CS266954B1 - Sposob regulácie medzielektródovej vzdialenosti elektrolyzóra na výrobu hlinlka - Google Patents

Description

2 CS 266 954 Bl

Vynález sa týká spůsobu regulácie medzielektródovej vzdialenosti elektrolyzéra navýrobu hliníka, získaného elektrolýzou oxidu hlinitého rozpuštěného v roztavenom elektrolyte,ktorého hlavnou zložkou je kryolit, kde sa rieši spůsob nastavovania optimálnej velkostimedzielektródovej vzdialenosti a včasná identifikácia a odstraňovanie technologickýchporúch změnou medzielektródovej vzdialenosti odvodenej z charakteru amplitúdo-frekvenčné-ho spektra striedavej zložky odporu alebo svorkového napStia elektrolyzéra.

Odpor alebo svorkové napStie elektrolyzéra je jedným z najdOležitejších technologickýchukazovatelov. Z jeho hodnoty a priebehu sa odvádza vSčšina známých riadiacich a regulačnýchzásahov. K výslednej hodnotě svorkového napátia elektolyzéra, okrem rozkladného napStiaoxidu hlinitého, prispieva rad dalších ohmických spádov napStia, vyvolaných jednak elektrono-vým charakterom odporov vo vodičoch a v miestach ich spojov a jednak ionovým charakteromodporu v elektrolyte. Všetky tieto ohmické spády napátia, resp. odpory sa pri konštantnejvelkosti prúdu v relativné krátkých časových úsekoch prakticky nemenia. Pri detailnějšomskúmaní svorkového napátia elektrolyzéra sa dá zistiť, že jeho hodnota nie je stála anipri konštantnom prúde, ale kolíše s různou frekvenciou, v závislosti na velkosti, konštrukciia technologickom stave elektrolyzéra v rozsahu 0,001 až 0,1 V v extrémnych prípadoch ažneikolko desatín voltu. V tomto kolísaní sa odrážajú dynamické procesy v elektrolyzériako prúdenie, kolísanie a vlnenie hladiny katodového kovu spůsobované uvolněním plynovz pod anody a dalej interakciou elektromagnetických sil vyvolávaných vedlajšími horizontál-nymi zložkami prúdu v katóde a anóde s elektromagnetickými silami, vyvolanými hlavnouvertikálnou zložkou prúdu. Velkost horizontálnych zložiek prúdu ovplyvňujú usadeninyoxidu hlinitého na dne katódovej šachty elektrolyzéra, tvar garnisáže, ktoré sú vytváranézatuhnutým elektrolytom na bočných stěnách katódovej šachty, nerovnosťami na anóde, rozdiel-nou kvalitou kontaktných spojov prívodných vodičov elektrického prúdu a podobné. Všetkytieto procesy působia v elektrolyzéri súčasne, vzájomne sa ovplyvňujú, následkom čohoje na prvý pohlad chaotické kolísanie svorkového napStia, ktoré prispieva k zvýšenémurozpúštaniu kovového hliníka v elektrolyte. V niektorých prípadoch může dochádzaí až k pria-mym skratom katodového kovu a anodou. Všetky tieto javy vedú k zvýšeniu nestability elektro-lyzéra a v konečnom důsledku k poklesu prúdovej a energetickej účinnosti elektrolýznehoprocesu.

Je známy celý rad spůsobov, využívajúcich analýzu striedavej zložky odporu alebosvorkového napátia elektrolyzéra na jeho reguláciu a optimalizáciu technologického stavu.Najčastejším regulačným zásahom bývá zvSčšenie medzielektródovej vzdialenosti, ktorá samůže vykonávat aj autoamticky. Ak sa týmto spůsobom nepodaří zlepšit technologický stavelektrolyzéra je přivolaná obsluha, ktorá odstraňuje vážnejšie narušenia technologickéhostavu, ako sú napr. nerovnosti na anóde, rozptýlená uhlíková troska, připadne kúsky anodyv elektrolyte, usadeniny oxidu hlinitého na dne katódovej šachty, zhoršenia přechodovýchodporov na niektorých kontaktných vodičov elektrického prúdu a podobné.

Nevýhodou známých spůsobov regulácie medzielektródovej vzdialenosti elektrolyzéra je,že medzielektródová vzdialenost je v praxi často váčšia ako je nevyhnutné potřebné naudržanie tepelnej rovnováhy, připadne na odstránenie příčin technologickéj poruchy elektro-lyzéra, čo sa prejavuje na zvýšení jeho svorkového napStia a tým aj znížení energetickejúčinnosti. Nižšia energetická účinnost je aj v prípadoch medzielektródovej vzdialenostimenšej než optimálnej a to v důsledku poklesu prúdovej účinnosti.

