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

Abstract

Riešenie sa týká spósobu regulácie medzielektródovej vzdialenosti elektrolyzéra na výrobu hliníka elektrolýzou oxidu hlinitého rozpustného v roztavenom elektrolyte, na báze kryolitu sodného, pričom sa využívajú změny v charaktere amplitúdo-frekvenčného spektra striedavej zložky odporu alebo svorkového napStia elektrolyzéra na stanovenie optimálnej velkosti medzielektródovej vzdialenosti a odstraňovanie technologických porúch s cielom amplitúdové maximum vo frekvenčnom pásme 0,4 až 2,0 Herz, je medzielektródová vzdialenosť rovná alebo vačšia ako optimálna. Ak sa amplitúdové maximum v uvedeηβj oblasti nedá identifikovat, připadne rastie celková nestabilita elektrolyzéra, daná podielom amplitúdového maxima frekvenčněj oblasti 0,4 až 2,0 Herz ku amplitúdovému maximu frekvenčnej oblasti 0,015 až 0,3 Herz, je potřebné medzielektródovú vzdialenost zvačšit.

Description

Vynález sa týká spósobu regulácie medzielektródovej vzdialenosti elektrolyzéra na výrobu hliníka, získaného elektrolýzou oxidu hlinitého rozpuštěného v roztavenom elektrolyte, ktorého hlavnou zložkou je kryolit, kde sa rieši spósob nastavovania optimálnej velkosti medzielektródovej vzdialenosti a včasná identifikácia a odstraňovanie technologických porúch změnou medzielektródovej vzdialenosti odvodenej z charakteru amplitúdo-frekvenčného spektra striedavej zložky odporu alebo svorkového napátia elektrolyzéra.

Odpor alebo svorkové napStie elektrolyzéra je jedným z najdOležitejších technologických ukazovatelov. Z jeho hodnoty a priebehu sa odvádza váčšina známých riadiacich a regulačných zásahov. K výslednej hodnotě svorkového napátia elektolyzéra, okrem rozkladného napátia oxidu hlinitého, prispieva rad dalších ohmických spádov napStia, vyvolaných jednak elektronovým charakterom odporov vo vodičoch a v miestach ich spojov a jednak ionovým charakterem odporu v elektrolyte. Všetky tieto ohmické spády napátia, resp. odpory sa pri konštantnej velkosti prúdu v relativné krátkých časových úsekoch prakticky nemenia. Pri detailnějšom skúmaní svorkového napátia elektrolyzéra sa dá zistiť, že jeho hodnota nie je stála ani pri konštantnom prúde, ale kolíše s různou frekvenciou, v závislosti na velkosti, konštrukcii a technologickom stave elektrolyzéra v rozsahu 0,001 až 0,1 V v extrémnych prípadoch až neikolko desatín voltu. V tomto kolísaní sa odrážajú dynamické procesy v elektrolyzéri ako prúdenie, kolísanie a vlnenie hladiny katodového kovu spósobované uvolněním plynov z pod anody a Sálej interakciou elektromagnetických sil vyvolávaných vedlajšími horizontálnymi zložkami prúdu v katóde a anóde s elektromagnetickými silami, vyvolanými hlavnou vertikálnou zložkou prúdu. Velkost horizontálnych zložiek prúdu ovplyvňujú usadeniny oxidu hlinitého na dne katódovej šachty elektrolyzéra, tvar garnisáže, ktoré sú vytvárané zatuhnutým elektrolytom na bočných stěnách katódovej šachty, nerovnosťami na anóde, rozdielnou kvalitou kontaktných spojov prívodných vodičov elektrického prúdu a podobné. Všetky tieto procesy pósobia v elektrolyzéri súčasne, vzájomne sa ovplyvňujú, následkom čoho je na prvý pohlad chaotické kolísanie svorkového napátia, ktoré prispieva k zvýšenému rozpúštaniu kovového hliníka v elektrolyte. V niektorých prípadoch móže dochádzat až k priamym skratom katodového kovu a anodou. Všetky tieto javy vedú k zvýšeniu nestability elektrolyzéra a v konečnom dósledku k poklesu prúdovej a energetickej účinnosti elektrolýzneho procesu.

Je známy celý rad spósobov, využívajúcich analýzu striedavej zložky odporu alebo svorkového napátia elektrolyzéra na jeho reguláciu a optimalizáciu technologického stavu. Najčastejším regulačným zásahom bývá zváčšenie medzielektródovej vzdialenosti, ktorá sa móže vykonávat aj autoamticky. Ak sa týmto spósobom nepodaří zlepšit technologický stav elektrolyzéra je přivolaná obsluha, ktorá odstraňuje vážnejšie narušenia technologického stavu, ako sú napr. nerovnosti na anóde, rozptýlená uhlíková troska, připadne kúsky anody v elektrolyte, usadeniny oxidu hlinitého na dne katódovej šachty, zhoršenia přechodových odporov na niektorých kontaktných vodičov elektrického prúdu a podobné.

