СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОМ
PROCEDURE FOR CONTROL OVER ALUMINIUM ELECTROLYSER

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия на электролизерах с предварительно обожженным анодом, и может быть применено для управления пневматическим цилиндром пробойника системы автоматической подачи глинозема в расплавленный электролит.
В процессе электролиза алюминия непрерывно расходуется растворенный в электролите глинозем, который подается в электролит отдельными дозами массой от 0,5 до 2 кг. Концентрация глинозема в электролите должна поддерживаться в диапазоне от 2 до 3,5%. При работе на более низкой концентрации глинозема увеличивается вероятность возникновения анодных эффектов, которые приводят к увеличению выбросов вредных веществ и снижению технико-экономических показателей процесса. При более высокой концентрации глинозема увеличивается вероятность образования осадка нерастворенного глинозема на подине электролизеров, также приводящего к снижению технико-экономических показателей процесса.
При подаче глинозема на открытую поверхность электролита часть глинозема растворяется, а другая часть образует твердый агломерат глинозема с электролитом, так называемую криолит-глиноземную корку, которая с течением времени начинает препятствовать попаданию подаваемого дозаторами глинозема в электролит. Для обеспечения надежной подачи глинозема в электролит на электролизерах устанавливают специальные пробойники для разрушения образующейся корки. Пробойники крепятся к штокам пневматических цилиндров, а пневматические цилиндры устанавливаются на балке-коллекторе электролизера с возможностью регулирования их положения по высоте. Установка пневматических цилиндров на балку-коллектор электролизера производится через блок изоляции. Таким образом, конечное положение пробойников определяется геометрическими размерами пневматических цилиндров и их положением относительно балки-коллектора. Из-за изменения уровня расплава электролита, происходящего в зависимости от текущего технологического состояния электролизера или проводимых на электролизере технологических операций, погружение пробойников в электролит может производиться на различную глубину.
В случае чрезмерного заглубления пробойников в электролит или слишком долгого их пребывания в электролите происходит налипание электролита на пробойники, что в конечном итоге приводит к непробоям корки, блокированию подачи глинозема в электролит и возникновению анодных эффектов. Кроме того, при этом происходит быстрый износ наконечников пробойников.
Таким образом, одной из основных задач управления подачей глинозема в электролит является обеспечение касания пробойником расплава при каждом его срабатывании независимо от колебаний уровня расплава в электролизере с минимальным временем нахождения пробойника в расплаве.
Аналогом и прототипом заявляемого способа является способ управления работой пробойника криолит-глиноземной корки алюминиевого электролизера (патент WO 84/03108, М. кл. С25С 3/14, 1984). Способ управления включает перемещение пробойника вниз и при определении касания пробойником расплава электролита возврат пробойника в исходное положение. Для определения касания пробойником расплава используется источник переменного тока. Источник переменного тока подключается к корпусу пневматического цилиндра, к штоку которого прикреплен пробойник, и к катоду алюминиевого электролизера. Шток пневматического цилиндра имеет надежный гальванический контакт с корпусом пневматического цилиндра. В цепи источника переменного тока и устройства, регистрирующего появление переменного тока в контролируемой цепи, установлены конденсаторы, предотвращающие попадание в цепь регистрирующего устройства потенциала алюминиевого электролизера. При достижении пробойником расплава электролита цепь источника переменного тока и регистрирующего устройства замыкается, что является сигналом для возврата пробойника в исходное состояние.
Недостатком известного способа является то, что для обеспечения определения касания пробойником расплава необходимо применение специального типа пневматического цилиндра, имеющего надежный гальванический контакт между корпусом пневматического цилиндра и его штоком, который сложнее в изготовлении и дороже по сравнению с обычным типом пневматических цилиндров, применяемым в системах автоматической подачи глинозема.
Задачей изобретения является обеспечение определения касания пробойником электролита при использовании любого типа пневматических цилиндров.
