BRPI0414935B1 - Processo e sistema de controle dos acréscimos de matérias pulverulentas no banho de uma célula de eletrólise destinada à produção de alumínio - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO E SISTEMA DE CONTROLE DOS ACRÉSCIMOS DE MATÉRIAS PULVE- RULENTAS NO BANHO DE UMA CÉLULA DE ELETRÓLISE DESTINADA À PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO".

Domínio da invenção A invenção refere-se a uma produção de alumínio por eletrólise ígnea, segundo o processo Hall-Héroult. Ela se refere mais particularmente ao controle dos acréscimos de matérias pulverulentas em um banho de ele- trólito das células de eletrólise.

Estado da técnica O funcionamento de uma célula de produção de alumínio por eletrólise ígnea de alumina dissolvida em um banho à base de criolita acar- reta uma evolução permanente da composição do banho. Por um lado, a alumina é consumida pelas reações de eletrólise e, por outro lado, a quanti- dade e a composição do banho são progressivamente modificadas por me- canismos secundários, tais como a absorção de constituintes da criolita pe- las paredes da célula ou a decomposição dos constituintes fluorados pelos efeitos de anodo. Por conseguinte, é necessário acrescentar regularmente alumina e compostos de banho, tais como criolita (Na3AIF6) ou fluoreto de alumínio (AIF3), a fim de estabilizar os parâmetros de funcionamento da célu- la. O objetivo dessa estabilização é, principalmente, obter um rendimento Faraday tão elevado quanto possível e evitar os efeitos de anodos provoca- dos por uma falta de alumina no banho e o acúmulo de “lamas” de alumina no fundo das cubas provocado por um excesso de alumina. A alumina e os compostos de banho são geralmente introduzi- dos no banho sob a forma de pó. São conhecidos vários processos e dispo- sitivos para “alimentar” células de eletrólise com matérias pulverulentas de maneira automática e regulada. Por exemplo, os seguintes pedidos de pa- tentes, em nome de Aluminium Pechiney, descrevem processos de regula- gem dos acréscimos de alumina, de fluoreto de alumínio ou outro : FR 2 749 858 (correspondente à patente US 6 033 550), FR 2 581 660 (corresponden- te à patente US 4 654 129), FR 2 487 386 (correspondente à patente US 4 431 491), FR 2 620 738 (correspondente à patente US 4 867 851) e FR 2 821 363. A fim de poder introduzir a matéria pulverulenta no banho de ele- trólito, equipam-se as células de eletrólise de um ou vários distribuidores de matérias pulverulentas associados a um dispositivo de perfuração da crosta de alumina e de eletrólito congelado que recobre a superfície do banho em funcionamento normal. O dispositivo de perfuração comporta geralmente um pistão e um perfurador (ou “cravador”) fixado na extremidade da haste do pistão. O cravador é abaixado por ativação do pistão e quebra a crosta de alumina e de banho solidificado. Essa operação pode ser repetida várias vezes e de maneira regular, de modo a manter aberto o orifício de introdu- ção de matérias pulverulentas. Os pedidos de patentes FR 1 457 746 (cor- respondente à patente GB 1 091 373) e FR 2 504 158 (correspondente à patente US 4 435 255) e a patente US 3 400 062 descrevem esses dispositi- vos.

Todavia, em certas condições, o dispositivo de perfuração não permite assegurar a introdução da matéria pulverulenta no banho. Em parti- cular, acontece que o orifício bujonado por uma barra de alumina aglomera- da com um banho sólido, o que entrava a “alimentação” do banho com maté- rias pulverulentas. O dispositivo de perfuração pode também estar defeituo- so. Foi proposto levar em conta essas anomalias de funcionamento por me- didas elétricas capazes de detectar se o cravador está efetivamente em con- tato com o eletrólito. Por exemplo, no pedido de patente FR 2 483 965 (cor- respondente à patente US 4 377 452) em nome de Aluminium Pechiney, o contato entre o eletrólito e o cravador é detectado por uma medida elétrica entre o perfurador e o catodo. Se com a expiração de um lapso de tempo predeterminado não houver detecção de um contato com o eletrólito, o sis- tema dará, por exemplo, uma ordem de nova subida do cravador ou a para- da da alimentação. Esse método apresenta o inconveniente de ser sensível às flutuações de tensão da célula, notadamente quando dos efeitos de ano- do. A patente americana US 4 563 255 em nome de Swiss Aluminium des- creve uma solução similar, porém mais complexa, que utiliza medidas de impedância. A requerente procurou meios para detectar e levar em conta as anomalias de funcionamento da alimentação com matérias pulverulentas de uma célula de eletrólise que não depende de medidas elétricas feitas dire- tamente sobre a célula.

