УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В АНОДНОМ УЗЛЕ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
DEVICE TO CONTROL CURRENT DISTRIBUTION IN ALUMINIUM ELECTROLYSER ANODE ASSEMBLY

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из глинозема, и может быть использовано на электролизерах как с самообжигающимися анодами, так и с обожженными для контроля токораспределения в анодном узле.
Известен Способ автоматического контроля технологического состояния алюминиевого электролизера (Пат. РФ. №2307881, Опубл. 2007.10.10, аналог), включающий: непрерывное определение токораспределения по всем анодам электролизера путем косвенных измерений тока в анодах, анодных стояках и анодных перемычках по измерениям напряжения в отдельных точках по всей длине анодной шины с использованием датчиков напряжения, связанных с вычислительным блоком. Число точек измерения выбирают большим числа определяемых токов. Определение токов проводят по анодам, анодным стоякам и анодным перемычкам путем решения обратной задачи для уравнения распределения напряжения по анодной шине. При определении токов на части или всех анодных стояках и/или части или всех анодных перемычках измерение напряжения осуществляют в точках на анодных стояках и/или на анодных перемычках.
Основным недостатком данного способа определения токораспределения по всем анодам электролизера с обожженными анодами является высокая погрешность, поскольку в качестве измерительных «шунтов» берутся участки анодной шины. Помимо температурной погрешности имеет место погрешность за счет плохого контакта соединительных проводов, подключаемых к анодной шине путем «зачеканки». При применении данного способа вычисления тока в каждом анодном стержне электролизера с самообжигающимся анодом погрешность значительно увеличивается, т.к. существенно сокращается участок анодной шины, выполняющий роль эквивалентного шунта.
Известно также устройство, реализующее Способ контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах (заявка №2008126523 от 30.06.08, прототип), содержащее: коммутатор входных сигналов, электромагнитные датчики, линии связи электромагнитных датчиков с коммутатором входных сигналов, нормализатор входных сигналов, АЦП, микропроцессор, устройство согласования, автоматизированную систему управления (АСУ). В прототипе входы коммутатора входных сигналов подключены к выходам электромагнитных датчиков, установленных на анодных штырях, выход коммутатора входных сигналов подключен через последовательно соединенные нормализатор и АЦП к микропроцессору, выход которого через устройство согласования подключен к входу АСУ.
Промышленные испытания на действующем электролизере КрАЗа выявили недостаток данного устройства определения токораспределения по анодным штырям электролизера с самообжигающимся анодом, который заключается в сложности установки электромагнитных датчиков непосредственно на анодных штырях и необходимости переустановки датчиков при замене штырей. Кроме того, при перестановке штырей происходит повреждение датчиков и выход их из строя.
Задачей предлагаемого технического решения является устранение отмеченных недостатков, а именно повышение технологичности установки и повышение надежности работы электромагнитных датчиков и устройства в целом в течение всего периода от пуска электролизера до его демонтажа на капитальный ремонт.
Для решения поставленной задачи в «Устройстве контроля токораспределения в анодном узле алюминиевых электролизеров», содержащем: коммутатор входных сигналов, электромагнитные датчики, линии связи электромагнитных датчиков с коммутатором входных сигналов, нормализатор входных сигналов, АЦП, микропроцессор, устройство согласования, автоматизированную систему управления (АСУ), где входы коммутатора входных сигналов подключены к выходам электромагнитных датчиков, а выход коммутатора входных сигналов подключен через последовательно соединенные нормализатор и АЦП к микропроцессору, выход которого через устройство согласования подключен к входу АСУ, дополнительно включено устройство крепления электромагнитных датчиков, которое с размещенными в нем электромагнитными датчиками и витыми парами проводников, соединяющих выходы датчиков с входами коммутатора входных сигналов, крепится снизу анодной шины, а электромагнитные датчики располагают ниже анодной шины по центру плоскости алюминиевых штанг, подводящих ток к штырям.
Существенным отличием данного технического решения является то, что устройство крепления электромагнитных датчиков с размещенными в нем электромагнитными датчиками и витыми парами проводников, соединяющих выходы датчиков с входами коммутатора входных сигналов, крепится снизу анодной шины, а электромагнитные датчики располагают ниже анодной шины по центру плоскости алюминиевых штанг, подводящих ток к штырям.
