатора на частотек показанию индикатора на частоте Г бу 2 дет максимально. По окончании регулирования переключатель П 2 переводится в положение "К", а полосовой фильтр - на частоту Г, . В этом положении сигнал, пропорциональный спектральной плотности в полосе ь Р при частоте настройки Г , поступает9 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 спектральной1225881 а Фиг. 2 плотности флуктуаций н измеряемом диапазоне частот для ООЕ-ного выхода по току) на коэффициент отношения текущего значения тока серии 1 к принятому в расчетах 1 . Этот коэффиоциент определяется в делителе 16 путем нахождения отношения 1 /1 . СЮвыхода перемножителя 14 сигнал, пропорциональный выходу.по току, посту О 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.Тираж 615ИПИ Государственного комиделам изобретений и отМосква, Ж, Раушская ета СССытийаб., д.