RU2425180C2

RU2425180C2 - Procedure for control over aluminium electrolyser

Info

Publication number: RU2425180C2
Application number: RU2009119069/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Илаевич Ахметов (RU); Сергей Илаевич Ахметов; Константин Федорович Никандров (RU); Константин Федорович Никандров; Андрей Васильевич Завадяк (RU); Андрей Васильевич Завадяк; Александр Анатольевич Оробинский (RU); Александр Анатольевич Оробинский; Юрий Владимирович Илюхин (RU); Юрий Владимирович Илюхин; Григорий Игоревич Суханов (RU); Григорий Игоревич Суханов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2011-07-27
Also published as: RU2009119069A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: procedure refers to non-ferrous metallurgy, in particular, to electrolytic production of aluminium in electrolysers with preliminary burned anode and can be used for control of pneumatic cylinder of punch of system of automatic supply of alumina into melted electrolyte. The procedure for control of aluminium electrolyser with system of automatic supply of alumina with pneumatic cylinder, a rod of which is equipped with the punch for punching cryolite-alumina crust, consists in transfer of the punch downward and at detection of the punch contact with electrolyte melt in return of the punch into an initial position. Contact of the punch with melt of electrolyte is determined at recording reduced frequency of generated pulses of a controlled generator of pulses when parameters of frequency-setting circuit between anode and the pneumatic cylinder are changed relative to frequency of generated pulses in the initial state of the punch. Return of the punch into the initial position is performed at decreased frequency of generated pulses for more, than 20 %. Frequency of generated pulses in initial state of the punch is recorded in the range from 10 to 30 kHz.

EFFECT: determination of contact of punch and electrolyte with usage of any type of pneumatic cylinders.

3 cl, 1 dwg

Description

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.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum in electrolyzers with a prebaked anode, and can be used to control the pneumatic cylinder of a punch of a system for automatically feeding alumina to molten electrolyte.

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.In the process of aluminum electrolysis, alumina dissolved in the electrolyte is continuously consumed, which is supplied to the electrolyte in separate doses weighing from 0.5 to 2 kg. The concentration of alumina in the electrolyte should be maintained in the range from 2 to 3.5%. When working at a lower concentration of alumina, the likelihood of anode effects that increase the emission of harmful substances and reduce the technical and economic indicators of the process increases. With a higher concentration of alumina, the likelihood of a precipitate of undissolved alumina at the bottom of the electrolysis cells increases, which also leads to a decrease in the technical and economic indicators of the process.

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.When feeding alumina to the open surface of the electrolyte, part of the alumina dissolves, and the other part forms a solid agglomerate of alumina with an electrolyte, the so-called cryolite-alumina crust, which over time begins to prevent the alumina supplied by the dispensers from entering the electrolyte. To ensure reliable supply of alumina to the electrolyte, special punches are installed on the electrolysis cells to destroy the resulting crust. Punches are attached to the rods of pneumatic cylinders, and pneumatic cylinders are mounted on the collector beam of the electrolyzer with the possibility of adjusting their position in height. The installation of pneumatic cylinders on the beam-collector of the electrolyzer is carried out through the isolation unit. Thus, the final position of the punch is determined by the geometric dimensions of the pneumatic cylinders and their position relative to the collector beam. Due to a change in the level of the electrolyte melt, which depends on the current technological state of the electrolyzer or technological operations carried out on the electrolyzer, immersion of the punches in the electrolyte can be carried out at various depths.

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.In the case of excessive penetration of the punches into the electrolyte or their residence in the electrolyte for too long, the electrolyte sticks to the punctures, which ultimately leads to breakdowns of the crust, blocking the supply of alumina to the electrolyte and the occurrence of anode effects. In addition, there is a rapid wear of the tips of the punch.

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.Thus, one of the main tasks of controlling the supply of alumina to the electrolyte is to ensure that the punch touches the melt at each of its operation, regardless of fluctuations in the level of the melt in the cell with a minimum residence time of the punch in the melt.

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.An analogue and a prototype of the proposed method is a method for controlling the operation of a punch of a cryolite-alumina crust of an aluminum electrolyzer (patent WO 84/03108, M. C. C25C 3/14, 1984). The control method includes moving the punch down and, when determining the contact of the punch with the molten electrolyte, returning the punch to its original position. An AC source is used to determine if the piercer is touching the melt. The AC source is connected to the housing of the pneumatic cylinder, to the rod of which a punch is attached, and to the cathode of an aluminum electrolyzer. The stem of the pneumatic cylinder has reliable galvanic contact with the housing of the pneumatic cylinder. Capacitors are installed in the circuit of the alternating current source and the device detecting the appearance of alternating current in the controlled circuit, preventing the potential of the aluminum electrolyzer from entering the circuit of the recording device. When the punch reaches the electrolyte melt, the circuit of the AC source and the recording device closes, which is a signal for the punch to return to its original state.

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.A disadvantage of the known method is that in order to determine the penetration of the melt by the piercer, it is necessary to use a special type of pneumatic cylinder having reliable galvanic contact between the body of the pneumatic cylinder and its rod, which is more difficult to manufacture and more expensive than the usual type of pneumatic cylinders used in automatic systems alumina feed.

Задачей изобретения является обеспечение определения касания пробойником электролита при использовании любого типа пневматических цилиндров.The objective of the invention is the provision of determining the touch punch electrolyte when using any type of pneumatic cylinder.