Descrição da invenção A invenção tem por objeto um processo de controle dos acrés- cimos de matérias pulverulentas em uma célula de eletrólise destinada à produção de alumínio por eletrólise ígnea e munida de pelo menos um distri- buidor de matérias pulverulentas e de pelo menos um dispositivo de perfura- ção que comporta um acionador e um perfurador, essa célula contendo um banho de eletrólito líquido e sendo conduzida de maneira a formar uma cros- ta de alumina e de banho solidificado sobre banho de eletrólito líquido, pro- cesso no qual se forma pelo menos uma abertura nessa crosta com a ajuda do dispositivo de perfuração, e se introduz matéria pulverulenta por pelo me- nos uma abertura segundo um determinado procedimento de introdução de acréscimos determinado, designado pela expressão “processo de alimenta- ção normal” e caracterizado pelo fato de: - em um instante t0 determinado, ser gerado um sinal elétrico S capaz de provocar a descida do perfurador com a ajuda do acionador; - se medir o momento t no qual o perfurador atinge uma posição baixa P determinada; - se determinar o valor de pelo menos um indicador de funcio- namento da alimentação com matérias pulverulentas determinado por uma função F(t0, t); - se determinar se o funcionamento é anormal, a partir de pelo menos um critério de funcionamento e do valor do ou dos indicador(es) de funcionamento F; - se o funcionamento não for julgado anormal se manter o pro- cedimento de alimentação normal; - se o funcionamento for julgado anormal, se acionar pelo menos um procedimento retificador, denominado “de regularização/normalização” capaz de levar a alimentação com matérias pulverulentas em um funciona- mento normal.

As matérias pulverulentas são tipicamente pó à base de alumina (tal como alumina pulverulenta pura ou fluorada), pó de fluoreto de alumínio (AIF3) ou pó à base de criolita (chamado “banho com pó”, que pode eventu- almente conter alumina e/ou um ou vários outros compostos).

Esse processo de alimentação pode ter por objeto os acrésci- mos de várias matérias pulverulentas diferentes. A invenção tem igualmente por objeto um sistema de controle dos acréscimos de matérias pulverulentas em uma célula de eletrólise desti- nada à produção de alumínio por eletrólise ígnea, e munida de pelo menos um distribuidor de matérias pulverulentas, e de pelo menos um dispositivo de perfuração comportando um acionador e um perfurador, essa célula conten- do um banho de eletrólito líquido, e sendo conduzido de modo a formar uma crosta de alumina e de banho solidificado sobre o banho de eletrólito líquido, caracterizado pelo fato de: - um meio para gerar um sinal elétrico S capaz de provocar, em um instante t0 determinado, a descida do perfurador com a ajuda do aciona- dor; - um dispositivo para medir o momento t no qual o perfurador atinge uma posição baixa P determinada; - um meio para determinar o valor de pelo menos um indicador de funcionamento da alimentação F(t0, t), a partir do valor do instante t0 e do valor obtido para um momento t. A requerente teve a idéia de utilizar um indicador de funciona- mento baseado no movimento do perfurador, e em particular no tempo de percurso do perfurador entre uma posição inicial Po e uma posição determi- nada P. Esse indicador permite obter facilmente um diagnóstico simples so- bre 0 funcionamento da alimentação ao nível do perfurador determinado. O processo da invenção permite, além disso, manter o controle do funciona- mento da alimentação mesmo durante efeitos de anodos. É particularmente fácil de automatizar. A invenção é descrita é descrita em detalhes a seguir com o au- xílio das figuras anexadas. A figura 1 ilustra uma célula de eletrólise típica destinada à pro- dução de alumínio, por eletrólise ígnea, vista e em seção vertical. A figura 2 representa uma vista interna parcial de uma célula de eletrólise típica destinada à produção de alumínio por eletrólise ígnea, vista em seção vertical. A figura 3 ilustra um sistema de controle dos acréscimos de ma- térias pulverulentas, de acordo com a invenção. A figura 4 ilustra o funcionamento do processo de controle, de acordo com a invenção.

As figuras 5 e 6 ilustram a estrutura e o funcionamento de um dispositivo de perfuração apto a aplicara invenção.

Tal como ilustrado na figura 1, uma célula de eletrólise (1) para a produção de alumínio por eletrólise ígnea, isto é, por eletrólise em sal fundi- do, compreende uma cuba (12), anodos (2) e meios de alimentação com matérias pulverulentas (20, 30). Os anodos (2) - tipicamente anodos pré- cozidos em material carbonado - são superpostos por uma haste (3) a uma armação anódica (9). A cuba de eletrólise (12) compreende uma caixa metá- lica (8), tipicamente em aço, elementos de revestimento interno (13, 14) e um conjunto catódico (5, 15). O conjunto catódico (5, 15) compreende barras de ligação (15), denominadas barras catódicas, nas quais são fixados os condutores elétricos (16,17) servindo para o encaminhamento da corrente de eletrólise Io. Os elementos de revestimento (13,14) e o conjunto catódico (5, 15) formam, no interior da cuba (12), um cadinho apto a conter o banho de eletrólito (7) e uma camada de alumínio líquido (6), quando a célula está em funcionamento. Várias células de eletrólise são geralmente dispostas em linha e ligadas eletricamente em série com o auxílio de condutores de ligação (16, 17). As células são tipicamente dispostas de maneira a formarem duas ou várias filas paralelas. A corrente de eletrólise Io passa assim em cascata de uma célula à seguinte.