Nevýhodou známých spósobov regulácie medzielektródovej vzdialenosti elektrolyzéra je, že medzielektródová vzdialenost je v praxi často váčšia ako je nevyhnutné potřebné na udržanie tepelnej rovnováhy, připadne na odstránenie příčin technologickéj poruchy elektrolyzéra, čo sa prejavuje na zvýšení jeho svorkového napStia a tým aj znížení energetickej účinnosti. Nižšia energetická účinnost je aj v prípadoch medzielektródovej vzdialenosti menšej než optimálnej a to v dósledku poklesu prúdovej účinnosti.

Uvedené nevýhody existujúceho stavu techniky odstraňuje spósob regulácie medzielektródovej vzdialenosti elektrolyzéra na výrobu hliníka elektrolýzou oxidu hlinitého rozpuštěného v elektrolyte, ktorého hlavnou zložkou je kryolit sodný podlá vynálezu, ktorého podstata spočívá 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 až 2,0 Herz, vytvořené striedavou zložkou odporu alebo napátia, pri súčasne čo možno najnižšej celkovej amplitúde kmitania, určenej podielom amplitúdového maxima frekvenčného pásma 0,40 až 2,0 Herz ku amplitúdovému maximu frekvenčného písma 0,015 až 0,3 Herz, pričom

CS 266 954 Bl . 3 hodnotu tohto podeilu je možné znížiť prechodým zváčšením medzielektródovej vzdialenosti, kým sa neodstránia příčiny nestability elektrolyzéra.

Výhodou spůsobu regulácie medzielektródovej vdzialenosti elektrolyzéra na výrobu hliníka podlá vynálezu je to, že pre danú velkost a konštrukčný typ existuje charakteristické amplitádo-frekvenčně spektrum striedavej zložky odporu alebo svorkového napatia a na základe jeho zmien je možné zaistiť plynulá reguláciu velkosti medzielektródovej vzdialenosti, respektive včasná identifikáciu a odstraňovanie příčin technologických porách pri súčasnom dosahovaní maximálnej energetickej áčinnosti procesu. Vhodným spracovaním vačšieho počtu diskrétnych spektier je možné do značnéj miery eliminovat stochastický charakter kmitania. Energetická áčinnosť procesu máze sa dalej výrazné vzýšiť, ak sa spůsob regulácie elektrolyzéra na výrobu hliníka podlá vynálezu spojí s kontrolou iných parametrov, sávisiacich s tepelnou rovnováhou elektrolyzéra, pri sáčasnom znížení strát tepla z procesu, alebo s konštrukčnými změnami na elektrolyzéri. Zníženie počtu technologických porách a zvýšenie prádovej áčinnosti sa priaznivo prejaví aj na zníženom ániku fluorových emisií z procesu, znížení mernej spotřeby fluorosolí, anodovéj hmoty a na absolátnom zvýšení výroby hliníka a tým aj na raste produktivity práce.