Данное техническое решение позволяет повысить надежность устройства контроля токораспределения по штырям в анодном узле электролизера, поскольку электромагнитные датчики надежно защищены как от механических воздействий, так и от температурных возникающих при смене или перестановке штырей, а их расположение исключает влияние электромагнитного поля анодных шин на контролируемый параметр.
На фиг.1 представлен эскизный чертеж устройства контроля токораспределения в анодном узле алюминиевых электролизеров.
На фиг.2 представлен график экспериментально снятой зависимости величины ЭДС на выходе электромагнитного датчика от силы тока, протекающего в анодном штыре.
1
n
На фиг.1 введены следующие обозначения: X…X - клеммы на входе коммутатора для подключения датчиков, 1 - анодная шина, 2 - анодный штырь, 3 - электромагнитные датчики, 4 - линии связи электромагнитных датчиков (3) с коммутатором входных сигналов (7), 5 - швеллер, 6 - скоба, крепления швеллера (5) к анодной шине, 7 - коммутатор входных сигналов, 8 - нормализатор входных сигналов, 9 - АЦП, 10 - микропроцессор, 11 - устройство согласования, 12 - автоматизированная система управления (АСУ), 13 - алюминиевые штанги, подводящие ток к штырям, 14 - элемент крепления скобы (6).
Устройство контроля токораспределения в анодном узле алюминиевого электролизера работает следующим образом. Сигналы с выхода электромагнитных датчиков (3), пропорциональные силе тока в каждом из анодных штырей (2), подаются на коммутатор входных сигналов (7) через линии связи (4) электромагнитных датчиков (3) с коммутатором входных сигналов (7). Линии связи (4) в виде витых пар и электромагнитные датчики (3) устанавливают внутри швеллера (5) до его монтажа на анодной шине (1). Электромагнитные датчики располагают ниже анодной шины по центру плоскости алюминиевых штанг (2), подводящих ток к штырям. Швеллер (5) крепят к анодной шине (1) скобами (6), используя элемент крепления (11). Ширину швеллера (5) берут равной толщине анодной шины (1), что обеспечивает защиту электромагнитных датчиков от механического повреждения и воздействия выбросов огня при смене штырей. Сила тока в каждом из анодных штырей (2), а следовательно, и в каждой штанге (13), подводящей ток к штырю, зависит от сопротивления контакта алюминиевой штанги (13) с анодной шиной (1) и сопротивления контакта (глубины погружения) анодного штыря с углеродистым телом анода.
С выхода коммутатора входных сигналов (7) сигналы, пропорциональные току в каждом из анодных штырей (2), поступают на вход нормализатора входных сигналов (8), где обеспечивают необходимую фильтрацию и согласование по уровню. С выхода нормализатора (8) сигналы подают на АЦП (9) для преобразования в цифровой код. Преобразованный в АЦП (9) цифровой сигнал подают на микропроцессор (10), где рассчитывают ток, протекающий через каждый анодный штырь (2), и данные передают через устройство согласования (11) на вход АСУ (12). АСУ (12) выводит информацию на дисплей и/или печать в виде номограммы, представленной на фиг.2.
Из графика, построенного на основе экспериментально снятой зависимости ЭДС электромагнитных датчиков от силы тока в штыре, представленного на фиг.2, видно, что сигнал, снимаемый с электромагнитного датчика, имеет линейную зависимость от силы тока. Основное преимущество использования электромагнитных датчиков - бесконтактный контроль токораспределения по штырям самообжигающегося анода. Кроме того, с помощью разработанных электромагнитных датчиков впервые удалось реализовать бесконтактный метод измерения величины тока в штырях, расположенных с торцов анода вблизи анодных спусков.
Положительный технический эффект от реализации данного способа контроля токораспределения по анодным штырям заключается в стабилизации технологического режима процесса электролиза, снижении потерь электроэнергии в анодном узле за счет своевременного устранения перекосов в распределении электрического тока по анодным штырям.