Em funcionamento, os anodos (2) são normalmente parcialmen- te imersos no banho de eletrólito líquido (7) e as células são conduzidas de maneira a formar uma crosta de alumínio e de banho solidificado (10) acima do banho de eletrólito. A corrente de eletrólise Io transita no banho de eletró- lito (7) por intermédio da armação anódica (9), hastes de anodo (3), anodos (2) e elementos catódicos (5, 15). Em geral, o alumínio produzido por eletró- lise da alumina contida no banho (7) se deposita progressivamente sobre o conjunto catódico (5) e forma uma camada de metal líquido (6). O procedimento de alimentação normal comporta tipicamente o acréscimo de quantidades determinadas de matérias pulverulentas, com um ritmo constante ou variável. As quantidades, que são tipicamente doses, são em geral determinadas a partir de medidas sobre a célula, tais como medi- das de temperatura, medidas elétricas, análises da composição do banho e/ou medidas da altura de banho líquido.

Procura-se geralmente controlar os fornecimentos em alumina, manter a concentração em alumina do eletrólito em limites determinados, tipicamente entre um limite superior e um limite inferior. A maior parte dos processos industriais conhecidos recorreram a uma avaliação indireta do teor em alumina do banho de eletrólito com o auxílio de um parâmetro elétri- co representativo da concentração em alumina do eletrólito. Esse parâmetro é geralmente uma resistência elétrica R que é determinada a partir de uma medida da tensão U nos bornes da célula de eletrólise e da intensidade da corrente Io que o atravessa. Por aferição, pode-se traçar uma curva de refe- rência da variação de R em função do teor em alumina e por medida de R (à freqüência determinada, segundo métodos bem conhecidos), pode-se co- nhecer a qualquer momento a concentração de alumina. Os pedidos de pa- tente FR 2 749 858 (correspondente à patente US 6 033 550), FR 2 581 660 (correspondente à patente US 4 654 129) e FR 2 487 386 (correspondente à patente US 4 431 491) em nome de Aluminium Pechiney descrevem proces- sos de regulagem que utilizam medidas de resistência elétrica. Esses pro- cessos utilizam os valores medidos da resistência R, e notadamente a evo- lução desses valores, para determinar a taxa de alimentação em alumina a utilizar a qualquer momento.

Em geral, procura-se também controlar os fornecimentos em pó do banho, em fluoreto de alumínio ou em qualquer outro composto, de ma- neira a manter uma quantidade de banho determinada e propriedades físi- cas, químicas e eletroquímicas específicas (tais como a temperatura de fu- são e a acidez) em limites determinados. A maior parte dos processos indus- triais conhecidos para o controle do banho recorreu a medidas de temperatu- ra do banho e/ou a um balanço dos acréscimos anteriores de banho e de fluoreto e de alumínio. Os pedidos de patente FR 2 821 363 e FR 2 487 386 (correspondente à patente US 4 431 491) em nome de Aluminium Pechiney descrevem processos de regulagem que utilizam essas medidas.

No âmbito da invenção, o procedimento de introdução dos a- créscimos determinada pode ser qualquer processo de regulagem dos a- créscimos de matérias pulverulentas no banho de uma célula de eletrólise, tal como aqueles descritos nas patentes mencionadas acima.

Com referência à figura 2, as células de eletrólise (1) aptas à aplicação do processo de controle, de acordo com a invenção, comportam, pelo menos um distribuidor de matérias pulverulentas (20) e pelo menos um dispositivo de perfuração (30). Esses elementos são geralmente fixados em uma superestrutura (4). O(s) distribuidores) de matérias pulverulentas (20) comporta(m) tipicamente uma moega (21), destinada a conter uma reserva de matéria pulverulenta, e um conduto (22) fixado na parte inferior da moega e destina- do a encaminhar a matéria pulverulenta até às proximidades de uma abertu- ra (11) na crosta (10).

Cada dispositivo de perfuração (30) comporta um acionador (31) e um perfurador (33) (também denominado “cravador”) fixado na extremida- de da haste (32) do acionador. O acionador (31) é tipicamente um acionador pneumático, tal como um macaco pneumático.

