2. Централизованная раздача и автоматизированное пи­тание ванн глинозёмом

1. Общие положения

Система централизованной раздачи глинозёма по ваннам (ЦРГ) служит для доставки глинозёма от корпусных силосов в бун­керы электролизёров. Из бункеров дозаторы автоматического пита­ния глинозёмом (АПГ) подают глинозём в электролизёры. Пробой­

ники по заданной программе пробивают корку электролита, а доза­торы подают порцию глинозёма.

Использование систем АПГ является одним из направлений снижения затрат труда, автоматизации процесса управления элек­тролизом, а также решения экологических проблем в производстве алюминия, так как применение АПГ способствует герметизации ванн. Кроме того, для современных электролизёров большой мощ­ности с поперечным расположением в корпусах, которые оснащают­ся стояками ошиновки по продольным сторонам, это единственный способ подачи глинозёма. Использование для этой цели напольной техники невозможно, а загрузка с кранов неприемлема по причине уплотненного графика их работы.

Принцип использования автоматизированного питания гли­нозёмом строится с учётом диаграммы изменения концентрации глинозёма в электролите (рис. 9.7).

Рис. 9.1 .Концентрация глино­зёма в электролите в период между загрузками

Участок 1-2 диаграммы соответствует периоду работы ванны от момента загрузки дозы глинозёма до начала уменьшения его в результате потребления в электрохимической реакции. Градиент изменения концентрации глинозёма на этом участке определяется разностью скоростей растворения в электролите и расходом его в процессе электролиза.

На участке 2-3 растворение завершено и происходит только уменьшение концентрации глинозёма до первоначального уровня за счет его расхода при электролизе. Моменты питания ванны глино- iCmom обозначены на диаграмме стрелками,

При отклонении концентрации глинозёма от заданного (оп­тимального) уровня С, равного АС, разовая доза глинозёма, загру­жаемая в электролизёр, составит А=МхАС/100 кг, где М-масса элек­

тролита в ванне, кг. Период питания ванны глинозёмом составит Т = А/P, где Р - скорость потребления глинозёма в электрохимиче­ской реакции, кг/мин. Известно, что Р = ц!т}_х$/60, где q -- электро­химический эквивалент алюминия, равный 0,336 кг/кА-ч; / - сила тока, кА; ту, -выход по току, ед.; г? - удельный расход глинозёма, кг/кг А1; 60 - число минут в часе.

Принимая АС - 0,1 % (мае.), что вполне отвечает требова­ниям технологии, рассчитаем ориентировочные значения А и Т для электролизёра мощностью 300 кА (7=300кА; Г]_г=0,95; #=1 ,9кг/кг; М= 10 000кг), которые составят соответственно 10 кг и 3,3 мин. Ана­логичный расчет для электролизера мощностью 175 кА даёт:

А = 5,8 кг и Т= 3,25 мин.

Как показала промышленная практика, единичная доза гли­нозёма от одного питателя не должна превышать 1,5- 2,0 кг. В слу­чае превышения этого значения глинозём не успевает полностью раствориться в электролите и выпадает в осадок. Поэтому число до­заторов для электролизёров на 300 и 175 кА составит соответствен­но 6 и 4 шт. Поскольку значение А зависит от массы электролита, интенсивности циркуляции и др., то при прочих равных условиях рациональное число точечных питателей глинозёма на одной ванне определяется из расчёта 1 шт. на каждые 40-50 кА мощности.

В конкретных случаях подача глинозёма может произво­диться меньшими дозами, но с повышенной частотой или, наоборот, с максимально допустимыми дозами и небольшой частотой. Опыт работы на мучнистом глинозёме показал, что для компенсации его низкой скорости растворения и предотвращения осадка глинозёма на подине необходимо двукратное снижение разовой дозы, подавае­мой через точку АПГ.

С учётом этого разовая доза в одной точке питания для пес­чаного глинозёма составляет 1,0-2,2 кг, для мучнистого - 0,6-1,0 кг. Следовательно, при использовании мучнистого глинозёма требуется учащенная работа питателей, что не всегда выгодно ввиду увеличе­ния расхода энергии и износа механизмов, а также повышенного уноса глинозёма с пылью. Использование крупнозернистого, хоро­шо текучего «песчаного» глинозёма с повышенной растворимостью и малым уносом в виде пыли значительно повышает эффективность работы АПГ.

