Способ определения удельного расхода углерода анода

1089175 Изобретение относится к металлур"гии легких металлов, а именно к контролю технологического процессаэлектролиза алюминия.При работе электролизера в условиях возникновения анодных эффектоврасход углерода анода повьппается,однако до настоящего времени не былразработан способ, позволяющий определить расход углерода анода прианодном эффекте,Известен способ определения СО 2и СР 4 в условиях герметизации шторных укрытий электролизера (при определенной степени герметизацииэлектролизера) И .Недостатком данного способа является то, что не учитывается расходуглерода анода при анодном эффекте,Наиболее близким по технической 1сущности к предлагаемому являетсяспособ определения удельного расхода углерода анода, включающий определение концентрации СО 2 в условияхгерметичной работы электролизера иконцентраций СОу, СО и М при доступевоздуха в электролизер.Согласно этому способу определяютконцентрацию С 02 в анодных газах приработе электролиэера в герметичныхусловиях и концентрации СО 2, СО и02 при доступе воздуха в электролизер, а величину удельного расходауглерода рассчитывают по уравнению(1-0,03744 с 3 с)1- )1-Нсо) ) ф и с)". г де - удельныи расход углерода анода вкг/кг АО;5со, - содержание СО 2 приработе электролизерав герметичных условиях ед,А Я,8 - содержание СО.), СО30 и Я 2 в анодных газахпри наличии доступавоздуха в электролизер, ед.со В 4 - содержание СО 2 и СР 4 З 5, , в условиях герметичной работы электролизера при анодномээффекте ед,К -коэффициент анодно-40 го эффекта, шт./сутки,"ль - продолжительностьанодного эффекта, ч.Допустим, что коэффициент "вспьппки" (анодного эффекта), который показывает число "вспышки" в сутки, равняется К, а продолжительностьИ Авспьппки в часах равняетсятогда в интервале времени равном 1 ч от"носительная щФЬдолжительность (т.е.время, при котором можно считать,чтованна работает при анодном эффекте)Ь будет равняться:А 6 О,О 416 ь 1 с,Обозначив продолжительность нормального электролизера буквой А 1 изная, что Ь 1 А 12 = 1 п им:Ь = 1-0,416 2 К с олуч Р = +0)552 3 Р+со )М+ + "с2 где Р - удельный расхода углеродаанода, кг/кг А 8СО - концентрация .СО 2 в усло 1твиях герметичной работыэлектролизера,ед,А)Б,В - содержание СО 2, СО и Н вусловиях доступа воздухав электролизер, ед. 2Недостатком прототипа являетсято, что он не учитывает дополнительные потери углерода, связанные .свозникновением анодного эффекта.Цель изобретения - повышениеточности измерения удельного расходауглерода анода.Поставленная цель до тигаетсятем, что в способе определенияудельного расхода углерода анодавключающем определение концентра ции СО в условиях герметичнойработы электролизера и концентрацийСО,2, СО и йу при доступе воздуха вэлектролизер, что согласно изобретению дополнительно определяют концентрации СОи СР 4 в условиях герметичной работы электролизера прианодном эффекте, а величину удельного расхода определяют по уравнению,+ 11 соОпределяем часовой расход углеро да анода при работе ванн в режиме анодного эффекта. Как известно при анодном эффекте происходит резкое повышение содержания окиси углерода, 10 которое и является основным показателем повышения расхода анода. Кроме этого в анодном газе появляется но-. вый компонент СГ, Обозначив концентрации этих компонентов Пс 0 Пс 0 15 и ПС 4 и зная, что ПС 0 Пса ф ПСЕа определим часовое количество анодного газа.Так при анодном эффекте частичная замена разряда ионов кислорода на 20 разряд ионов фтора иобразование СР в конечном итоге не приводит к изменению теоретического объема газа (при исчезновении каждого грамм-моля кислорода (или СО) обра зуется 1 г-моль четырехфтористого углерода), то и в этом случае объем газа окажется равным Т 562с0+ Р 4 26 810-з30Вследствие обратной реакции электродных продуктов 2 А 8+ 3 СОу = АЗОЗ+ 3 СО35. за один час теряется ДФ а кг металла: смеси кислорода и четырехфтористого углерода, а 90 , с количеству О и СР будет соответствоватьСОСО+С количество анодного гаг 4за СъЪСО + СоС 4 0,415 10СО СР4Зная часовое количество анодного газа и его состав, легко можно опре- делитЬ и часовой расход углерода анода при работе ванн в режиме анодного эффекта.4 Р = -0,415-10н 3 Ъ 35 фб 1+ "со + "с,Если за один час расходуется Ьр количество углерода, то за время, равное Е 1 ю = 0,0416 2будет расходоваться3 рР= 0,0416 О -1: 5 фб 0,445 10 СО С 4Таким образом, действительный часовой расход углерода анода равняется не величине Ьр а сумме 61 = ЬР й, + ЬР Ь илийР = (1-0,041681)3 я0,415 10+ 0,041621 х1+ йс 056 к 0,415. 101+ "со ф" с4йв = 0,33610 3 (1-Ц) где- выход по току при "вспыш 1ке , ед,Согласно этой реакции потери кислорода, связанного в СО, составляютПрактическое же количествокислорода (входящего в состав конечно.