Uvedené nevýhody existujúceho stavu techniky odstraňuje spůsob regulácie medzielektró-dovej vzdialenosti elektrolyzéra na výrobu hliníka elektrolýzou oxidu hlinitého rozpuštěné-ho v elektrolyte, ktorého hlavnou zložkou je kryolit sodný podlá vynálezu, ktorého podstataspočívá v tom, že proces sa vedie pri čo možno najmenšej medzielektródovej vzdialenosti,pri ktorej sa dá ešte identifikovat amplitúdové maximum vo frekvenčněj oblasti 0,4 až2,0 Herz, vytvořené striedavou zložkou odporu alebo napStia, pri súčasne čo možno najnižšejcelkovej amplitúde kmitania, určenej podielom amplitúdového maxima frekvenčného pásma0,40 až 2,0 Herz ku amplitúdovému maximu frekvenčného písma 0,015 až 0,3 Herz, pričom CS 266 954 B1 3 hodnotu tohto podeilu je možné znížit preohodým zvSčšením medzielektródovej vzdialenosti,kým sa neodstránia příčiny nestability elektrolyzéra. Výhodou spůsobu regulácie medzielektródovej vdzialenosti elektrolyzéra na výrobuhliníka podlá vynálezu je to, že pre danú velkost a konštrukčný typ existuje charakteristickéamplitúdo-frekvenčně spektrum striedavej zložky odporu alebo svorkového napStia a na základejeho zmien je možné zaistit plynulá reguláciu velkosti medzielektródovej vzdialenosti,respektive včasná identifikáciu a odstraňovanie příčin technologických porúch pri súčasnomdosahovaní maximálnej energetickej účinnosti procesu. Vhodným spracovaním vSčšieho počtudiskrétnych spektier je možné do značnéj miery eliminovat stochastický charakter kmitania.Energetická účinnost procesu múze sa dalej výrazné vzýšiť, ak sa spůsob regulácie elektroly-zéra na výrobu hliníka podlá vynálezu spojí s kontrolou iných parametrov, súvisiacichs tepelnou rovnováhou elektrolyzéra, pri súčasnom znížení strát tepla z procesu, alebos konštrukčnými změnami na elektrolyzéri. Zníženie počtu technologických porúch a zvýšenieprúdovej účinnosti sa priaznivo prejaví aj na zníženom úniku fluorových ernisil z procesu,znížení mernej spotřeby fluorosolí, anodovéj hmoty a na absolútnom zvýšení výroby hliníkaa tým aj na raste produktivity práce.