Regulácia bola robená na 76,5 kA elektrolyzéroch zo Sóderbergovou anodou s vertilálnym prívodom prádu. Charakter amplitádo-frekvenčného spektra v oblasti 0 až 10 Hz sa skámal firemným amplitádo-frekvenčným analyzátorem a dalej pomocou analogových filtrov připojených na počítač alebo priamym spracovaním číslicového signálu počítačom. Pre daná velkost a konštrukčný typ elektrolyzéra boli stanovené tri následovně charakteristické frekvenčně pásma: 0,10 až 0,20 Herz: 0,55 až 0,75 Herz a 2,0 až 10 Herz. Optimálna velkost medzielektródovej vzdialenosti sa nastavovala nasledovným postupom. V případe, že vo frekvenčnom pásme 0,55 až 0,75 Herz bolo identifikované amplitádové maximum zmenšovala sa postupné po malých krokoch velkost medzielektródovej vzdialenosti až kým sa toto amplitádové maximum nestratilo a neobjavila sa nová dominantně frekvencia vo frekvenčněj oblasti 0,10 až 0,20 Herz. Tento stav už indikuje příliš malá medzielektródová vzdialenost, tzv. stav potlačanej anody. Optimálna velkost medzielektródovej vzdialenosti sa potom nastaví vrátením anody do predchádzajácej polohy, pri ktorej je možná ešte identifikovat amplitádové maximum vo frekvenčnej oblasti 0,55 až 0,75 Herz. Pri stave tzv. potlačenej anody sa postupné, po malých krokoch zváčšuje medzielektródová vzdialenost až kým nezmizne amplitádové maximum vo frekvenčnej oblasti 0,10 až 0,20 Herz a neobjaví sa žiadáce amplitádové maximum vo frekvenčnej oblasti 0,55 až 0,75 Herz, pričom sa zároveň dosiahne optimálna velkost medzielektródovej vzdialenosti, t. j. minimálna velkost medzielektródovej vzdialenosti, pri vysokej prádovej áčinnosti, čo za daných podmienok zároveň znamená maximálnu energetická áčinnosť elektrolyzéra. Za tohto stavu však nemusí byť zabezpečená tepelná stabilita elektrolyzéra, pretože může v ňom vznikat menej tepla ako je třeba na kompenzáciu tepelných strát do okolia. Na stanovenie tepelného stavu elektrolyzéra sa preto používal celý rad doplňujácich meraní, ako například meranie teplůt a zloženie elektrolytu, hrábky a tvaru garnisáží, poklesu hladiny hliníka vztiahnutý na jednotkové množstvo z elektrolyzéra vyčerpaného kovu, tvrdost kůry pri periodickom dávkovaní oxidu hlinitého a podobné. Kvůli zaisteniu tepelnej stability sa na daných elektrolyzéroch pracovalo váčšinou a váčšou medzielektródovou vzdialenosťou, ako si vyžadoval výsledok amplitádo-frekvenčnej analýzy. Ak však z amplitádo-frekvenčnej analýzy vyplynula potřeba zvýšenia medzielektródovej vzdialenosti nad hodnotu presahujácu tepelné požiadavky elektrolyzéra, mohla sa medzielektródová vzdialenost po stabilizácii technologického stavu na stanovená dobá adekvátně znížit bez zhoršenia prádovej áčinosti. Pokial rástla absolátna hodnota amplitády kmitania vo fekvenčnom pásme 0,10 až 0,20 Herz a 0,55 až 0,75 Herz, tak aj pri zachovaní konštantného rozdielu klesá hodnota ich podielu a alektrolyzér nepracuje v optimálnych podmienkach. Preto pri nastavovaní optimálnej velkosti medzielektródovej vzdialenosti sa táto postupné v malých krokoch zvSčšuje až do okamihu, kým sa nedosiahne žiadaná hodnota podielu, ktorá na danom type dobré pracujáceho elektrolyzéra sa pohybovala v rozmedzí 1,2 až 2,5. Jej pokles pod hodnotu 1,2 bol obyčajne spojený s rastom nestability elektrolyzéra, t. j. so zvSčšením amplitády kmitania napatia alebo odporu v sledovanéj frekvenčnej oblasti, predovšetkým v oblasti nižších frekvencií

CS 266 954 Bl hlavně do 0,3 Herz. Pri objavení jedného alebo viacerých amplitúdových maxim vo frekvenčnej oblasti 2 až 10 Herz, išlo spravidla o nerovnosti na anóde, na ktorých dochádzalo k priamym elektrickým skratom s katodovým kovom. Zlý technologický stav elektrolyzéra signalizuje aj celkové zvýšenie frekvenčného šumu v oblasti 2,0 až 10 Herz, pričom sa však ani v jednom případe už nedá identifikovat amplitúdové maximum vo frekvenčnej oblasti 0,55 až 0,75 Herz. Aj v týchto prípadoch je možné eliminovat nestabilitu elektrolyzéra dočasným zvSčšením medzielektródovej vzdialenosti na úroveň, pri ktorej sa nežiadúce amplitúdové maximá vo frekvenčnej oblasti nad 2 Herz potlačia. Pokial sa zvSčšovaním medzielektródovej vzdialenosti nedaří odstranit nestabilitu elektrolyzéra, je počítačom přivolaná obsluha, ktorá iným spósobom odstráni příčiny nestability. Aj v tomto případe sa však rýchlost návratu do východzej velkosti medzielektródovej vzdialenosti riadi charakterom frekvenčného spektra.

Claims (1)

1. Spósob regulácie medzielektródovej vzdialenosti elektrolyzéra na výrobu hliníka elektrolýzou oxidu hlinitého rozpuštěného v roztavenom elektrolyte, ktorého hlavnú zložku tvoří kryolit sodný vyznačujú sa tým, že proces sa vedle pri čo možno najmenšej velkosti medzielektródove j vzdialenosti, pri ktorej sa dá ešte identifikovať amplitúdové maximum vo frekvenčnej oblasti 0,4 až 2,0 Herz, vytvořené striedavou zložkou odporu alebo napátia, pri súčasne čo možno najnižšej celkovej amplitúde kmitania určenej podielom amplitúdového maxima frekvenčného pásma 0,4 až 2,0 Herz ku amplitúdovému maximu frekvenčného pásma 0,015 až 0,3 Herz, pričom hodnotu tohto podielu je možné znížiť přechodným zváčšením medzielektródove j vzdialenosti, kým sa neodstráni nestabilita elektrolyzéra.