Способ диагностики анодного эффекта в алюминиевом электролизере

(191 11 4 С 25 С 3/20 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СТВУ А ВТОРСКОМУ СВИ 02 в ева,Апогееи Се 11 в1,ояние газованода: еслиинтеграловидетельствуазовой пленэффекта. 2 и пленки под например, зн оложительный зует сос подошвой ОГОЛИЗЕРЕ разности то это с т об увеличени и и приближени площад анодно етно ектро зобретение относи производству алю аоличество газоод подошвой анвую пленку за лизера, когда капливающихся образующих га контроля напр чество газов,ния элек да ивремяколи олит-глиноземнья диагностики х расплавов нодного эйлизом кри касаетфекта нас обожжеЦель жения, превьпвае выходящих из по п юминиевых электролизерах иными анода обретения овыш е д бгдиагностики являсостояния электроГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Математический институтчислительным центром АН ТаджТаджикский алюминиевый завод(54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ АНОДЭФФЕКТА В АЛЮМИНИЕВОМ ЭЛЕКТРО(57) Изобретение относитсяметаллургии, в частности к эл стоверности диагностики.На фиг.1 представлены кривая изменения сглаженного напряжения и функция взаимокорреляции между средним значением напряжения электролизера и интенсивностью частотной гармоники; на фиг.2 - блок-схема системь для реализации предлагаемого способа диагностики.Сущностью спаса,ется определение лизу алюминия, и может быть использовано при автоматическом контролеалюминиевых электролизеров. Цельизобретения - повьппение достоверностидиагностики. В качестве распознающего признака приближения анодного эффекта используется знак разностиинтервалов от функции взаимокорреляции между сглаженным напряжениемэлектролиэера и интенсивностью частотной гармоники напряжения в диапазоне0,9-1;3 Гц. Знак разности характеридошвы анода, Это состояние свидетельствует об увеличении газовой пленкии приближении анодного эффекта. Прихорошей смачиваемости электролитомподошвы анода, чтов общем случае наблюдается.при высокой концентрацииглинозема, выделение газов из электролита происходит по всей площадиподошвы анода. Интенсивность газовыделения, фиксируемая по соответствующей гармонике напряжения частотой,в данном случае максимальна, Приуменьшении концентрации глиноземаухудшается смачиваемость подошвы анода, образуется газовая пленка, уменьшается площадь подошвы анода, контактирующая с электролитом, и . соответственно уменьшается интенсивность гармоники напряжения электролизера частотой Г, При этом часть газов из электролита выделяется непосредственно в газовую пленку. В 10 процессе электролиза в зависимости от концентрации глинозема площадь газовой пленки, а следовательно площадь подошвы анода, контактирующая с электролитом, и интенсивность гар моники с частотой Г меняются. Способ базируется на выйвленной зависимости между изменением напряжения электролизера и интенсивностью частотной гармоники напряжения, соответстую щей газовыделению из электролита, в нормальном состоянии электролизера и перед анодным эффектом. В качестве параметра, обеспечивающего контроль газовыделения и образования газовой 25 пленки, используется напряжение электролизера, а также производные от него параметры; интенсивность частотной гармоники напряжения, соответствующая газовыделению, и функция 30 коэффициента взаимокорреляции между напряжением электролизера и интенсивностью данной частотной гармоники,Диагностика анодного эффекта основана на выделении признаков распозна" 35 вания из одного измеряемого параметра и использование их взаимосвязей, присущих состоянию перед анодным эффектом, В частности, данный способ основывается: на выявлении взаимокор реляции между инфранизкой частотной составляющей напряжения электролизера (с периодом 30 с и выше) и низкочастотной составляющей (с частотой 0,9- 1,3 Гц). Первая составляющая соответ ствует сглаженному напряжению электролизера Га и используется как параметр контроля процесса пассивации и "распассивации" т.е. процесс, обратный пассивации подошвы анода, Вторая50 составляющая соответствует частотной гармонике напряжения электролизера, обусловленной образованием под анодом и выходом наружу некоторого ре- зультирующего газового пузыря. Событие, в котором происходит возрастание первой составляющей (первая производная положительна) при уменьшении интенсивности второй составляющей, диагностируется. как увеличениепассияирояанной площади, а понижение11 (первая производная отрицательная) при одновременном увеличенииинтенсивности второй составляющейраспознается как уменьшение пассивированной площади.