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.The technical result is achieved in that in a method for controlling an aluminum electrolyzer with a prebaked anode filled with a molten electrolyte and equipped with an automatic alumina feed system with a pneumatic cylinder, the rod of which is equipped with a punch for punching a cryolite-alumina crust, including moving the punch down and when determining the contact of the melt punch electrolyte return of the punch to its original position, according to the claimed invention, the punch touching the molten electrolyte It is determined when registering a decrease in the frequency of the generated pulses of the controlled pulse generator when changing the parameters of the frequency-setting circuit between the anode and the pneumatic cylinder relative to the frequency of the generated pulses in the initial state of the punch.

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.A controlled pulse generator is connected to the housing of the pneumatic cylinder and the anode of the electrolyzer, and the frequency of the generated pulses is determined by the properties of the frequency-setting circuit, which includes a band-pass filter, the capacity of the housing of the pneumatic cylinder relative to the anode, the capacity of the housing of the pneumatic cylinder relative to the piston and rod and a variable gap capacity between punch and molten electrolyte.

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.In the initial state of the punch, the gap between the punch and the electrolyte melt is large, the gap capacity is small, the pulse frequency of the controlled pulse generator is from 10 to 30 kHz.

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.When the punch reaches the electrolyte melt, the pulse frequency of the controlled generator decreases by more than 20% of the pulse frequency in the initial state, which is a signal for the punch to return to its original state.

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.The inventive method is illustrated in figure 1, where in the electrolysis bath 1 filled with molten electrolyte 2 is placed an anode 3, mounted on the anode bus 4. On the surface of the molten electrolyte is formed cryolite-alumina peel 5. Punching cryolite-alumina peel 5 is carried out using a punch 6 driven by a pneumatic cylinder 7, inside of which there is a piston 8 and a rod 9. The pneumatic cylinder is galvanically isolated from the anode busbar using an isolation unit 10. A controlled pulse generator 11 under It is connected to the anode 3 and the housing of the pneumatic cylinder 6 through a band-pass filter 12. The pulse frequency of the controlled generator is measured by a programmable controller 13, which controls the pneumatic switch 14.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.The inventive method is as follows.

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.In the initial state of the punch 6, when the piston 8 of the pneumatic cylinder 7 is in the upper position, the frequency-driving circuit of the controlled generator 11 includes a band-pass filter 12, the capacity of the wires relative to the anode 3, the capacity of the pneumatic cylinder 6 relative to the anode 3 and the resistance of the wires. When approaching the punch 6 to the melt of the electrolyte 4, the capacity of the pneumatic cylinder 7 relative to the piston 8 and the rod 9, the resistance between the housing, the piston 8 and the rod 9 of the pneumatic cylinder 7, the capacity of the punch 6 relative to the melt of the electrolyte 4 are additionally connected to the frequency-setting circuit, a decrease in the gap between the punch 6 and the electrolyte melt 4 leads to an increase in this capacity, which causes a decrease in the pulse frequency of the controlled generator 11. At the moment the punch 6 touches the electrolyte That 4, the capacitance between the punch 6 and the molten electrolyte 4 in the frequency-setting circuit becomes equal to zero, and the pulse frequency of the controlled generator 11 is minimal.

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.Programmable controller 13 registers the frequency of the pulses, determining the number of pulses of the controlled oscillator 11 for a given period of time, which is calculated based on the required accuracy of determining the moment when the piercer touches the electrolyte melt. At a speed of movement of the rod of the pneumatic cylinder of 80-100 mm / s and at a pulse frequency of 10-30 kHz to ensure the positioning error of the piercer is not more than 1 mm, this time should be equal to 10 ms.

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.In the initial position of the punch 6, the pulse frequency of the generator 11 is recorded and stored. If, when the punch 6 is moved down, the pulse frequency decreases by more than 20% relative to the pulse frequency fixed in the initial position of the punch 6, this means that the punch 6 touched the electrolyte 4 , and in the frequency-setting circuit, the gap capacity between the punch 6 and the electrolyte melt 4 is zero. Such a change in the frequency of the pulses is a signal to the programmable controller 13 for applying to the pneumatic switch 14 the command to return the piston 8 of the pneumatic cylinder 7 to its original state.

Использование заявляемого способа позволяет обеспечить определение касания пробойником расплава электролита в системах автоматической подачи глинозема в алюминиевые электролизеры при использовании любых типов пневматических цилиндров.The use of the proposed method allows the determination by the piercer of touching the molten electrolyte in systems for automatically feeding alumina to aluminum electrolysis cells using any type of pneumatic cylinder.

Claims

1. A method for controlling an aluminum electrolyzer with a prebaked anode filled with a molten electrolyte and having an automatic alumina feeding system with a pneumatic cylinder, the rod of which is equipped with a punch for punching a cryolite-alumina crust, and a pulse generator, including moving said punch down and returning the punch to its original position when determining the contact of the electrolyte melt with a piercer, characterized in that the contact of the electrolyte melt with a piercer is determined by istratsii reduce the frequency of pulses generated by the pulse generator managed when the parameters frequency drive circuit between the anode and calcined pneumatic cylinder relative to the frequency of the generated pulses in the initial state the punch.

2. The method according to claim 1, characterized in that the punch is returned to its original position when the frequency of the generated pulses is reduced by more than 20%.

3. The method according to claim 1, characterized in that the registration of the frequency of the generated pulses in the initial state of the punch is carried out in the range from 10 to 30 kHz.