УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПО АНОДАМ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
DEVICE FOR DETERMINING CURRENT DISTRIBUTION OVER ANODES OF ALUMINIUM ELECTROLYSER

Область техники
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия способом электролиза, и может быть использовано при автоматизированном управлении технологическими процессами производства алюминия и диагностики проблем на анодах.
Уровень техники
Известен способ автоматического контроля технологического состояния алюминиевого электролизера с обожженными анодами, закрепленными на анодной шине (патент RU 2307881, МПК C25C 3/20, опубл. 10.10.2007), включающий измерение напряжения на конструктивных элементах электролизера с использованием датчиков напряжения, связанных с вычислительным блоком, и определение токов по анодам.
Недостатком данного способа автоматического контроля является то, что измерение напряжения на электролизере осуществляется в нескольких точках по длине анодной шины, но в расчете никак не учитывается электрическое контактное соединение анодная шина/анодная штанга, кроме того, отсутствует коррекция температурной зависимости электропроводности. Все эти перечисленные факторы могут давать существенную погрешность в измерениях токораспределения по анодам электролизера.
Также, известен способ автоматического контроля технологического состояния алюминиевого электролизера с обожженными анодами, закрепленными на анодной шине, включающий измерение напряжения на конструктивных элементах электролизера с использованием датчиков напряжения, связанных с вычислительным блоком и определение токов по анодам (патент US 4786379, МПК C25C 3/20, 1988). Определение токов по отдельному аноду основано на измерениях напряжения на вертикальном участке фиксированной длины анодной штанги. Коррекция температурной зависимости электропроводности проводится на основе данных от датчиков температуры на анодных штангах.
Основной недостаток способа по US 4786379 обусловлен тем, что измерение напряжения проводится непосредственно на анодных штангах. При использовании указанного способа для непрерывного мониторинга токораспределения по всем анодам электролизера необходима периодическая перенастройка системы, а именно при каждой замене анода проводится полный или частичный демонтаж и монтаж измерительного узла на анодной штанге.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ определения распределения тока по анодам, включающий в себя один или более датчик измерения магнитного поля, располагающийся в непосредственной близости от каждой анодной штанги (патент US 6136177, C25C 3/20, C25C 1/00, опубл. 24.10.2000). В способе предлагается использовать датчики тока на основе измерения магнитного поля (эффект Холла). Способ включает определение токораспределения по анодам в одном или нескольких электролизерах с помощью: i) размещения одного или нескольких датчиков для измерения магнитного поля вблизи каждой из одной или более анодных штанг, для создания одного или более сигналов, пропорциональных вышеупомянутым магнитным полям; (ii) передачи вышеупомянутых сигналов на устройство дистанционного управления; iii) проведения температурной и магнитной компенсации вышеупомянутых сигналов до или после вышеупомянутой передачи; и iv) создания сигналов управления, которые создаются на базе вышеупомянутых сигналов и идут на вышеупомянутый электролизер.
Основной недостаток способа прототипа заключается в том, что при каждой замене анода проводится полный или частичный демонтаж и монтаж измерительного узла на анодной штанге. Соответственно неизбежны сдвиги, повороты рамки, относительно предыдущего места установки, что обусловливает дополнительную ошибку измерения. Кроме того, в отдельных случаях датчики могут подвергаться воздействию высокой температуры (открытая створка, замена соседнего анода, технологическая обработка и т.д.), что может привести к выходу из строя датчиков.
Раскрытие изобретения
Техническая задача, поставленная перед изобретением, состоит в повышении точности измерения токораспределения по анодам алюминиевого электролизера. Решение поставленной технической задачи позволяет на его основе стабилизировать технологические параметры и режим работы электролизера и, тем самым, улучшить технико-экономические показатели работы алюминиевого электролизера.
Технологический контроль алюминиевых электролизеров основан на непрерывном считывании тока серии и напряжения электролизера и вычисления мгновенного сопротивления электролизера. Для непрерывного контроля процессов, происходящих в электролизере, недостаточно знать только величину напряжения, измеряемого на электролизере. Необходимо использовать дополнительные сигналы с электролизера, что позволит более точно производить диагностику происходящих процессов и вовремя реагировать на них. В качестве дополнительных сигналов могут быть использованы значения токовой нагрузки каждого анода, полученные путем замера тока, проходящего через анодную штангу, механически и электрически соединенную с анодом. При таком замере, в силу последовательного электрического соединения анода и анодной штанги, ток, проходящий через анодную штангу, в точности равен току анода. Информация о распределении тока электролизера по анодам, соединенным параллельно, называемое в алюминиевой промышленности термином «токораспределение», позволяет, в частности, оперативно принимать решение о выравнивании токов по анодам для достижения максимальной производительности при заданном токе электролизера.
Указанный технический результат, заключающийся в повышении точности измерения токораспределения по анодам алюминиевого электролизера, достигается тем, что устройство определения токораспределения по анодам алюминиевого электролизера, закрепленными на анодной шине, содержит в теле или на поверхности каждой анодной штанги один или более датчиков измерения магнитного поля, при этом датчики, если их более одного, соединены между собой проводами и посредством кабеля и/или путем беспроводной связи соединены с вычислительным блоком, размещенным на безопасном расстоянии от воздействия высоких температур.