Um distribuidor de matérias pulverulentas pode ser associado a um ou vários dispositivos de introdução determinados ou, inversamente, um dispositivo de perfuração pode ser associado a um ou vários distribuidores de matérias pulverulentas determinados. As células de eletrólise são fre- qüentemente munidas de um ou vários dispositivos agrupando um distribui- dor de matérias pulverulentas e de um dispositivo de perfuração; esses dis- positivos são conhecidos pelo nome de dispositivos de rompimento de crosta e de alimentação (“Rompimento de Crosta e de Alimentação” em inglês).

Em funcionamento normal, pelo menos uma abertura (11) é for- mada (ou eventualmente mantida aberta) nessa crosta (10), entre os anodos (2), com o auxílio do(s) dispositivo(s) de perfuração (30) e a matéria pulveru- lenta é introduzida no banho de eletrólito (7) pela abertura (11) (ou por pelo menos uma abertura, quando há várias). Com essa finalidade, a haste (32) do acionador (31) e, portanto, o perfurador (33), possuem pelo menos uma primeira posição, dita “posição de espera” e pelo menos uma segunda posi- ção, dita “posição de perfuração”. Normalmente, a primeira posição é uma posição alta e a segunda posição, uma posição baixa. A ativação do aciona- dor (31) provoca a descida ou a subida da haste (32), e, portanto, a passa- gem da haste da primeira para a segunda posição ou inversamente. As di- mensões do dispositivo são tais que, quando a haste está na primeira posi- ção, o perfurador não entrava o escoamento da matéria pulverulenta que sai do conduto (22) e, quando a haste está na segunda posição, o perfurador (33) atravessa a espessura normal dessa crosta (10), o que permite formar uma abertura (11) apta à introdução de matéria pulverulenta no banho de eletrólito (7).

Tal como ilustrado na figura 3, o acionador (31) é ativado por uma alimentação com fluido (39), geralmente uma alimentação com ar com- primido, que é controlada com o auxílio de uma válvula (38) tipicamente uma eletroválvula. O acionador (31) é ligado à alimentação (39) por pelo menos um conduto de alimentação específica (35) que, tipicamente, se divide em dois nas proximidades ou no nível do acionador, de maneira a poder provo- car a descida e a subida do perfurador.

No âmbito dos processos de alimentação com matérias pulveru- lentas de células de eletrólise, a invenção se refere mais especificamente ao controle da introdução dessas matérias pulverulentas no banho de eletrólito (7), que depende particularmente da qualidade das aberturas (11) na crosta de banho solidificado (10) e do funcionamento dos dispositivos de perfura- ção (30) utilizados para formá-las e mantê-las. O processo de controle, de acordo com a invenção, pode ser utilizado de maneira intermitente (pode, por exemplo, ser utilizado apenas quando a regulagem é em um regime con- tínuo).

De acordo com a invenção, cujo funcionamento é ilustrado na figura 4, gera-se um sinal elétrico S apto a provocar a descida do perfurador (33) com o auxílio do acionador (31). Esse sinal é gerado em um instante t0 determinado compatível com a regulagem geral da alimentação com maté- rias pulverulentas. O sinal S toma tipicamente a forma de um degrau (tal como ilustrado na figura 4). Em reação a esse sinal, o perfurador (33) é des- locado pelo acionador (31) de uma posição inicial Po para uma posição final Pf, passando normalmente por uma posição determinada P, dita posição baixa, que pode ser diferente da posição final Pf (ver as figuras 4 a 6). De acordo com a invenção, mede-se o momento t no qual o perfurador atinge essa posição P determinada e determina-se o valor de pelo menos um indi- cador de funcionamento da alimentação F a partir do valor t0 e daquele obti- do para o momento t. O sinal elétrico S pode transmitir a ordem de descida do perfura- dor por via elétrica, óptica, pneumática ou outra, geralmente por intermédio de um meio de transmissão (34) que é ilustrado de maneira esquemática na figura 3. A posição baixa determinada P é tipicamente a posição na qual o perfurador (33) entra em contato com o banho de eletrólito líquido (7) ou a posição a mais baixa permitida pelo acionador (31). Essas posições corres- pondem normalmente a essa segunda posição, isto é, a posição de perfura- ção. A posição inicial posição do perfurador, isto é a posição do per- furador (33) no momento em que se gera o sinal S de deslocamento do per- furador, é tipicamente essa posição de espera. A posição do perfurador (33) pode ser dada em relação a um ponto de referência determinado Yo.