2. Конструкция систем АПГ

Конструктивно система АПГ состоит их трёх основных эле­ментов: бункера для хранения глинозёма, пробойника для пробивки отверстия в корке и дозирующего устройства для подачи глинозёма. ')ти составляющие, объединенные в одну систему, называют секци­ей АПГ. Наибольшее распространение в промышленности получили секции АПГ точечного типа. На рис. 9.8. показаны схемы точечных дозаторов наиболее распространенных типов.

Весьма эффективными в работе, в том числе по точности до­зирования глинозёма, зарекомендовали себя дозаторы объёмно- механического принципа действия, в которых заполнение мерных емкостей производится самотёком, без контакта сырья со сжатым воздухом. Воздух используется лишь для привода механизмов про­бойника и открытия дозирующего устройства. Это системы АПГ с секторными и клапанными дозаторами глинозёма.

Схематическое изображение точечной секции АПГ клапанного типа с механически синхронизированным дозатором и пробойником по­казано на рис. 9.8,а. Более детальное изображение непосредственно дозатора приведено на рис.9.9. Система состоит из бункера, дозато­ра клапанного типа с пробойником, размещенных внутри бункера. Для предотвращения попадания в бункер посторонних предметов в загрузочном устройстве предусмотрена сетка.

Дозатор выполняет функции накопления объёмной дозы глинозёма и подачи её внутрь мундштука, из которого доза поступа­ет на поверхность электролита. Пробойник размещается внутри мундштука и одновременно служит для открывания нижнего клапа­на дозатора. Нижний выпускной клапан постоянно находится в за­крытом положении за счёт сжатия пружины.

После получения сигнала на пробой корки электролита шток пробойника перемещается вниз, пробивает корку электролита и од­новременно перемещает шток дозатора. Тем самым открывается иижний клапан дозатора и порция глинозёма ссыпается в мундштук, а верхний клапан прижимается к верхнему срезу мерного цилиндра и перекрывает доступ в него глинозёма из бункера. После подъёма пробойника нижний клапан перекрывает цилиндрический дозатор снизу и открывает его сверху для поступления новой дозы глинозё­ма.

Рис. 9. 8 . Устройства автоматизированного питания глинозё­мом:

а - клапанного типа; 6 - секторного типа с раздельным приводом; в - АПГ «ТоксСофт» с воздушно-импульсным дозатором Fm, Fmp,FHcm - потоки глинозёма соответственно в бункере, на по­ристой пластине, на разгрузке

Глинозём снизу подпирает мундштук и создаёт внутри era глинозёмный затвор, что служит защитой конструкции от воздейст

вия высоких температур и газа. Время нахождения пробойника в нижнем положении достаточно короткое - порядка 5-15 с. Включе­ние пробойников производится от шкафа управления АСУТП. Дав­ление воздуха в пневмосистеме не должно быть ниже 400 кПа, при более низком давлении усилие пробойника (номинально 1200- 1500 кг) окажется недостаточным для пробивки корки.

Пневмосистема состоит из фильтра-влагоотделителя, пнев­мораспределителей для подачи сжатого воздуха на каждый цилиндр. Все эти механизмы расположены в пневмопульте. Наибольшее рас­пространение этот тип дозаторов получил на электролизёрах ВТ.

Рис. 9.9. Механически синхро­низированный дозатор с про­бойником:

7-шток; 2-корпус с мерной ци­линдрической ёмкостью; 3- кольцо для фиксирования пру­жины; 4-кольцо упорное; 5-пружина; б-верхний клапан; 7-нижний клапан

В состав асинхронно работающего точечного АПГ (см.рис. 9.8,6) входит бункер глинозёма, пробойник с пневмоцилиндром и дозирующее устройство клапанного или секторного типа. Дози­рующее и пробивное устройства имеют раздельные приводы, что даёт возможность раздельного управления ими. Дозатор секторного типа оснащён задвижкой, перекрывающей выход глинозёма из доза­тора. Задвижка приводится в движение штоком с пневмоцилиндром, который изменяет положение задвижки. При верхнем положении штока задвижка закрыта и выход глинозёму перекрыт, при движе­нии штока вниз задвижка открывается и глинозём заполняет мерную ёмкость дозатора.