Предлагаемое изобретение дополняют частные отличительные признаки, способствующие достижению указанного выше технического результата.
Перед установкой в анодную штангу датчики могут помещать в изоляционный материал для исключения электрического контакта датчиков измерения тока и анодной штанги. Кроме того, поверхность датчиков могут закрывать для защиты от механических повреждений и снижения температурных воздействий металлической крышкой, закрепленной на анодной штанге, а провода, соединяющие датчики, могут быть расположены в каналах, выполненных внутри тела анодной штанги. При этом кабель, соединяющий датчики с вычислительным блоком, может быть расположен в кабель-канале, закрепленном на анодной шине, а вычислительный блок может быть размещен на анодной шине.
Приведенные выше варианты частного выполнения по изобретению не являются единственно возможными. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия изобретения, определенной независимым пунктом формулы изобретения.
За счет установки датчиков измерения магнитного поля внутри тела анодной штанги и неизменного места положения датчика в случае замены анода существенно снижается погрешность измерения датчиком тока, соответственно технологический контроль электролизера и диагностика происходящих процессов будут правильно интерпретированы. Так как датчики установлены в теле анодной штанги, они не подвержены воздействию высокой температуры, возникающей при открытой створке, замене соседнего анода, технологической обработке и т.д. Кроме того, расположение датчиков внутри тела анодной штанги позволяет исключить обрывы, повреждения системы измерения при замене и транспортировке анода, поскольку датчики устанавливаются в процессе изготовления анодной штанги и не меняют своего положения относительно нее при замене анода.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, где показано:
на фиг. 1 - общий вид устройства;
на фиг. 2 - схема установки датчиков измерения магнитного поля на анодной штанге;
на фиг. 3 - схема подготовки анодной штанги к установке датчика измерения магнитного поля.
на фиг. 4 - схема установки датчиков измерения магнитного поля на поверхности анодной штанги.
Осуществление изобретения
Устройство определения токораспределения по анодам алюминиевого электролизера содержит анод 1, соединенный с помощью анодной штанги 2 с анодной шиной 3, посредством зажима 4. На анодной штанге 2 установлены датчики Холла для измерения магнитного поля 5 (далее по тексту - датчики 5). Датчиков 5 может быть один или более одного. Если датчиков более одного, они устанавливаются в одной плоскости, перпендикулярной оси анодной штанги и соединяются между собой электрическими проводами. Провода, соединяющие датчики 5 через электрический разъем 6 при помощи кабеля 7, расположенного в кабель-канале 8, соединены с вычислительным блоком 9. Для исключения электрического контакта датчиков измерения тока и анодной штанги датчики 5 могут быть помещены в изоляционный материал 10. Провода, соединяющие датчики 5, предпочтительно, расположены в каналах 11, выполненных внутри сечения анодной штанги.
Для измерения магнитного поля, создаваемого током, проходящим через анодную штангу, используют датчики 5. Датчики 5 интегрированы в проводник - анодную штангу 2. Сигналы с датчиков 5 передаются с помощью кабелей 7 расположенных в кабель-канале 8 в вычислительный блок 9, где сигналы накапливаются, проводится их обработка и затем осуществляется их передача их на шкаф управления (не показан) уже в обработанном виде (значения токов по анодам).
Монтаж датчиков 5 осуществляют следующим образом: в анодной штанге 2 выбирают (выфрезеровывают) углубление 2а для размещения датчиков 5, которые, при необходимости, помещают в изоляционный материал 10, например оболочку из стеклотекстолита, датчики 5 закрепляют внутри углубления 2а и соединяют между собой электрическими проводами, ведущими к электрическому разъему 6 с которым соединяется кабель 7. Электрические провода могут быть помещены в выполненных в теле анодной штанги кабель-каналах 11. Углубление 2а с датчиком 5, помещенным в изоляционный материал 10, может закрываться металлической пластиной 12 закрепленной на анодной штанге 2, чтобы не допустить повреждения измерительного оборудования (датчика 5).
При замене анода 1 производят отсоединение кабеля 7 от электрического разъема 6. Краном захватывают анодную штангу 2 с отработанным анодом 1, ослабляют зажим 4 и анод 1 извлекают из электролизера. Затем на анодную штангу 2 с вмонтированными в нее датчиками 5, соединенными электрическими проводами, устанавливают новый анод 1, затягивают зажим 4 и производят подключение кабеля 7 от электрического разъема 6 к проводам, соединяющим датчики 5.
Использование заявляемого устройства позволяет повысить точность измерения токораспределения по анодам алюминиевого электролизера.
Возможен вариант с расположением датчиков 5 на поверхности проводника - анодной штанге 2.
В этом случае монтаж датчиков 5 осуществляют следующим образом: на анодной штанге 2 закрепляются датчики 5, которые предварительно помещают в изоляционный материал 10 и с помощью винтов, вкручиваемых в тело анодной штанги 2, монтируются. От механических повреждений датчики 5 защищаются металлической пластиной 12, закрепленной на анодной штанге 2, поверх датчика 5.
Работа устройства с таким расположением датчиков полностью идентична работе датчиков с расположением внутри тела анодной штанги.