Tal como ilustrado nas figuras 3 e 4, o acionador (31) é ativado com o auxílio de um sinal elétrico VG, que age direta ou indiretamente sobre uma válvula (38), tipicamente uma eletroválvula. O sinal elétrico VG contém o sinal S destinado a acionar o deslocamento do perfurador. A posição do per- furador (33) é medida com o auxílio de pelo menos um detector de posição (40, 40’), que pode ser integrado ao dispositivo de perfuração (30). O ou ca- da detector de posição (40,40’) gera um sinal Sa representativo da posição do perfurador (33) ou de posições específicas do perfurador (33). O sinal Sa pode ser um sinal elétrico, óptico ou outro. Esse sinal é em seguida utilizado para determinar o momento t no qual o perfurador atinge a posição baixa determinada P.

Um indicador de funcionamento F pode ser dado simplesmente por uma função da diferença, denominada “duração de descida” D(= t - t0), entre o instante to e o momento t, isto é F(t -10).

Em uma modalidade da invenção, o funcionamento pode ser julgado anormal, caso a duração de descida D seja julgada superior a um limite alto determinado Sh em pelo menos Nh determinações sucessivas, o número Nh é tipicamente um número inteiro inclusive compreendido entre 1 e 10.

Em uma variante dessa modalidade da invenção, o funciona- mento pode ser julgado anormal, caso a duração de descida seja julgada superior a um limite determinado Sh’ em pelo menos Nh’ determinações so- bre N, isto é, caso a relação Nh’/N seja superior a um valor Rh determinado.

Trata-se então de uma “densidade” de anomalias, determinada pela relação Nh’/N, que pode ser expressa em percentagem.

Os limites Sh e Sh’ podem assumir um valor fixo ou um valor calculado com o auxílio de vários valores de duração D sucessivos ou espa- çados. Por exemplo, Sh pode ser calculado pela relação Sh = <D> + K, na qual <D> é uma média deslizante sobre os Mh últimos valores, com Mh tipi- camente superior a 10, e K é uma constante destinada a evitar a detecção de falsas anomalias de funcionamento.

Em uma outra modalidade da invenção, o funcionamento pode ser julgado anormal, caso a duração de descida seja julgada inferior a um limite baixo determinado Sb em pelo menos Nb determinações sucessivas. 0 número Nb é tipicamente um número inteiro inclusive compreendido entre 1 e 10. A fim de aumentar a velocidade de resposta do processo de con- trole, o funcionamento pode ser julgado anormal, caso o momento t não possa ser medido após um tempo T superior a um limite Tmax determinado. O limite Tmax está tipicamente compreendido entre 5 e 15 segundos.

Em uma outra variante da invenção, um indicador de funciona- mento, denominado indicador de desvio, pode ser determinado a partir de um desvio E entre pelo menos dois valores de duração D sucessivos ou se- parados por valores intermediários. Esse desvio E pode ser calculado de diferentes maneiras. Por exemplo, o desvio E pode ser dado pela diferença algébrica entre dois valores de duração D sucessivos ou separados por valo- res intermediários. O desvio E pode também ser dado por um desvio médio ou estatístico entre pelo menos 3 valores de duração D sucessivos ou sepa- rados por valores intermediários. O funcionamento é tipicamente julgado a- normal, quando esse desvio E é superior a um limite Se determinado.

Determina-se que o funcionamento é anormal, a partir de pelo menos um critério de funcionamento e do valor do(s) indicador(es) de fun- cionamento. Caso o funcionamento não seja julgado anormal, mantém-se o procedimento de alimentação normal; caso o funcionamento seja julgado anormal, aciona-se pelo menos um procedimento retificador, dito “de regula- rização/normalização”, capaz de levar a alimentação com matérias pulveru- lentas em um funcionamento normal.

Esse procedimento de regularização/normalização compreende tipicamente pelo menos uma intervenção automática ou manual apta a corri- gir o funcionamento do dispositivo de perfuração (30). A intervenção manual compreende tipicamente operações de manutenção. A intervenção automá- tica compreende tipicamente perfurações sucessivas (isto é, uma série de ativações sucessivas e aproximadas no tempo do acionador (31)) ou um aumento da pressão do fluido injetado no acionador (31) ou uma adaptação da pressão exercida pelo acionador (31) no valor do momento t (e mais pre- cisamente na duração da descida D do perfurador (33)).

Em uma modalidade vantajosa da invenção, a célula de eletróli- se (1) comporta pelo menos dois dispositivos de perfuração (30) associados, cada um, a um distribuidor de matéria pulverulenta distinto (20) e o procedi- mento de regularização/normalização compreende uma interrupção, pelo menos temporária, da alimentação pelo distribuidor associado ao dispositivo de perfuração, cujo funcionamento é julgado anormal. A alimentação com matérias pulverulentas correspondente é, então, vantajosamente repartida sobre o(s) outro(s) distribuidor(es) da célula.