При возвращении штока в верхнее положение доза глинозё­ма ссыпается с направляющего лотка в отверстие в корке электроли­

та. Конструкция секторного дозатора весьма проста в изготовлении, позволяет исключить утечки глинозёма при загрузке бункеров сис­темой ЦРГ и пригодна для дозированной подачи фтористого алю­миния. Шкаф управления позволяет регулировать высоту пробойни­ка по уровню расплава в ручном режиме нажатием кнопки.

Непременным условием работоспособности точечных АПГ является совершенство конструкции пневмоцилиндров и длитель­ный срок их службы. В этом плане в последние годы достигнут оп­ределенный прогресс. Ряд западных фирм («Паркер», «Фесто») вы­пускают пневмоцилиндры высокого качества, позволяющие безава­рийно эксплуатировать системы АПГ длительное время.

В указанных системах АПГ используются объемные доза­торы. Регулирование подачи глинозёма в них возможно путём изме­нения частоты срабатывания дозатора. Особенностью таких дозато­ров можно считать обязательное условие стабильности свойств гли­нозема, особенно по объёмной плотности и текучести.

Из приведенных сведений видно, что принципиально точеч­ные дозаторы различаются как

синхронно работающие, в которых дозаторы и пробойники дей­ствуют одновременно и конструктивное устройство АПГ не мо­жет обеспечить раздельную их работу (рис. 9.8,а); асинхронно работающие, в которых дозатор и пробойник рабо­тают по отдельной программе, что позволяет использовать сложные циклограммы управления АПГ в зависимости от тех­нологической необходимости и типа питания (рис. 9.8,6).

В основе конструкции дозатора «ТоксСофт» заложен со­вершенно иной принцип (см. рис 9.8,в). Дозатор состоит из металли­ческой коробки, верхняя пластина которой выполнена из пористого материала, а с торца установлен патрубок для подвода сжатого воз­духа. Без подачи воздуха глинозём подпирает выходное отверстие бункера и материал из него не вытекает. При подаче воздушного импульса глинозём аэрируется, происходит снижение силы трения между частицами и глинозём начинает вытекать из дозатора.

В зависимости от продолжительности воздушного импульса изменяется количество вытекшего материала и соответственно регу­лируется доза глинозёма. Дозаторы этого типа хорошо зарекомендо­вали себя как на электролизёрах ВТ (ВгАЗ), так и на ОА (НАЗ). Преимуществом дозаторов «ТоксСофт» можно считать возможность

более тонкого регулирования подачи глинозёма, как за счёт частоты срабатывания, так и массы дозы.

В ходе эксплуатации перечисленных выше систем происхо­дит быстрый износ наконечников пробойников из-за их коррозии в электролите и в газовой фазе, а также за счёт истирания о криоли­тоглинозёмную корку. Поэтому конструкция пробойника должна предусматривать возможность регулирования положения наконеч­ника по высоте, а также оперативной его замены. Пробойники должны быть электрически изолированными от анодного узла элек­тролизёра.

Системы АПГ для электролизёров ВТ разрабатывались для работающих серий электролизёров, что вызвало немало трудностей с их привязкой к конструкции электролизёров. Как правило, эти электролизёры оснащаются системой из четырёх секций синхрони­зированных дозаторов клапанного АПГ, по две секции с каждой стороны ванны, как показано на рис 9.10. Компактность конструк­ции с совмещённым приводом дозатора и пробойника имеет важное значение для электролизёра ВТ, т.к. возможности размещения АПГ весьма ограничены.

Рис. 9.10. Размещение секций АПГ по продолънът сторонам элек­тролизёра ВТ

Механизм привода пробойника и дозирующее устройство располагается внутри бункера глинозёма. Бункеры глинозёма и ме­ханизмы АПГ жестко крепятся к анодному кожуху таким образом, что при нижнем положении поршня выход наконечника составляет 150-200 мм от кромки газосборного колокола. При недостаточной

герметизации конструкции АПГ на электролизёрах ВТ возможно пыление глинозёма, при этом пыль оседает поверх анода и негатив­но сказывается на его качество.

На электролизёрах БТ используются преимущественно АПГ клапанного типа. Их достаточно удобно расположить на электроли­зёре с использованием существующих бункеров глинозёма. На каж­дой продольной стороне устанавливаются по паре секций АПГ, ра­ботающих в режиме раздельного или совмещенного привода.