го С 02 и СО) и четырехфтористого 50 углерода окажется равнымсоа,фс 4 0 ф,л0 +с 4= 0,207410 ф 3 55Одному кубическому метру анодногоПцгаза соответствует (Псо +-г +11 с) м Вследствие пульсирующего выхода анодных газов под корку электролита подсасывается немалое количество воздуха, кислород которого, дополнительно окисляя. углерод анода, меняет расход углерода. Это положение доказано отсутствием азота (наличием равенства Ксо 1 Йсо = 1 и присут 2ствием 8 (существованием неравенства АФБ) в пробах газов, взятых при отсутствии и наличии доступа воздуха под корку электролита,Так как 8 с 0 , Кс 0АВ. то иэ этого следует, что вследствие подсоса воздуха соотношение СО и СО не изменяется в сторону его повышения (т,е. концентрация СОд в гаэовоздушной смеси не увеличивается) Концентрация СО повысилась бы в случае наличия реак- циие 10 оной расход углерода,ополнительные потери уг.анные с возникновениемекта, окажется равнымдР Общий чавключающийлерода, свяанодного эффаР: дР Если за чество угле О =1- ватьсяьРь 1 = ( 0 0416 ь Ь Р = (1-0,0416 2 с )Вк 0,41510 э + 0,041621+ 1 СОэЛМ ф 0415 10 ++ соф Пег1После соответствующих преобразонаний получимИ - . 0415102 5,6 кс,гг 10 э 3 В( кк 31+ Исо 10. э 2 Ч (А+Б)(кг) удельные поуглерода в кг на кглученного металла,о соотношению+ 352 В(А+Б) рас 50 сО + 11 ст 1+ угЭта Формулании равенства5. нормальном режиМВ действителизводительностьтролизера равня допущНа основании этих данных лег можно определить часовой. расход 1( 6 Рц 1 углерода, вызванный ок нием его кислородом воздуха 3 , О э В(А+Б Р = - 0 22 10 э5,6 один час расходуется кол рода, то за время, равно 0,416 ь к будет расходоИз этого факта следует независимость соотношения СО и СО, возник" ших от окисления углерода анода кислородом воздуха, от состава анодного газа. Кроме этого это означает,что 25 смесь С 02 и СО, образованных при окислении углерода анода кислородом воздуха, значительно богаче окисью . углерода. На участке входа воздухапод корку электролита вследствие резкого уменьшения скорости перехода анодно образованного СО, создаются условия для более полного протекания реакции углерода анода с углекислым газом, образованным за35. счет кислорода воздуха, Тай как при анодном эффекте условия подсоса воздуха не изменяются, то часовой расход углерода и в этом окажется равным 0 10- В(А+Б) 340 Если за один час расходует оличество углерода, то за вр авное .611 = 0,0416 1 буде одоваться ЬР 4." = 0,04162. к.л 3ФВ(А+Б)П . 2 2 М ОГ,+ соТаким образом часовой расхлерода анода, обусловленныйсосом воздуха, равняется не вчина Р" а:ЬР хЬРцЬЬ+йР "й 1,При часовойэлектролизера+ 0 0276 ьЬ(1+ получается при ыходов по току прие и при вспышке". ьности часовая проалюминиевого элекется сумме количеств14 13 1089175 позволит сэкономить значительные средства.Так, если сравнить с прототипом (например тусклой вспьппке) в предлагаемом способе получены данные по потерям углерода, равные 0,4226 кг/кг АР При расчете по способу прототипа эта величина окаэапась равной 0,417 кг/кг АР 23(1+0,663) Состав анодного газа при нормальной работе электролизера, ед, 0,54 0,68 0,29 1, .Тусклая Оф 17 0,65 0,50 0,35 0,15 3 0,66 0,52Ф 0,35 0,13 усредненныезначения 0,663 0,52 0,33 0,15 2 Средняя 0,25 0,70 0,57 0,18 0,69 0,58 0,27 0 71 0,56 0,27 0,17 усредненныезначения 0,70,79 0,580,560,576 Коэффициент анодного эффекта Кшт/сут0,111.0,267 О,230 0,1660,18 3 Яркая 0,73 0,26 0,16 0,75 0,28 0,18 усредненныезначения 0,736 0,256 0,166 тПродолжение таблицы Номер ванны,характервспышки Состав газа прианодном эффекте,ед.) Время протекания анодного эффекта,ч Удельный расходуглерода анода при анодном эффектеР, кг/кг А 1 Тусклая 0,17 0,20 0,15 0,1080,100,12 0,100,0960,098 0,420180,42600,4216 0,173 0,1 0,098 0,4226 Номер ванны, Примерыхарактер.вспьппки О, 15 (О, 52+0,33)г (о,52+0,зз) 1+о,66 з)= 0,417 кг/кг АРт.е. величина потерь углерода поспособу прототипа (без учета потерьуглерода,фимеющих место при анодномэффекте), оказывается меньше, чемистинная величина потерь, рассчиты .ваемая с учетом "вспышки" при реаль;ноМ процессе электролиза, по предлагаемому способу.е16Продолжение таблицы 1089175 Состав газа прианодном эффекте,ед) Номер ванны,характервспышки Время протеканияанодногоэфФекта,ч Коэффициентанодного эффекта,К 1шт/сут Удельный расходуглерода анодапри анодном эффектеР, кг/кг АСоставитель И. ШамаринаРедактор Е. Кривина Техред А.Ач Корректор А. Тяско Заказ 2878/25 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,4 0,0833 0,0850 0,0840 0,0841 0,0730,071 Тираж 633 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5