Способ управления технологическим процессом в алюминиевом электролизере

(51) 25 3/20 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ слоя электролита, причем Мк является переменной корректировочной величиной,определяемой экспериментально в пяти диапазонах измеренной температуры электролита, а именно- Мк 0 в зоне минимальных (некорректируемых) добавок трифторида алюминия при пониженных температурах электролита, когда Тэл(Тзад-5) и ниже- Мк (6,0 2,0) кг/ в нормальной зоне пониженных добавок трифторида алюминия для интервала температур электролита, когда- Мк 0 в оптимальной зоне добавок трифторида алюминия для заданной температуры электролита,когда Тэл зд 1- Мк(6,02,0) кг/ в нормальной зоне повышенных добавок трифторида алюминия для интервала температур, когда (Тзад 5)ТэлТзад- Мк(6,02,0)кг/ в зоне предельных постоянных добавок трифторида алюминия,определяемой постоянной разностью температур,равной 6 для интервала температур электролита,когда Тэл(Тзад 5) и выше. Способ сокращает количество управленческих операций, при этом время между воздействиями на технологический процесс составляет менее одного часа. Получены достаточно высокие результаты работы электролизера, так выход по току составил 92,5 , снизилось потребление электроэнергии на 100- 150 кВт.ч/т.(72) Ибрагимов Алмаз ТурдуметовичПак Рева Васильевич(73) Акционерное общество Казахстанский электролизный завод(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ В АЛЮМИНИЕВОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ(57) Изобретение относится к цветной металлургии,в частности к области получения алюминия электролитическим способом. Способ управления технологическим процессом в алюминиевом электролизере включает поддержание его оптимального технологического режима корректировкой состава электролита добавками трифторида алюминия, определение температуры электролитической ванны Тэл путем,по меньшей мере, одного е измерения,произведенного в течение суток, определение суточного количества Мс трифторида алюминия(3) с учетом измеренной и заданной Тзад температур по соотношению МсМзадМк(Тэл Тзад). При этом измеряют высоту слоя электролита, в соответствии с которой определяют величину Мзад по соотношению МзадКНэл, где К - коэффициент характеризующий заданный уровень концентрации трифторида алюминия в электролите, Нэл - высота Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к области получения алюминия электролитическим способом. Электролиз алюминия производится в криолитоглиноземном электролите с добавками фтористых солей кальция, магния и других компонентов при температуре расплава 945-965. Любая конкретная конструкция алюминиевого электролизера рассчитана на определенный энергетический режим, которому соответствуют заданные технологические параметры (сила тока,МПР, уровень металла, состав электролита и др.),обеспечивающие наивысшие техникоэкономические показатели. Их максимум во многом определяется температурой электролита Тэл, как интегрального показателя электролиза,характеризующего результат взаимодействия внутренних переменных (состав электролита) и внешних постоянных условий их воздействия на нее(конструкция). Для каждой конструкции, в числе прочих характеристик состава электролита, имеется и оптимальное значение криолитового отношения,при котором выход по току, как основной показатель электролиза, имеет максимальное значение (см. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М.,Металлургия, 1971, с.560). Изменение величины криолитового отношения производится добавками трифторида алюминия (13) или солей натрия ( или 2 О 3) по результатам химического анализа состава электролита. Известен способ управления электролизером для получения алюминия,заключающийся в поддержании режима электролизера в заданных пределах за счет регулирования междуполюсного расстояния и избытка 3 в электролите путем корректирующих добавок к уставке напряжения и базовой доле 13 (см. статью ., .,..9,2003, .449-456) Недостатком данного решения является запрет на корректировку трифторидом алюминия в диапазоне температур, превышающем интервал 945955, что ограничивает возможности применения данного способа. Кроме того, в управлении температурным режимом задействованы температуры ликвидуса и перегрева электролита,рассчитываемого как разность между температурами электролита и ликвидуса,применение которых в системах управления требует использования специализированных приборов и дорогостоящих термопар. Известен способ управления теплоэнергетическим режимом электролизера для получения алюминия,предусматривающий поддержание измеренных значений температуры и перегрева электролита, а также избытка 1 3 вблизи оптимальных значений (см. патент РФ 2326188, кл. С 25 С 3/20, опубл. 2008 г). По измеренным значениям температур электролита и перегрева с использованием математических моделей рассчитываются корректирующие добавки рабочего напряжения к уставке и добавки трифторида алюминия к базовой дозе, которые обеспечивают приведение электролизера к требуемому состоянию. При этом базовая доза фторида алюминия рассчитывается по формуле,полученной экспериментальным путем (1 2)/ - , где- базовая доля фторида алюминия, кг/т К 1 и К 2 - коэффициенты,зависящие от конструкции,-срок службы электролизера, мес., А - количество подаваемого фторированного глинозема, кг/т Ре - суточная производительность электролизера, тсодержание фтора во фторированном глиноземе, . Данный объект не может быть использован напрямую на практике поскольку не обладает универсальностью решения вследствие применения коэффициентов К 1 и К 2, зависящих от конкретной конструкции электролизеров. В расчете базовой дозы 3 также учитывается количество глинозема и содержание фтора в нем, что снижает оперативность управления технологическим состоянием из-за задержки выполняемых анализов по их содержанию. Кроме того, в алгоритме управления также задействованы температуры ликвидуса и перегрева электролита, требующие применения специализированного оборудования. Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности признаков, принятым за прототип,является способ регулирования электролизера изменением его сопротивления и корректировкой состава электролита трифторидом алюминия (см. патент РК 15524, кл. С 25 С 3/20, опубл. 