Рис. 9.11. Размещение секции АПГ с раздельным приводом дозато­ра и пробойника на электролизёре ОА: а: 1 -бункер глинозёма; 2-шток дозатора; 5-пробойник; 4- шток про­бойника; 5-дозатор клапанный; 6-течка дозатора; б: клапанный дозатор (рис. 9.11а, п.5)

Для ванн с обожженными анодами лучшие результаты по­лучены при использовании клапанных АПГ асинхронного типа. Бун­кер АПГ расположен на балке- коллекторе или является частью кон­струкции балки- коллектора. Каждая секция (рис.9.11) имеет в своём составе бункер, один или два пробойника и один или два дозатора клапанного или секторного типа с раздельным приводом. Диаметр пробойников составляет 60-90 мм, ход 300-400 мм. Приводом для перемещения штоков пробойников и дозаторов служат пневмоци­линдры диаметром соответственно 160-200 и 50-100 мм. Вмести­мость дозатора составляет 1,0-1,5 дм³.

Управление пневмоцилиндрами осуществляется с помощью распределителей, устанавливаемых непосредственно на секциях или в специальном шкафу на электролизёре. При монтаже и демонтаже каждой из секций АПГ производится только одно присоединение к коллектору подвода воздуха, остальная разводка и аппаратура управления устанавливаются на секции и транспортируются вместе с ней.

Погрешность дозирования составляет 5%, а имеющие место колебания давления сжатого воздуха в пределах 350-600 кПа не влияют на работоспособность системы. Точность дозирования очень важна, но не следует забывать, что в любом случае на неё наклады­вается ряд факторов: меняющаяся объёмная масса глинозёма, унос части материала в виде пыли, неполное попадание глинозёма в лун­ку и др. Конечная точность дозирования за счёт этого снижается в два-три раза.

На современных электролизерах ОА устанавливаются сис­темы автоматизированной подачи фтористых солей АПФ, с помо­щью которых производится загрузка фтористого алюминия. Конст­рукция секций АПФ аналогична конструкции АПГ. Обычно расход фторида алюминия на современных электролизёрах составляет око­ло 20 кг на одну тонну произведенного алюминия.

При работе точечных питателей в корке образуются про­боины с выходящим факелом догорания анодных газов. Такие «огоньки» на электролизёрах ОА интенсивно окисляют боковую по­верхность анодов. Поэтому пробойники желательно располагать в зоне стыка анодов, т.е. в удалении от ниппелей. В целях удобства монтажа и обслуживания систем АПГ их целесообразно конструи­ровать и изготовлять в унифицированном модульном исполнении.

3. Автоматизированное управление работой АПГ

Основная задача системы управления АПГ состоит в под­держании заданной концентрации глинозёма в электролите и регу­лировании частоты анодных эффектов.

Современная стратегия контроля А1₂0₃ в электролите осно­вана на мониторинге псевдосопротивления электролизёра. Этот па­раметр зависит от величины МПР и концентрации глинозёма, буду­чи функцией обоих этих величин. Поэтому показатель сопротивле­ния ванны не может быть использован для определения концентра­ции А1₂0з напрямую. Такое определение может быть сделано только при постоянном значении МПР или с соответствующей корректи­ровкой.

Основа управления работой наиболее распространённых АПГ клапанного и секторного типа построена на нескольких скоро­стях питания глинозёмом. На самом деле, доза глинозёма, подавае­мая питателем, всегда одна, изменяется только частота срабатыва­ния дозатора: при наращивании концентрации глинозёма в электро­лите («перепитка») подача идёт с большей частотой, при снижении концентрации («недопитка») частота срабатывания дозатора замед­ляется.

Алгоритмы, на которых строится система управления авто­матическим питанием ванн, базируются на известной зависимости напряжения от концентрации глинозёма. В 1965 году В. Welch опре­делил зависимость приведенного напряжения на электролизёре от концентрации глинозёма в электролите (рис. 9.12.).

Рис.9.12. Зависимость напряжения на ванне от концентрации гли­нозёма в электролите

Алгоритм управления основывается на оценке рабочего на- тряжения ванны. По результатам измерения рассчитывается приве- leiinoe напряжение, далее путем математической обработки произ- юдится фильтрация напряжения, т.е. определяется тенденция изме- 1ения напряжения по времени. На основании этих данных рассчи- 'ывается градиент напряжения dU/dt. Если градиент напряжения лрицательный (напряжение снижается по времени), то работа идёт

в области правой ветви кривой Вельха. Если измерительная система фиксирует рост напряжения, то работа ванны идёт в области левой ветви. По представленной кривой можно определить зону наимень­шего напряжения на ванне при неких значениях концентрации гли­нозёма.

