УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ
INVENTION FOR CONTROL OF CURRENT DISTRIBUTION IN ALUMINIUM ELECTROLYSERS

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из глинозема, и может быть использовано для контроля силы тока в анодных штырях электролизеров с самообжигающимися анодами, так и в электролизерах с обожженными анодами, а также для контроля токораспределения по катодным блюмсам.
Известно 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 система 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 (in 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.
Известно «Устройство контроля токораспределения в анодном узле алюминиевого электролизера», содержащее: коммутатор входных сигналов, электромагнитные датчики, линии связи электромагнитных датчиков с коммутатором входных сигналов, нормализатор входных сигналов, АЦП, микропроцессор, устройство согласования, автоматизированную система управления (АСУ), швеллер и элементы его крепления, швеллер с размещенными в нем электромагнитными датчиками и витыми парами проводников, соединяющих выходы датчиков, которые располагают ниже анодной шины по центру плоскости алюминиевых штанг, подводящих ток к штырям, электромагнитные датчики подключены к входам коммутатора входных сигналов, а выход коммутатора входных сигналов подключен через последовательно соединенные нормализатор и АЦП к микропроцессору, выход которого через устройство согласования подключен к входу АСУ.
Испытания данного устройства на действующем электролизере КрАЗа показали высокую точность контроля силы тока в каждом штыре, подводящем ток к аноду электролизера с самообжигающимся анодом, что позволяет своевременно ликвидировать неравномерность подвода тока к отдельным участкам анода, уменьшить нежелательные гидродинамические процессы в расплаве и снизить падение напряжения в аноде.
Внедрение таких устройств на всех электролизерах позволило бы в автоматическом режиме вести контроль качества подвода тока к анодам, но требует проведения монтажных работ на анодных узлах действующих электролизеров, что сопряжено с существенными технологическими трудностями. Монтаж устройств на электролизерах в процессе капитального ремонта не вызывает трудностей в монтаже, но существенно увеличивает сроки внедрения, поскольку отключения электролизеров на капитальный ремонт производят через 3-5 лет, что следует отнести к основному недостатку данных устройств.
Задачей предлагаемого технического решения является устранение отмеченного недостатка, а именно создание переносного малогабаритного устройства, позволяющего оперативно производить съем информации о токораспределении в анодных штырях или блюмсах электролизеров за короткий промежуток времени. Оперативность контроля, с применением переносного прибора, повышает эффективность устройства контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах.
Для решения поставленной задачи в «Устройство контроля токораспределения в анодном узле алюминиевых электролизерах», содержащее электромагнитный датчик, нормализатор входных сигналов, АЦП, микропроцессор, где выход электромагнитного датчика, подключен через последовательно соединенные нормализатор и АЦП к микропроцессору, дополнительно электромагнитный датчик располагают на одном конце шеста, выполненного из не проводящего ток материала, длиной, достаточной для свободного доступа к любой из штанг, подводящих ток к анодным штырям, в месте крепления датчика устанавливают ограничительную планку, обеспечивающую идентичность расположения электромагнитного датчика относительно штанги во время измерения протекающего в ней тока, на противоположном конце шеста располагают последовательно соединенные нормализатор входных сигналов, АЦП, микропроцессор, а выход электромагнитного датчика соединяют с входом нормализатора входных сигналов витой парой. Выход микропроцессора оснащен USB разъемом для считывания накопленной информации об измеренных значениях тока в анодных штырях электролизеров.
Существенным отличием данного технического решения является то, что электромагнитный датчик размещают на одном конце шеста, выполненного из непроводящего ток материала, длиной, достаточной для свободного доступа к любому из анодных штырей человеком, проводящим замеры, и перемещающегося по полу электролизного цеха с глухой и лицевой стороны электролизера.
Вторым отличием является то, что выход электромагнитного датчика соединяют с входом нормализатора входных сигналов, расположенного на противоположном конце шеста (относительно электромагнитного датчика), витой парой проводников, а в месте крепления датчика устанавливают ограничительную планку, обеспечивающую идентичность расположения электромагнитного датчика относительно штанги во время измерения протекающего в ней тока.
Данное техническое решение позволяет повысить оперативность и технологичность контроля токораспределения по штырям в анодном узле электролизеров и своевременно принимать решения по перестановке анодных штырей, что сократит потери энергии в анодном узле и количество технологических расстройств работы электролизеров.
На фиг.1 представлен эскизный чертеж устройства контроля токораспределения в анодном узле алюминиевых электролизерах
На фиг.1 введены следующие обозначения: 1 - электромагнитный датчик; 2 - шест из не проводящего ток материала; 3 - место расположения электронных узлов и источника питания устройства; 4 - ограничительная планка, обеспечивающая идентичность расположения электромагнитного датчика относительно штанги во время измерения протекающего в ней тока; 5 - ручка для управления штангой во время измерений; 6 - витая пара проводников для соединения выхода индукционного датчика с входом нормализатора входных сигналов - 7; 8 - АЦП; 9 - микропроцессор; 10 - источник питания; 11 - USB разъем для считывания накопленной информации об измеренных значениях тока в анодных штырях электролизеров, на которых выполнены измерения; 12 - кнопка «измерение», подключает сигнал с выхода АЦП к входу микропроцессора, после того как электромагнитный датчик зафиксирован на штанге, подводящей ток к анодному штырю; 13 - кнопка включения электропитания прибора.
На фиг.2 представлен график экспериментально снятой зависимости величины силы тока в каждом из 72 штырей анода электролизера.
Устройство контроля токораспределения в анодном узле алюминиевого электролизера работает следующим образом. В исходном положении выход электромагнитного датчика (1) соединен с входом нормализатора (7) с помощью витой пары проводников (6). Выход нормализатора (7) подключен к входу АЦП (8), выход которого через кнопку (12) подключен к микропроцессору (9). Перед началом измерений кнопкой (13) включают электропитание прибора. С помощью шеста (2) подносят электромагнитный датчик (1) к штанге, подводящей ток к штырю анода. Расположение датчика на штанге, подводящей ток к штырю анода, фиксируют с помощью ограничительной планки (4), обеспечивая идентичность расположения электромагнитного датчика относительно штанги во время измерения протекающего в ней тока. После того как электромагнитный датчик (1) зафиксирован на штанге, нажимают кнопку «измерение», в результате сигнал с выхода электромагнитного датчика (1), пропорциональный силе тока в анодном штыре, поступает на вход нормализатора входных сигналов (7), который обеспечивает необходимую фильтрацию, усиление и согласование по уровню с выходом АЦП (8) для преобразования в цифровой код. Преобразованный в АЦП (8) цифровой сигнал поступает на микропроцессор (9), который рассчитывает ток, протекающий через анодный штырь (X). Измеренные показания тока в каждом штыре записывают в память микропроцессора. По окончании замеров полученные данные переносят в АСУ ТП через USB разъем, необходимую для технологов информацию выводят на дисплей и/или печать в виде графика, представленного на фиг.2.
Из графика фиг.2, построенного на основе экспериментально снятой зависимости распределения силы тока по штырям самообжигающегося анода электролизера, видно, насколько велико отклонение величины силы тока в отдельных штырях от среднего значения. Большие отклонения тока от среднего значения приводят к неравномерному выгоранию подошвы анода, локальным перегревам электролита и снижению выхода по току. Периодический контроль токораспределения позволит своевременно устранять неравномерности распределения тока по штырям и тем самым повысить эффективность работы электролизеров.
С помощью переносного прибора время измерения величины тока на всех 72 штырях анода составляет 10-15 минут.
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.