De maneira vantajosa, quando o funcionamento de pelo menos um dispositivo de perfuração (30) é julgado anormal, o processo de controle pode comportar, além disso, uma modificação do procedimento de alimenta- ção normal. A invenção é vantajosamente aplicada com o auxílio de um sis- tema de controle (50), da alimentação com matérias pulverulentas, compor- tando: - um meio (51) para gerar um sinal elétrico S apto a provocar, em um instante to determinado, a descida do perfurador (33) com o auxílio do acionador (31); - um dispositivo (52) para medir o momento t no qual o perfura- dor (33) atinge uma posição baixa P determinada; - um meio (53), dito “meio de diagnóstico”, para determinar o valor de pelo menos um indicador de funcionamento da alimentação F (to ,t) a partir do valor de um instante to e do valor obtido para o momento t. O dispositivo de medida (52) compreende tipicamente pelo me- nos um detector de posição (40) apto a detectar essa posição baixa P. O detector de posição (40) é vantajosamente apto a produzir um sinal SA no momento t em que o perfurador (33) atinge a posição baixa P determinada. O dispositivo pode eventualmente comportar, além disso, um conversor (48) para gerar um sinal elétrico específico Vt, a partir do sinal SA. O detector de posição (40) pode ser integrado ao(s) dispositi- vo^) de perfuração (30), notadamente em seu acionador (31), isto é, o ou cada dispositivo de perfuração (30) pode comportar pelo menos um detector de posição (40) apto a detectar pelo menos essa posição baixa. Assim, um acionador (31) capaz de ser utilizado para aplicar a invenção comporta van- tajosamente pelo menos um detector de posição (40) apto a detectar pelo menos essa posição baixa P da haste (32) do acionador. Por exemplo, o acionador (31) do ou de cada dispositivo de perfuração (30) pode comportar um macaco munido desse detector de posição (40). O detector (40) pode ser, por exemplo, um detector de fim de curso. O(s) detector(es) de posição (40) pode(m) ser escolhido(s) den- tre os detectores mecânicos, elétricos, ópticos ou magnéticos e os detecto- res que comportam qualquer combinação desses meios. O dispositivo de medida (52) pode comportar pelo menos um detector de posição complementar (40’), que pode ser integrado ao dispositi- vo de perfuração (30). Por exemplo, pode eventualmente comportar um de- tector (40) apto a detectar uma posição de espera Po da haste (32) do acio- nador.

As figuras 5 e 6 ilustram acionadores (31) capazes de serem utilizados para aplicar a invenção. Os acionadores (31) são tipicamente liga- dos a um conversor de sinal (41, 41’) (tal como um multímetro) e um porta- dor de sinal (45,45’) (tal como um cabo elétrico, uma onda elétrica ou um feixe óptico) destinado a transmitir ao meio de diagnóstico (53) a informação sobre a posição do perfurador (33), eventualmente por intermédio de um conversor (48) apto a gerar o sinal Vt.

No caso ilustrado na figura 5, o acionador (31) comporta um de- tector de posição (40) contínuo. Esse detector pode comportar, por exemplo, uma resistência (42), um primeiro contato atritante (43) (tipicamente fixado no corpo do acionador (37)), um segundo contato atritante (44) (tipicamente fixado na haste (32) ou no pistão (36) do acionador) em um multímetro (41).

No caso ilustrado na figura 6, o acionador (31) comporta dois detectores de posição (40,40’) descontínuos, aptos a detectar posições es- pecíficas da haste (32) do acionador, e, portanto, do perfurador (33). Por exemplo, cada detector de posição (40, 40’) pode comportar um sistema de eletromecânico distinto. Cada sistema comporta uma haste (46,46’) e um contato de abertura (47, 47’) acionados pela passagem do pistão (36) ao nível da parte interna das hastes. O meio de diagnóstico (53) pode ser, por exemplo, uma calcula- dora ou um comparador C. Tal como ilustrado na figura 3, o meio (53) utiliza tipicamente o sinal Sa ou Vt contendo a informação no momento t gerado pelo detector de posição e o sinal VG contendo o sinal S associado ao ins- tante to. O sistema de controle (50), de acordo com a invenção, compre- ende tipicamente um regulador (54) que pode ser integrado ao sistema de regulagem geral da célula de eletrólise (1) que não é ilustrado. O gerador de sinal elétrico (51) é normalmente controlado pelo regulador (54). O regulador (54) compreende vantajosamente meios específicos para utilizar interven- ções automáticas para corrigir o funcionamento de um dispositivo de perfu- ração (30), quando um indicador de funcionamento F(t0 t) revela um funcio- namento anormal da alimentação. Em particular, o regulador (54) pode pos- suir um programa informático de controle das intervenções automáticas (es- se programa pode, por exemplo, gerar uma série de sinais de ativação su- cessivos e aproximados no tempo do acionador (31), a fim de provocar per- furações sucessivas). O regulador (54) pode também comportar meios de controle da pressão de fluido injetada no(s) acionador(es) (31) do(s) disposi- tivo^) de perfuração (30), a fim de utilizar uma intervenção automática que compreende uma modificação dessa pressão. O processo e o sistema da invenção podem ser utilizados para detectar o funcionamento anormal de uma célula de eletrólise ou de uma série de células de eletrólise. A invenção permite assegurar maior confiabilidade da alimenta- ção com matérias pulverulentas das células de eletrólise.