Зависимость напряжения от концентрации глинозёма в ле­вой части графика ярко выражена, поэтому управление в области низких концентраций наиболее эффективно (используется термин «управление по левой ветви»). Тем не менее, работа в крайней левой части ветви сопровождается повышенным напряжением и повышен­ной температурой электролита. Поэтому рациональнее планировать работу в зоне минимального напряжения на ванне, как это показано на рис.9.12, т.е. в области концентраций глинозёма от 2,5 до 3,5%, в том числе для электролизёров с самообжигающимися анодами в пределах 3,0-4,5%.

По характеру зависимости на рис.9.12 видно, что попытки регулировать МПР, когда электролизёр работает в области малой концентрации глинозёма 1,5-2,0% (например, перед наступлением анодного эффекта), приводят к негативному результату, так как рост напряжения относительно заданного значения (уставки) вызван в большей степени снижением концентрации глинозёма, чем МПР.

Поэтому регулирование МПР допускается в области более высоких концентраций, т.е. 2,5-4,0 %, где влияние концентрации на отклонение напряжения относительно заданного существенно меньше, а влияние МПР максимально.

Если допустить, что на определённом отрезке времени все параметры, кроме концентрации глинозёма, остаются неизменными, то в таком случае изменение напряжения на электролизёре обуслов­лено только ростом или снижением концентрации глинозёма. Это составляет основной принцип построения алгоритма управления работой электролизёра с использованием АПГ.

Целью управляющих алгоритмов следует считать поддер­жание заданной концентрации глинозёма в электролите, например от 2 до 3,5%. Работа с более низкой концентрацией глинозёма неже­лательна также из-за опасности выхода на анодный эффект, а с бо­лее высокой - из-за возможности образования осадков. И в том, и в другом случае нарушается наиболее продуктивная работа электро­лизёра и возрастает расход электроэнергии.

Алгоритм управления по концентрации может включать сле­дующие режимы работы: «Базовое питание», «Насыщение-1», «На­сыщение-2», «Голодание-1», «Голодание-2». В режиме «Базовое пи­тание» на ванну подаётся технологически необходимое количество глинозёма (ТНК). Этот режим используется как основной для даль­нейшего выбора режима питания. Режимы насыщения и голодания отличаются от базового питания на коэффициенты учащения или сокращения питания. Согласно предложению «ТоксСофт» рекомен­дуются следующие коэффициенты:

Режим % от ТНК

История 1

Физические свойства 1

Нахождение в природе 2

Химические свойства 2

Производство 3

Применение 6

В качестве восстановителя 7

Сплавы на основе алюминия 7

Алюминий как добавка в другие сплавы 8

Ювелирные изделия 9

Стекловарение 9

Пищевая промышленность 9

Алюминий и его соединения в ракетной технике 9

Алюминий в мировой культуре 9

В произведениях эпохи знакомства человечества с алюминием 9

Токсичность 10

См. также 10

Ссылки 10

Строение криолито-глиноземных расплавов 19

33

Разложение фторидов 33

3A1ОF2- + 6е = 2А1 + 6F- + АlO33- . (22) 34

3A1ОF2- - 6е + 1,5С = 1,5СO2 + 3А13++ 6F- . (23) 34

A1 + 1/2A1F3 = 3/2A1F. (25) 35

Взаимодействие анодных газов с электролитом 36

Механизм катодного процесса 39

Структура угольного анода и закономерности горения углерода 40

Анодное перенапряжение 42

Анодный эффект 43

Факторы, определяющие расход углерода 46

Поведение угольных частиц в электролите 46

Катодный выход по току и потери металла 47

а б 52

Рис.3.2. Вид поляризационных кривых в координатах 52

Глинозём 54

КОНСТРУКЦИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРО­ЛИЗЕРОВ, ИХ МОНТАЖ И ДЕМОНТАЖ 60

Общая характеристика и классификация электролизе­ров 60

64

Анодное устройство 64

Катодное устройство 69

Футеровка катодного кожуха 71

Пропитка угольной футеровки 75

Ошиновка электролизера 75

Газовая гидродинамика 81

Сбор анодных газов и укрытие электролизёра 89

91

Электрическая изоляция 91

ОБЖИГ И ПУСК ЭЛЕКТРОЛИЗЁРОВ 92

92

Обжиг подины 92

94

Пуск ванн на электролиз 94

РАБОТА ЭЛЕКТРОЛИЗЁРА В НОРМАЛЬНОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ 96

