Способ контроля технического состояния катодного узла электролизера
METHOD FOR MONITORING THE TECHNICAL STATE OF A CELL CATHODE ASSEMBLY

Изобретение относится к области контроля технологических параметров и автоматизации процесса производства алюминия из криолит-глиноземных расплавов, более конкретно к автоматическому контролю составляющих ЭДС на выводах катодных блюмсов, для оценки распределения тока по блюмсам и технологического состояния электролизных ванн.
Известно техническое решение «Устройство контроля токораспределения в анодном узле алюминиевого электролизера» (Пат. РФ №2484183, Опубл. 10.06.2013. Бюл. №16, аналог), содержащее электромагнитный датчик силы тока, нормализатор входных сигналов, аналогоцифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор, в котором выход электромагнитного датчика силы тока подключен через последовательно соединенные нормализатор и АЦП к микропроцессору, отличающееся тем, что электромагнитный датчик силы тока расположен на одном конце шеста, выполненного из непроводящего ток материала, длина которого достаточна для свободного доступа к любой из штанг, подводящих ток к анодным штырям или блюмсам, причем в месте крепления датчика установлена ограничительная планка, обеспечивающая идентичность расположения электромагнитного датчика силы тока относительно штанги во время измерения протекающего в ней тока, а на противоположном конце шеста расположены последовательно соединенные нормализатор входных сигналов, АЦП, микропроцессор, при этом выход электромагнитного датчика силы тока соединен с входом нормализатора входных сигналов витой парой, а выход микропроцессора оснащен USB-разъемом для считывания накопленной информации об измеренных значениях силы тока в анодных штырях или блюмсах электролизера.
Недостатком данного технического решения является сложность автоматизации процесса измерения.
Известен также «Способ обнаружения локальных мест разрушения подины алюминиевого электролизера (Пат. РФ №2180367, Опубл. В Б.И. 10.03.2002. Бюл. №7, прототип) Способ включает приборные измерения физических параметров конструктивных элементов подины и определение мест разрушений по отклонению величины этих параметров от нормативных технологических. При этом измеряют токовую нагрузку на всех катодных стержнях и определяют места и степень разрушения подины по величине уменьшения токовой нагрузки от нормативной технологической на катодный стержень или на группу катодных стержней. Кроме этого дополнительно измеряют температуру всех катодных стержней и уточняют места и степень разрушения подины по величине уменьшения температуры катодного стержня или группы катодных стержней от нормативной технологии.
Недостатком данного способа (прототипа) является сложность автоматизации процесса контроля токораспределения в катодном узле, что снижает эффективность способа для текущего оперативного определения электропроводности и степени разрушения отдельных узлов подины электролизера.
Задачей предлагаемого решения является расширение диапазона контролируемых параметров, и как следствие повышение точности и оперативности контроля технологического состояния подины и диагностики места и вида отклонения электрофизических параметров подины от нормы.
Для решения поставленной задачи измеряют силу тока протекающего через каждый блюмс (катодный стержень) определяют место и степень разрушения подины по величине уменьшения токовой нагрузки, дополнительно измеряют ЭДС с помощью электромагнитных датчиков установленных на каждом катодном блюмсе и с учетом известной величины силы тока серии определяют силу тока протекающею через каждый блюмс из выражения
iб
iб
где: I - величина тока протекающего через i-й блюмс; Iс - ток серии;  - суммарная ЭДС электромагнитных датчиков установленных на всех 30-ти блюмсах; E - эдс измеренная электромагнитным датчиком на i-том блюмсе.
При отклонении величины силы тока в блюмсе, превышающей допустимые технологическими рекомендациями величины, формируют сигнал на устранение технологического нарушения.
Существенным отличием предлагаемого технического решения является то, что дополнительно измеряют ЭДС с помощью электромагнитных датчиков установленных на каждом катодном блюмсе и с учетом известной величины силы тока серии определяют силу тока протекающего через каждый блюмс из выражения
iб
iб
где: I - величина тока протекающего через i-й блюмс; Iс - ток серии;  - суммарная ЭДС электромагнитных датчиков установленных на всех 30-ти блюмсах: E - эдс измеренная электромагнитным датчиком на i-том блюмсе.