Из анализа кривых 1 и 2 (фиг,1),представляющих собой во временисглаженного напряжения электролизера и функции коэффициента взаимокорреляции между напряжением электролизера и интенсивностью частотнойгармоники, видно, что зона 3, ограниченная осью абсцисс и функциейР.О (С) (где Б - коэффициент взаимокорреляции; 1 э - среднее напряжениеэлектролизера; 1 - интенсивностьчастотной гармоники), соотяетствуетотрицательному значению функцииРц (1:) на участке напряжения элекЭтролизера, имеющего положительнуюпервую производную. На этом временноминтервале увеличение напряжения иизменение функции Р.в отрицаотельной функции свидетельствует обуменьшении интенсивности газовыделения из электролита под подошвой анода, контактирующей с электролитом,Степень уменьшения интенсивностиможно оценить по величине интегралаот функции Епо времени, когдалтфункция отрицательна, на участкенапряжения с положительной первойпроизводной аЬ,Зоны 4 и 5, ограниченные осьюабсцисс и кривой функции Р.1 1 ,соответствуют положительному значению функции. Наличие зоны 4 объясняется прекращением роста газовой пленкив точке Ь и увеличением интенсивности газовыделения при увеличениинапряжения, наличие зоны 5 - соответственно уменьшением интенсивности,обусловленным понижением напряжения.Зона б соответствует увеличению интенсивности газовыделения под анодомза счет уменьшения площади газовойпленки и выделения газов газовойпленки наружу. Степень увеличенияэтой интенсивности можно оценить повеличине интеграла от функции В,11 1по времени на участке сй. Зона 7соответствует состоянию электролизера, когда наблюдается понижение интенсивности газовыделения, обусловленное прекращением уменьшения площади газовой пленки и понижениемВ качестве распознающего признака приближения анодного эФФекта исполь О зуется знак разности модулей интегралов от Функции К (й) по области ее определения, в которой она отрицательна на интервале контроля напряжения, соответствующих участкам с 15 положительной и отрицательной первой производной от сглаженного по методу скользящего усреднения напряжения электролизера. Этот знак разности указывает на соотношение количества 20 газов, выделяющихся иэ электролита под подошвой анода и образующих газовую пленку за время контроля напряжения, и количества газов, выходящих из-под подошвы наружу за этот же 25 временной интервал. Если знак отрицательный, то это значит, что по окончании каждого периода колебания сглаженной переменной составляющей напряжения электролизера (кривая 1 30 на Фиг.1) все пузыри, составляющие газовую пленку, выходят наружу. Если знак разности интегралов положительный, то это свидетельствует об увеличении площади газовой пленки и приближении анодного эФФекта. По полученным экспериментальным данным периодичность низкочастотных колебаний напряжения электролизера находится в интервале 20-40 с, поэтому время 40 контроля напряжения должно включать в себя несколько колебаний низкочастотной составляющей напряжения, По результатам испытаний способа для получения достоверности диагноза анодного эФФекта, близкой к 100 Е, достаточен интервал измерения напряжения порядка 4 мин. Определение частотного диапазона, соответствующего газовыделению из электролита, произ водится на основе выявления максимапьной отрицательной корреляции между напряжением электролизера на участках с положительной первой производной и интенсивностью частотных гармоник напряжения, Выбор конкретной частотной гармоники из диапазона 0,9-1,3 Гц производится для каждого электролизера отдельно и может корректировать 45 148298 напряжения электролизера, Зона 8 определяет состояние увеличения интенсивности газовыделения при увеличении напряжения электролизера до момента увеличения площади газовой пленки (до точки е)1 26ся во времени, Для выбора частотной гармоники достаточно десяти реализаций напряжения электролизера за 5 мин до наступления анодного эФФекта.Способ диагностики реализуетсяследующим образом.Напряжение электролизера, измеряемое в течение 4 мин с помощью двенадцатиразрядного аналого-циФрового преобразователя (АЦП) с дискретностью 0,2 с, записывается в буФерное запоминающее устройство. Затеи для частотыиз диапазона 0,9-1,3 Гц на окне Т, равном 5 с, с шагом Тш, равным 1 с, производится расчет массива интенсивностей,М частотной гармоники на интервале измерения напряжения эмРасчет производится по следующей дюрмуле:П (в+а),;соз (Ьы) ),где и - угловая частота;п - число замеров за время Т,-изм,1 (в) - центрированные значенияэцвременного ряда значенийнапряжения электролизера1;г = 1-п).