Междуполюсное расстояние (МПР). Рабочее и среднее напряжение т.е. расстояние между подошвой анода и поверхностью жидкого металла, выполняющего роль катода. По­скольку в междуполюсном зазоре реализуется большая часть энер­гии электролизера (порядка 75-80%), то значение МПР существенно влияет на все стороны его работы. 97

5.5.Форма рабочего пространства 99

5.7.Технологическое обслуживание электролизеров 101

НАРУШЕНИЯ НОРМАЛЬНОГО ХОДА ЭЛЕКТРОЛИЗЁРА И ПУТИ ИХ УСТРАНЕНИЯ 128

9Л. Энергоснабжение электролизных серий 143

9.2.Механизация процессов обслуживания электролизеров. 146

9.3.Автоматическая система управления технологическим процессом (АСУТП) 148

9.4.Централизованная раздача и автоматизированное пи­тание ванн глинозёмом 156

Однако из-за большого количества факторов расчет точных значений этих коэффициентов затруднён, и они уточняются путём анализа работы ванн и АПГ.

Оценка концентрации глинозема в электролите начинается включением режима «Голодание» (недостаточное питание), при ко­тором электролит обедняется по глинозёму. Данный режим завер­шается при достижении повышенной скорости роста приведенного напряжения. Если по завершении режима «Голодание» такая ско­рость не установлена, то работа АПГ переходит в режим очень ред­кой подачи глинозема - «Тест». По окончании этих режимов и появ­лении признаков резкого возрастания напряжения алгоритм управ­ления предусматривает включение режима «насыщение» (избыточ­ного питания), продолжительность которого устанавливается с учё­том стратегии алгоритма управления.

Режимы «Голодание-1» и «Голодание-2» могут чередовать­ся до момента, когда градиент не превысит заданного значения, ко­торое однозначно говорит о том, что концентрация сдвинулась в ле­вую сторону ветви. Рост приведенного напряжения можно считать признаком снижения концентрации глинозёма.

Стратегия управляющего алгоритма направлена на то, чтобы не «перекормить» ванну, т.е. избежать работы на правой ветви кри­вой «напряжение-концентрация». При этом для перехода на другой режим питания используется оценка изменения сопротивления. Ко­гда питание производится на базовом уровне, сопротивление ванны будет оставаться практически постоянным. В этот период произво­дятся все перемещения анода с целью регулирования МПР. Для ис­ключения перемещения анода в момент измерения приведенного напряжения вводится дополнительная «полоса нечувствительно­сти». Этим ограничивается количество перемещений анода при из­менении режима питания.

В системе управления АПГ вводится понятие «уставка АПГ». Уставка АПГ - это временной интервал между подачами глинозёма системой АПГ. Базовая уставка соответствует режиму «Базовое питание» и должна обеспечивать подачу технологически необходимого количества глинозёма (ТНК) в ванну. Базовая уставка, измененная в соответствие с другим режимом, носит название теку­щей уставки АПГ. Текущую уставку АПГ рассчитывают по базовой уставке с учётом коэффициентов учащения или сокращения пита­ния, как указывалось выше.

При осуществлении раздельной подачи сигнала на пробой­ники и дозаторы появляется возможность подбора частоты и при­оритетности срабатывания каждой составляющей системы АПГ. На практике это реализуется с помощью так называемых циклограмм, в которые возможно заложить любую последовательность и длитель­ность работы механизмов АПГ. Циклограмму задают в соответствии с возможностями АСУТП и АПГ, исходя из одного из приведенных ниже условий работы дозаторов и пробойников:

• подача глинозёма дозатором - пауза - пробивка корки пробой­ником; этот цикл применяется при повышенной влажности гли­нозёма, если необходимо подогреть и подсушить глинозём;

• пробивка корки пробойником - подача глинозёма дозатором; этот цикл применяют при больших дозах и сухом глинозёме, с расчётом, что глинозём в точке питания частично останется до следующего цикла АПГ; такой способ помогает герметизировать ванну глинозёмом;

-подача нескольких доз глинозёма в открытое отверстие в корке - периодическая (через 5-10 мин) пробивка корки пробойником, т.е. полностью асинхронная работа дозаторов и пробойников; этот цикл применяется при подаче глинозёма малыми дозами и существенно снижает расход сжатого воздуха.