Regulácia bola robená na 76,5 kA elektrolyzéroch zo Sóderbergovou anodou s vertilálnymprívodom prúdu. Charakter amplitúdo-frekvenčného spektra v oblasti 0 až 10 Hz sa skúmalfiremným amplitúdo-frekvenčným analyzátorem a dalej pomocou analogových filtrov připojenýchna počítač alebo priamym spracovaním číslicového signálu počitačom. Pre danú velkost akonštrukčný typ elektrolyzéra boli stanovené tri následovně charakteristické frekvenčněpásma: 0,10 až 0,20 Herz: 0,55 až 0,75 Herz a 2,0 až 10 Herz. Optimálna velkost medzi-elektródovej vzdialenosti sa nastavovala nasledovným postupom. V případe, že vo frekvenčnompásme 0,55 až 0,75 Herz bolo identifikované amplitúdové maximum zmenšovala sa postupnépo malých krokoch velkost medzielektródovej vzdialenosti až kým sa toto amplitúdové maximumnestratilo a neobjavila sa nová dominantně frekvencia vo frekvenčněj oblasti 0,10 až0,20 Herz. Tento stav už indikuje příliš malú medzielektródovú vzdialenost, tzv. stav"potlačanej" anody. Optimálna velkost medzielektródovej vzdialenosti sa potom nastavívrátením anody do predchádzajúcej polohy, pri ktorej je možná ešte identifikovat amplitúdovémaximum vo frekvenčnej oblasti 0,55 až 0,75 Herz. Pri stave tzv. "potlačenej" anody sapostupné, po malých krokoch zvSčšuje medzielektródová vzdialenost až kým nezmizne amplitúdovémaximum vo frekvenčnej oblasti 0, 10 až 0,20 Herz a neobjaví sa žiadúce amplitúdové maximumvo frekvenčnej oblasti 0,55 až 0,75 Herz, pričom sa zároveň dosiahne optimálna velkostmedzielektródovej vzdialenosti, t. j. minimálna velkost medzielektródovej vzdialenosti,pri vysokej prúdovej účinnosti, čo za daných podmienok zároveň znamená maximálnu energetickúúčinnost elektrolyzéra. Za tohto stavu však nemusí byť zabezpečená tepelná stabilita elektro-lyzéra, pretože může v ňom vznikat menej tepla ako je třeba na kompenzáciu tepelných strátdo okolia. Na stanovenie tepelného stavu elektrolyzéra sa preto používal celý rad doplňu-júcich meraní, ako například meranie teplót a zloženie elektrolytu, hrůbky a tvaru garnisáží,poklesu hladiny hliníka vztiahnutý na jednotkové množstvo z elektrolyzéra vyčerpanéhokovu, tvrdost kóry pri periodickom dávkovaní oxidu hlinitého a podobné. Kvóli zaisteniutepelnej stability sa na daných elektrolyzéroch pracovalo vSčšinou a vSčšou medzielektródovouvzdialenostou, ako si vyžadoval výsledok amplitúdo-frekvenčnej analýzy. Ak však z amplitúdo--frekvenčnej analýzy vyplynula potřeba zvýšenia medzielektródovej vzdialenosti nad hodnotupresahujúcu tepelné požiadavky elektrolyzéra, mohla sa medzielektródová vzdialenost postabilizácii technologického stavu na stanovená dobú adekvátně znížit bez zhoršenia prúdovejúčinosti. Pokiaí rástla absolútna hodnota amplitúdy kmitania vo fekvenčnom pásme 0,10 až0,20 Herz a 0,55 až 0,75 Herz, tak aj pri zachovaní konštantného rozdielu klesá hodnotaich podielu a alektrolyzér nepracuje v optimálnych podmienkach. Preto pri nastavovaníoptimálnej velkosti medzielektródovej vzdialenosti sa táto postupné v malých krokoch zvSčšujeaž do okamihu, kým sa nedosiahne žiadaná hodnota podielu, ktorá na danom type dobré pracujúceho elektrolyzéra sa pohybovala v rozmedzí 1,2 až 2,5. Jej pokles pod hodnotu 1,2 bol obyčajnespojený s rastom nestability elektrolyzéra, t. j. so zvSčšením amplitúdy kmitania napatiaalebo odporu v sledovanéj frekvenčnej oblasti, predovšetkým v oblasti nižších frekvenci!

Claims (1)

1. 4 CS 266 954 B1 hlavně do 0,3 Herz. Pri objavení jedného alebo viacerých amplitúdových maxim vo frekvenčnejoblasti 2 až 10 Herz, išlo spravidla o nerovnosti na anóde, na ktorýoh dochádzalo k priamymelektrickým skratom s katodovým kovom. Zlý technologický stav elektrolyzéra signalizujeaj celkové zvýšenie frekvenčného šumu v oblasti 2,0 až 10 Herz, pričom sa však ani v jednompripade už nedá identifikovat amplitúdové maximum vo frekvenčnej oblasti 0,55 až 0,75 Herz.Aj v týchto prípadoch je možné eliminovat nestabilitu elektrolyzéra dočasným zvSčšenímmedzielektródovej vzdialenosti na úroveň, pri ktorej sa nežiadúce amplitúdové maximá vofrekvenčnej oblasti nad 2 Herz potlačia. Pokial sa zvSčšovaním medzielektródovej vzdialenos-ti nedaří odstranit nestabilitu elektrolyzéra, je počítačom přivolaná obsluha, ktorá inýmspůsobom odstráni příčiny nestability. Aj v tomto případe sa však rýchlost návratu dovýchodzej velkosti medzielektródovej vzdialenosti riadi charakterom frekvenčného spektra. PREDMET VYNÁLEZU SpŮsob regulácie medzielektródovej vzdialenosti elektrolyzéra na výrobu hliníka elektro-lýzou oxidu hlinitého rozpuštěného v roztavenom elektrolyte, ktorého hlavnú zložku tvoříkryolit sodný vyznačujú sa tým, že proces sa vedie pri čo možno najmenšej velkosti medzi-elektródove j vzdialenosti, pri ktorej sa dá ešte identifikovat amplitúdové maximum vofrekvenčnej oblasti 0,4 až 2,0 Herz, vytvořené striedavou zložkou odporu alebo napStia,pri súčasne čo možno najnižšej celkovej amplitúde kmitania určenej podielom amplitúdovéhomaxima frekvenčného pásma 0,4 až 2,0 Herz ku amplitúdovému maximu frekvenčného pásma 0,015až 0,3 Herz, pričom hodnotu tohto podielu je možné znižit přechodným zvSčšením medzielektródo-ve j vzdialenosti, kým sa neodstráni nestabilita elektrolyzéra. Severografia, n. p., MOST Cena 2,40 Kčs