Далее для тех же значений Т и Т, методом скользящего усреднения производится расчет массива И сглаженных значений напряжения электролизера. Для массивов К и Р на скользящем окне То с шагом Тв производится расчет массиноя Исглаженных во второй раз значений йапряжения электролизера И (кривая 1 на Фиг.1) и массива И значений Функции Р 1 1 (й).91 Далее для этой Функции по области ее определения, в которой она отрицательна, на интервале ТзМ по Формуле прямоугольников производится расчет интегралов А и В, соответствующих участкам сглаженного напряжения элек" тролизера Рэ с положительной (участок Т ) и отрицательной (участок Т) первой производной. Математическая запись расчета интегралов А и В имеет следующий вид:1482982 тд =д, Р. (Й)сп; ид(дд/дйсО; еГОщ дддмд 10 Затем определяется признак прибли" щения анодного эффекта РА1 если А -В)О43 О, еслиА - 1 В Я 0,Равенство признака анодного эффекта единице свидетельствует о приближении анодного эффекта,Предлагаемый способ может быть15реализован на базе общеизвестных вычислительных средств АСУ ТП электролиза алюминия или с применением специализированного устройства диагностики анодного эффекта, структурнаясхема которого представлена.на фиг.2.Устройство содержит АЦП 9, входкоторого подключен к клеммам напря"жения электролизера 11, а выход - кинформационному входу блока 10 буферной оперативной памяти (БОП),управляющий вход которого подключенк выходу таймера 11 и к управляющемувходу блока 12 расчета интенсивностичастотной гармоники и скользящихсредних значений напряжения электроливера (БРИН), коррелятор 13, первыйи второй входы которого подключенысоответственно к первому и второмувыходам блока 12а первый и второй 35выходы-соответственно к первому ивторому входам блока 14 дискриминациии суммирования (БДС), выход которогоподключен к выходу устройства.Устройство работает следующим об- фразом.В блоке 10 БОП в течение времени7 устанавливаемом таймер 11, производится запись напряжения электро"лизера, преобразованного в цифровую 45форму АЦП 9. По окончании времениТ н блока 12 БРИН производитсярасчет массивов 11 и М . Элементымассива М. с первого выхода блока12 поступают на первый вход коррелятора 13, а элементы массива М свторого выхода блока 12 - на второйвход коррелятора 13. В последнемпроизводится расчет значений массивов М и М . Затем в блоке 14 дискриминации и суммирования производится выделение участков напряжения электролизера с положительной и отрицательной первой производной, вычисление А и В, а также определение признака приближения анодного эффекта Рз, При расчете данные о сглаженном напряжении П поступают с первоаго выхода коррелятора 13 на первый вход блока 14, а элементы массива И 4 с второго выхода коррелятора - на второй вход блока 14. Способ позволяет определить приближение анодного эффекта за 8-10 мин до его начала. Апробация способа производилась с применением подсистемы регистрации напряжения электролизера и ЭВМ ЕС 1022 и БЭСМ 6/7, Для проверки способа использовались сньпяе 40 реализаций напряжений, снятых с двух электролизеров на Таджикском алюминиевом заводе, По результатам апробации получена достоверность распознавания приближения анод- ного эффекта около 977. с временем счета на ЭВИ ЕС 1022 15 с для 1000 дискретных значений напряжения элек" тролизера, измеренных на интервале 4 мин 20 с. Ф о р м у л а и з о б р.е т е н и я Способ диагностики анодного.эффекта в алюминиевом электролизере, включающий измерение напряжения электролизера, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыщения достоверности диагностики, определяют функцию нзаимокорреляции между сглаженным напряжением электролизера и интенсивностью частотной гармоники напряжения электролизера в диапазоне 0,9-1,3 Гц, причем приближение анод- ного эффекта фиксируют, если для функции взаимокорреляции и ее отрицательной области на временном интервале контроля напряжения разность модулей интегралов этой функции, соответствующих участкам с положительной и отрицательной первой производной от сглаженного напряжения электролизера, положительна.1482982 РцГ Составитель А. Абросимов орректор С.Черни Техред И,Дидык едактор М,Петров Заказ 2788/23 Тираж 605 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 и ГКНТ СССР оиз твенно-издательский комбинат "Патент",.г. Ужгород, ул. Гагарина, 1