2008 г). В данном способе предлагается во время заданного периода добавлять трифторид алюминия,количество которого определяют по формулеумм инт- гл Т, гдесумм - общее количество добавляемого 13 за заданный периодИобщие реальные потребности в трифториде,рассчитываемые на основании среднего значения реальных добавлений за последние периоды работы-корректирующий член,представляющий обычно возрастающую функцию отклонения измеренной температуры электролита Т р от заданной Т 0. В упрощенном варианте корректирующий член рассчитывается как( - 0) где Тр измеряемая температура, Т 0 - заданная температура электролита, Коэффициентявляется константой,устанавливаемой экспериментально, и находится в пределах от 0,01 до 1 кг/час/. Недостатком этого способа является необходимость учитывать ряд дополнительных факторов, в том числе учет поступающего глинозема, содержание фтористого алюминия в котором определяют по результатам специальных анализов, поступающих со значительной задержкой,что не позволяет оперативно изменять свойства электролита и текущий температурный режим электролиза. К недостаткам данного способа можно 2 отнести и требуемую добавку трифторида алюминия, рассчитанную с учетом предыдущего периода работы, который может составлять время до 100 часов (более 4 суток), что также снижает эффективность регулирования текущего состояния электролизера. Кроме того, недостатком является и постоянная величина корректировочного температурного коэффициента , который не учитывает особенностей работы электролизера при различной температуре электролита. Задачей настоящего решения является устранение вышеуказанных недостатков, а именно повышение оперативности управления технологическим режимом электролизера достаточно простыми и надежными методами. Технический результат состоит в том, что за счет снижения количества управленческих операций (см. схему, приведенную на чертеже) время между воздействиями на технологический процесс составляет менее одного часа. При этом достаточно высокую эффективность управления подтверждают полученные результаты работы электролизеров силой тока 320-322 кА, МПР 5,2 - 5,5 см. и высотой электролита 16- 22 см. Так, выход по току составил 92,5, расход электроэнергии снизился на 100 - 150 кВт.ч/т. Для этого в способе управления, включающем поддержание его оптимального технологического режима корректировкой состава электролита добавками трифторида алюминия, определение температуры электролитической ванны Тэл путем,по меньшей мере, одного ее измерения,произведенного в течение суток, определение суточного количества Мс трифторида алюминия с учетом измеренной температуры по соотношению МсМзадМк(Тэл-Тзад), измеряют высоту слоя электролита, в соответствии с которой определяют величину М зад по соотношению МзадКНэл, где К-коэффициент, характеризующий заданный уровень концентрации трифторида алюминия в электролите, находится в пределах 20,1,Нэл -высота слоя электролита, при этом Мк является переменной величиной, определяемой экспериментально в пяти диапазонах измеренной температуры электролита, а именно- Мк 0 в зоне минимальных (некорректируемых) добавок трифторида алюминия при пониженных температурах электролита, когда Тэл(Тзад-5) и ниже-Мк(6,02,0)кг/ в нормальной зоне пониженных добавок трифторида алюминия для интервала температур электролита, когда-Мк 0 в оптимальной зоне добавок трифторида алюминия для заданной температуры электролита,когда Тэл Тзад 1-Мк(6,02,0) кг/ в нормальной зоне повышенных добавок трифторида алюминия для интервала температур, когда (Тзад 5)Тэл Тзад-Мк(6,02,0)кг/ в зоне предельных постоянных добавок трифторида алюминия,определяемой постоянной разностью температур,равной 6 С для интервала температур электролита,когда Тэл(Тзад 5) и выше. Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена блок-схема управления технологическим процессом. Способ осуществляют следующим образом. В серии электролизеров (288 агрегатов) с параметрамисила тока 321 кА, МПР 5,3 см, измеряли высоту слоя электролита и его температуру. Полученные данные вводили в систему АСУТП, которая определяла суточную дозу добавки трифторида алюминия и подавала команду на изменение добавки на узел автоматической подачи трифторида алюминия в электролизер. Результаты экспериментов сведены в приведенные ниже таблицы. Таблица 1 Нормальная зона пониженных добавок Нормальная зона повышенных добавок Зона предельных постоянных добавок Нормальная зона пониженных добавок Нормальная зона повышенных добавок Зона предельных постоянных 8 84 добавок Статистика экспериментальных данных отслеживалась в течение 6 месяцев. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ управления технологическим процессом в алюминиевом электролизере, включающий поддержание его оптимального технологического режима корректировкой состава электролита добавками трифторида алюминия, определение температуры электролитической ванны Тэл путем,по меньшей мере, одного ее измерения,произведенного в течение суток, определение суточного количества Мс трифторида алюминия(3) с учетом измеренной и заданной Тзад температур по соотношению МсМзадМк(Тэл Тзад), отличающийся тем, что измеряют высоту слоя электролита, в соответствии с которой определяют величину Мзад по соотношению МзадКНэл, где К - коэффициент характеризующий заданный уровень концентрации трифторида алюминия в электролите, Нэл- высота слоя электролита, при этом Мк является переменной корректировочной величиной, определяемой экспериментально в пяти диапазонах измеренной температуры электролита, а именно Мк 0 в зоне минимальных (некорректируемых) добавок трифторида алюминия при пониженных температурах электролита, когда Тэл(Тзад- 5) и ниже Мк(6,02,0)кг/ в нормальной зоне пониженных добавок трифторида алюминия для интервала температур электролита, когда (Тзад- 5)ТэлТзад Мк 0 в оптимальной зоне добавок трифторида алюминия для заданной температуры электролита,когда ТэлТзад 1 Мк(6,02,0)кг/ в нормальной зоне повышенных добавок трифторида алюминия для интервала температур, когда (Тзад 5)ТэлТзад Мк(6,02,0)кг/ в зоне предельных постоянных добавок трифторида алюминия,определяемой постоянной разностью температур,равной 6 для интервала температур электролита,когда Тэл(Тзад 5) и выше.