Технический результат достигается тем, что в способе управления алюминиевым электролизером с предварительно обожженным анодом, заполненным расплавленным электролитом и снабженным системой автоматической подачи глинозема с пневматическим цилиндром, шток которого оснащен пробойником для пробивки криолит-глиноземной корки, включающем перемещение пробойника вниз и при определении касания пробойником расплава электролита возврат пробойника в исходное положение, согласно заявляемому изобретению касание пробойником расплава электролита определяется при регистрации уменьшения частоты генерируемых импульсов управляемого генератора импульсов при изменении параметров частотно-задающей цепи между анодом и пневматическим цилиндром относительно частоты генерируемых импульсов в исходном состоянии пробойника.
Управляемый генератор импульсов подключается к корпусу пневматического цилиндра и аноду электролизера, и частота генерируемых импульсов определяется свойствами частотно-задающей цепи, в состав которой входят полосовой фильтр, емкость корпуса пневматического цилиндра относительно анода, емкость корпуса пневматического цилиндра относительно поршня и штока и изменяемая емкость зазора между пробойником и расплавом электролита.
В исходном состоянии пробойника зазор между пробойником и расплавом электролита велик, емкость зазора мала, частота импульсов управляемого генератора импульсов составляет от 10 до 30 кГц.
При достижении пробойником расплава электролита частота импульсов управляемого генератора уменьшается более чем на 20% от частоты импульсов в исходном состоянии, что является сигналом для возврата пробойника в исходное состояние.
Заявляемый способ поясняется на фиг.1, где в электролизную ванну 1, заполненную расплавом электролита 2 помещен анод 3, закрепленный на анодной ошиновке 4. На поверхности расплавленного электролита образуется криолит-глиноземная корка 5. Пробивка криолит-глиноземной корки 5 осуществляется при помощи пробойника 6, приводимого в действие пневматическим цилиндром 7, внутри которого находятся поршень 8 и шток 9. Пневматический цилиндр гальванически изолирован от анодной ошиновки при помощи блока изоляции 10. Управляемый генератор импульсов 11 подключен к аноду 3 и корпусу пневматического цилиндра 6 через полосовой фильтр 12. Частота импульсов управляемого генератора измеряется программируемым контроллером 13, который управляет пневматическим переключателем 14.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии пробойника 6, когда поршень 8 пневматического цилиндра 7 находится в верхнем положении, в состав частотно-задающей цепи управляемого генератора 11 входят полосовой фильтр 12, емкость проводов относительно анода 3, емкость пневматического цилиндра 6 относительно анода 3 и активное сопротивление проводов. При приближении пробойника 6 к расплаву электролита 4, в частотно-задающую цепь дополнительно подключаются емкость пневматического цилиндра 7 относительно поршня 8 и штока 9, активное сопротивление между корпусом, поршнем 8 и штоком 9 пневматического цилиндра 7, емкость пробойника 6 относительно расплава электролита 4, причем уменьшение зазора между пробойником 6 и расплавом электролита 4 приводит к увеличению этой емкости, что вызывает уменьшение частоты импульсов управляемого генератора 11. В момент касания пробойником 6 расплава электролита 4 емкость между пробойником 6 и расплавом электролита 4 в частотно-задающей цепи становится равной нулю, а частота импульсов управляемого генератора 11 минимальной.
Программируемый контроллер 13 регистрирует частоту импульсов, определяя количество импульсов управляемого генератора 11 за заданный промежуток времени, который рассчитывается исходя из требуемой точности определения момента касания пробойником расплава электролита. При скорости перемещения штока пневматического цилиндра 80-100 мм/сек и при частоте импульсов 10-30 кГц для обеспечения погрешности позиционирования пробойника не более 1 мм это время должно быть равно 10 мсек.
В исходном положении пробойника 6 регистрируется и запоминается частота импульсов генератора 11. Если при перемещении пробойника 6 вниз частота импульсов уменьшается более чем на 20% относительно частоты импульсов, зафиксированной в исходном положении пробойника 6, то это означает, что произошло касание пробойником 6 расплава электролита 4, и в частотно-задающей цепи емкость зазора между пробойником 6 и расплавом электролита 4 равна нулю. Такое изменение частоты импульсов является сигналом программируемому контроллеру 13 для подачи на пневматический переключатель 14 команды возврата поршня 8 пневматического цилиндра 7 в исходное состояние.
Использование заявляемого способа позволяет обеспечить определение касания пробойником расплава электролита в системах автоматической подачи глинозема в алюминиевые электролизеры при использовании любых типов пневматических цилиндров.