Стратегия питания сводится к использованию одного из следующих режимов:

питание «по пробойнику», при котором пробойник проталкивает дозу глинозёма в электролит; этот способ требует точного соот­ветствия величины дозы, диаметра пробиваемого отверстия в корке и технологических параметров электролизёра, соответст­вующих хорошей растворимости глинозёма (уровня и темпера­туры электролита, его состава и температуры перегрева); питание в режиме «малых доз», при котором появляется воз­можность питания ванн по дозаторам; подавая малые дозы в от­верстие в корке, удаётся избежать переохлаждения электролита, что позволяет подавать несколько доз глинозёма в открытое от­верстие, а пробойник «открывает» отверстие через каждые 5-10 минут.

Если разовая доза очень большая и глинозём не может рас­твориться и образует корку в точке питания, то производят ещё один или два пробоя без подачи глинозёма. Если разовая проба растворя­ется полностью, не образуя прочной корки, то появляется возмож­ность подать одну-две дозы на открытую поверхность электролита, сэкономив на этом сжатый воздух на пробое. При высокой скорости растворения можно применять большие дозы с редкой их подачей в ванну. При низкой скорости - малые дозы с учащенной подачей.

Работа в режиме «малых доз» имеет ещё одно немаловажное преимущество. В этом режиме есть возможность организовать кон- вейерность в работе пробойников как на одной ванне, так и на груп­пе ванн, т.е. разнести по времени работу пневмоцилиндров пробой­ников, тем самым упорядочить работу сети сжатого воздуха.

Условием хорошего растворения глинозёма можно считать циркуляцию электролита, которая зависит от конструкции электро­лизёра и технологических параметров её работы. Точка питания должна быть расположена в местах интенсивной (но не чрезмерно) циркуляции. Если конструкция АПГ не позволяет расположить точ­ки питания соразмерно циркуляции, то можно распределить питание по точкам с помощью циклограммы, подавая разное количество глинозёма в разные точки (ТоксСофт: Демыкин П.А., Консур Е.П., Купцов А.Н.).

Для ванн ВТ имеется дополнительное условие - необходимо регламентированное положение газосборного колокола относитель­но расплава. При завышении этого расстояния пространство под ко­локолом будет забиваться глиноземом и застывшим электролитом, режим питания ванны нарушится.

Как отмечалось ранее, циклограммы задаются и в соответст­вие с режимом питания. Так в режиме «Насыщение» задаётся уча­щенная работа пробойников и дозаторов, а в режиме «Голодание» - более редкая. Тем самым регулируется скорость изменения концен­трации глинозёма. Работоспособность АПГ напрямую зависит от выбранной циклограммы и позволяет работать системам АПГ с гли­нозёмами различного качества.

Для иллюстрации работы электролизёра ОА в режиме авто­матического управления АПГ приводим диаграмму учёта доз и при­веденного напряжения на ванне, рис.9.13. Из этого графика можно судить также о стабильности перегрева электролита относительно температуры ликвидуса при надлежащем чередовании режимов «Голодание» - «Насыщение» и при стабильном токе на серии. В ко­нечном счёте, перечисленные факторы позволяют удерживать ванну в стабильном режиме, работать с. устойчивыми бортовыми настыля­ми и без осадков, с постоянным составом электролита и замедлить реакции вторичного окисления металла.

Рис.9.13. Диаграмма работы электролизёра ОА в режиме автомати­зированного управления подачи глинозёма

Дозированное питание ванн глинозёмом на основе мони­торинга сопротивления может давать заметные погрешности и сбои,

если не учитывать дополнительную подпитку электролита глинозё­мом из осадков. Такую подпитку принято называть вторичной. Схе­матическое изображение подпитки такого рода приведено на рис. 9.14.

Подпитка электролита глинозёмом может происходить со стороны периферийных осадков. Так как жидкий металл смачивает­ся электролитом, то А1₂0₃-содержащая плёнка будет перемещаться между металлом и бортовой настылью под воздействием циркуля­ции и разности градиентов плотности к электролиту, как показано на рисунке. Однако контактная поверхность между осадком и ненасы­щенным по глинозёму электролиту относительно мала. Поэтому по­ступление глинозёма из осадков ограничивается преимущественно контактной поверхностью, способствуя также растворению осадков.