Claims (34)

1. Processo de controle dos acréscimos de matérias pulverulen- tas em uma célula de eletrólise (1) destinada à produção de alumínio por eletrólise ígnea e munida de pelo menos um distribuidor de matérias pulveru- lentas (20) e de pelo menos um dispositivo de perfuração (30) que comporta um acionador (31) e um perfurador (33), essa célula contendo um banho de eletrólito líquido (7) e sendo conduzida de maneira a formar uma crosta (10) de alumina e de banho solidificado acima do banho de eletrólito líquido (7) processo no qual se forma pelo menos uma abertura (11) nessa crosta (10) com o auxílio do dispositivo de perfuração (30) e se introduz matéria pulveru- lenta por pelo menos uma abertura (11), segundo um processo de introdu- ção dos acréscimos determinado, dito “procedimento de alimentação nor- mal”, esse processo sendo caracterizado pelo fato de: - munir-se o ou cada dispositivo de perfuração (30) de pelo me- nos um detector de posição (40) apto a detectar ao menos uma posição bai- xa P determinada. - em um instante to determinado, ser gerado um sinal elétrico S capaz de provocar a descida do perfurador (33) com a ajuda do acionador (31); - medir-se o momento t no qual o perfurador (33) atinge uma po- sição baixa P determinada; - determinar-se o valor de pelo menos um indicador de funcio- namento da alimentação com matérias pulverulentas dado por uma função F(t01); - determinar-se se o funcionamento é anormal a partir de pelo menos um critério de funcionamento e do valor do ou dos indicadores de funcionamento F; - se o funcionamento não for julgado anormal, manter-se o pro- cesso de alimentação normal; - se o funcionamento for julgado anormal, aciona-se pelo menos um procedimento retificador, dito “de regularização/normalização”, capaz de levar a alimentação com matérias pulverulentas em um funcionamento nor- mal.

2. Processo de controle, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizado pelo fato de um indicador de funcionamento ser dado por uma fun- ção F(t - to) da diferença, denominada “duração de descida” D, entre o ins- tante to e o momento t.

3. Processo de controle, de acordo com a reivindicação 2, carac- terizado pelo fato de o funcionamento ser julgado anormal, caso a duração de descida seja julgada superior a um limite alto determinado Sh em pelo menos Nh determinações sucessivas.

4. Processo de controle, de acordo com a reivindicação 3, carac- terizado pelo fato de o Nh ser um número inteiro inclusive compreendido en- tre 1 e 1 0.

5. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de o funcionamento ser julgado anormal, caso a duração de descida seja julgada superior a um limite deter- minado Sh’ em pelo menos Nh’ determinações sobre N, isto é, caso a rela- ção Nh’/N seja superior a um valor Rh determinado.

6. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de os limites Sh e Sh’ assumirem um valor fixo ou um valor calculado com o auxílio de vários valores de dura- ção D sucessivos ou espaçados.

7. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 2 a 6, caracterizado pelo fato de o funcionamento ser julgado anormal, caso a duração de descida seja julgada inferior a um limite baixo determinado Sb em pelo menos Nb determinações sucessivas.

8. Processo de controle, de acordo com a reivindicação 7, carac- terizado pelo fato de Nb ser um número inteiro inclusive compreendido entre 1 e 10.

9. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de o funcionamento ser julgado anormal, caso o momento t não possa ser medido após um tempo T superior a um limite Tmax determinado.

10. Processo de controle, de acordo com a reivindicação 9, ca- racterizado pelo fato de o limite Tmax estar compreendido entre 5 e 15 se- gundos.

11. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de um indicador de funcionamen- to, denominado indicador de desvio, ser determinado a partir de um desvio E entre pelo menos dois valores de duração D sucessivos ou separados por medidas intermediárias.

12. Processo de controle, de acordo com a reivindicação 11, ca- racterizado pelo fato de esse desvio E ser dado pela diferença algébrica em dois valores de duração D sucessivos ou separados por medidas intermediá- rias.

13. Processo de controle, de acordo com a reivindicação 11, ca- racterizado pelo fato de esse desvio E ser dado por um desvio médio ou es- tatístico entre pelo menos três valores de duração D sucessivos ou separa- dos por medidas intermediárias.