По результатам полученных измерений определяют токораспределение по отдельным блюмсам электролизной ванны, что позволяет выявлять отклонения электропроводности от средней величины по каждому катодному блоку и с высокой достоверностью диагностировать электрофизическое состояние катодного узла.
1
2
3
15
1
2
3
общ
На фиг. 1 представлен эскизный чертеж катодного узла электролизной ванны С8БМ, на котором показаны расположение датчиков для измерения тока, протекающего через каждый блюмс катодного узла и устройство измерения силы тока в каждом блюмсе. На фигуре 1, введены следующие обозначения: Д, Д, Д…Д - датчики силы тока протекающего через каждый блюмс с одной (лицевой) стороны электролизера, К, К, К…К. - клеммы на входе коммутатора для подключения всех электромагнитных датчиков тока контролируемого электролизера, Iс - клеммы для подключения сигнала о величине тока серии, 1 - вариант крепления электромагнитных датчиков к блюмсам, 2 - блюмс, 3 - контрфорс, 4 - ребра жесткости катодного кожуха, 5 - катодный кожух, 6 - жгут из проводов соединяющих электромагнитные датчики, установленные на каждом блюмсе, с коммутатором входных сигналов, 7 - коммутатор входных сигналов, 8 - нормализатор входных сигналов, 9 - АЦП, 10 - микропроцессор, 11 - устройство согласования, 12 - автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП).
На Фиг. 2, Представлен эскизный чертеж поясняющий, защищенное от повреждений место расположения жгута из проводов, соединяющих установленные на каждом блюмсе электромагнитные датчики, с коммутатором входных сигналов.
На фиг. 3. Приведен пример результата вывода визуальной информации о распределении тока по блюмсам катодного узла.
1
2
30
Устройство работает следующим образом: Сигналы ЭДС электромагнитных датчиков пропорциональные силе тока в каждом из блюмсов (2), подаются через линии связи (6) датчиков тока (Д, Д, … Д) на коммутатор входных сигналов (7). Сила тока в каждом из блюмсов зависит от сопротивления контакта блюмса (2) - с углеродистым телом катодного блока и площади контакта блока с расплавом алюминия.
с
С выхода коммутатора входных сигналов (7), сигналы пропорциональные току в каждом из блюмсов (2), и величине текущего значения тока серии I, поступают на вход нормализатора входных сигналов (8), который обеспечивает необходимую фильтрацию и согласование по уровню. С выхода нормализатора (8) сигналы поступают на вход АЦП (9) для преобразования в цифровой код. Преобразованный в АЦП (9) цифровой сигнал подают на микропроцессор (10), где с учетом текущей величины тока серии рассчитывают ток, протекающий через каждый блюмс (2) из выражения
iб
iб
где: I - величина тока протекающего через i-й блюмс; Iс - ток серии  - суммарная ЭДС электромагнитных датчиков установленных на всех 30-ти блюмсах; Е - эдс измеренная электромагнитным датчиком на i-том блюмсе.
И полученные значения передают через устройство согласования (11) на вход АСУТП электролизного корпуса (12). АСУТП (12) выводит информацию на дисплей и/или печать в виде номограммы представленной на фигуре 3.
Измерение силы тока протекающего через каждый блюмс катодного узла, позволяет контролировать процесс разрушения катодной футеровки и неравномерность токораспределения по блюмсам.
Данное техническое решение позволяет повысить точность контроля величины тока протекающего через каждый блюмс катодного узла, что даст возможность своевременно выявлять неравномерность токораспределения, степень разрушения катодного блока и сопротивление контакта расплава алюминия с блюмсом, что позволит контролировать отклонения технологического режима от установленного регламентом для данной конструкции электролизера.