14. Processo de controle, de acordo com a reivindicação 11a 13, caracterizado pelo fato de o funcionamento ser julgado anormal, quando esse desvio E é superior a um limite se determinado.

15. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de esse procedimento de regula- rização/normalização compreender pelo menos uma intervenção automática ou manual apta a corrigir o funcionamento de dispositivo de perfuração (30).

16. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de essa célula (1) comportar pelo menos dois dispositivos de perfuração (30) associados, cada um, a um dis- tribuidor de matérias pulverulentas distinto (20) e pelo fato de esse procedi- mento de regularização/normalização compreender uma interrupção, pelo menos temporária, da alimentação pelo distribuidor de matérias pulverulen- tas associado ao dispositivo de perfuração, cujo funcionamento é julgado anormal.

17. Processo de controle, de acordo com a reivindicação 16, ca- racterizado pelo fato de comportar uma repartição da alimentação com maté- rias pulverulentas sobre os outros distribuidores da célula.

18. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de, quando o funcionamento de pelo menos um dispositivo de perfuração (30) é julgado normal, ele compor- ta, além disso, uma modificação do procedimento de alimentação normal.

19. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de a posição baixa determinada ser a posição na qual o perfurador (33) entra em contato com o banho de eletrólito líquido (7).

20. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de a posição baixa determinada ser a posição mais baixa permitida pelo acionador (31).

21. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 20, caracterizado pelo fato de o acionador (31) do ou de ca- da dispositivo de perfuração (30) comportar pelo menos um macaco munido desse detector (40).

22. Processo de controle, de acordo com a reivindicação 21, ca- racterizado pelo fato de esse detector (40) ser um detector de fim de curso.

23. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 22, caracterizado pelo fato de o detector de posição (40) ser escolhido dentre os detectores mecânicos elétricos, ópticos ou magnéticos e os detectores que comportam qualquer combinação desses meios.

24. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 24, caracterizado pelo fato de o sinal elétrico S transmitir a ordem de descida do perfurador por via elétrica, óptica ou pneumática.

25. Processo de controle, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 24, caracterizado pelo fato de as matérias pulverulentas se- rem escolhidas no grupo constituído dos pós à base de alumina, dos pós de fluoreto de alumínio e dos pós à base de criolita.

26. Sistema de controle (50), dos acréscimos de matérias pulve- rulentas em uma célula de eletrólise (1) destinada à produção de alumínio por eletrólise ígnea e munida de pelo menos um distribuidor de matérias pul- verulentas (20) e de pelo menos um dispositivo de perfuração (30) que com- porta um acionador (31) e um perfurador (33), essa célula contendo um ba- nho de eletrólito líquido (7) e sendo conduzida de maneira a formar uma crosta de alumina e de banho solidificado (10) acima do banho de eletrólito líquido (7), caracterizado pelo fato de comportar: - um meio (51) para gerar um sinal elétrico S apto a provocar, em um instante t0 determinado, a descida do perfurador (33) com o auxílio do acionador (31); - um dispositivo (52) para medir o momento t no qual o perfura- dor (33) atinge uma posição baixa P determinada, o dito dispositivo de medi- da (52) comportando pelo menos um detector de posição (40) apto a detec- tar a dita posição baixa P - um meio (53), dito meio de diagnóstico, para determinar o valor de pelo menos um indicador de funcionamento da alimentação F(to ,t) a par- tir do valor de um instante t0 e do valor obtido para o momento t.

27. Sistema de controle (50), de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de esse detector (40) ser integrado ao(s) dispositi- vo^) de perfuração (30).

28. Sistema de controle (50), de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de esse detector (40) ser integrado ao acionador (31) de cada dispositivo de perfuração (30).

29. Sistema de controle (50), de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de o acionador (31) comportar um macaco munido desse detector (40).

30. Sistema de controle (50), de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 29, caracterizado pelo fato de esse detector (40) ser um detector de fim de curso.

31. Sistema de controle (50), de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 30, caracterizado pelo fato de o detector (40) ser esco- lhido dentre os detectores mecânicos, elétricos, ópticos ou magnéticos e os detectores que comportam qualquer combinação desses meios.

32. Sistema de controle (50), de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 31, caracterizado pelo fato de o sistema de controle (50) de acordo com a invenção, compreender um regulador (54).

33. Sistema de controle (50), de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de o regulador (54) compreender meios específicos para utilizar intervenções automáticas destinadas a corrigir o funcionamento de um dispositivo de perfuração (30), quando um indicador de funcionamen- to F(t0, t) revelar um funcionamento anormal da alimentação.

34. Sistema de controle (50), de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 33, caracterizado pelo fato de as matérias pulverulentas serem escolhidas no grupo constituído dos pós à base de alumina, dos pós de fluoreto de alumínio e dos pós à base de criolita.