Рис.9.14. Подпитка электролита глинозёмом за счёт осадков (D. Whitfield и др., Comalco)

На электролизёрах ОА осадок может также присутствовать в заметных количествах в центре ванны непосредственно под точками АПГ. Такие осадки (если они выше уровня металла) находятся в по­стоянном контакте с электролитом, либо оказываются в контакте периодически в результате волнения металла. Массоперенос будет зависеть от скорости растворения глинозёма электролитом. В таких случаях источник вторичной подпитки может оказаться довольно значительным.

Глинозёмсодержащая прослойка, близкая по составу к осад­ку, может образоваться в граничном слое металл-электролит, как показало на рис 9.14. Прослойка образуется в результате агрессив­ной подпитки электролита повышенной дозировкой глинозёма. Эта плавающая прослойка оказывает влияние не только на выход по то­ку и сопротивление ванны, но и служит значительным источником подпитки электролита глинозёмом. По сравнению с подовыми осад­ками АЬОз-содержащая плёнка подвержена приоритетному раство­рению в электролите. Если такой слой образуется, то площадь мас- сопереноса на границе будет несравнимо больше, чем у контакта бортовой осадок-электролит, а воздействие на градиент концентра­ции глинозёма в электролите окажется весьма существенным.

Плёнка создаёт повышенное сопротивление ванны, которое постепенно снижается по мере растворения промежуточного слоя. Однако это накладывает след на классическую кривую сопротивле­ние-концентрация (см. рис. 9.12) и приводит к её искажению, обра­зуя гистерезис в период между режимами голодания и насыщения. Эта отклонение должно быть учтено в программном обеспечении системы управления АПГ в автоматизированном режиме (D. Whitfield, В. Welch и др., Comalco).

4. Управление питанием электролизёра при выполнении других технологических операций

Одной из задач управления работой АГ1Г можно считать планирование частоты анодных эффектов и предотвращение само­произвольных (не запланированных) вспышек. Технологически не­обходимые анодные эффекты вызываются режимом «Голодание» или полным прекращением подачи глинозема.

Вызов анодного эффекта производится персоналом корпуса с учётом технологического состояния электролизёра. С этой целью режим АПГ переводится на уставку «Голодание», работающую до возникновения анодного эффекта или прогноза анодного эффекта. Контроль концентрации глинозёма производится по времени работы в режиме «Голодания»: например, если результат получен в течение часа - концентрация низкая, если больше 2,5 часов - высокая.

Существующие алгоритмы управления АПГ позволяют в течение суток планировать индивидуально для каждого электроли­зёра время начала режима «Голодание» в зависимости от технологи­ческой необходимости.

В системе управления АПГ предусмотрены также энерго­сберегающие алгоритмы. Во избежание возникновения анодных эф­фектов в часы ограничения потребляемой мощности за час или бо­лее до начала ограничения устанавливаются «запреты голодания».

Для достижения «ясных» вспышек и снижения количества электролизёров с повышенной концентрацией глинозёма в электро­лите и глинозёмными осадками также предусмотрено использование уставки «Голодание». При неудовлетворительном завершении ре­жима голодания (превышена максимальная продолжительность) или «тусклом» анодном эффекте автоматически устанавливается новое более высокое значение уставки «Голодание». Эта уставка остаётся до появления «ясной» вспышки.

Для вывода ванн из области высоких концентраций глино­зёма предусмотрен алгоритм «Неэффективная перепитка». При воз­никновении нескольких неэффективных перепиток в течение по­следних, например, 6 часов делается вывод о высокой концентрации глинозёма в электролите. Для выхода из этой ситуации работа сис­темы АПГ по концентрации приостанавливается и включается рабо­та по таймеру. Режим работы по таймеру предусматривает подачу глинозема от дозаторов АПГ с постоянно заданной частотой. Уста­новка на частоту подачи дается с учётом технологического состоя­ния электролизера и массы одной подаваемой дозы.

В начале каждой смены у всех электролизёров, закреплён­ных за вновь заступающей сменой, проверяется время возникнове­ния последнего анодного эффекта. Если время с возникновения по­следней вспышки больше, чем уставка «Голодание» минус 6 часов (продолжительность смены), то этот электролизёр включается в список заданий на «технологическую обработку». Если анодный эффект на том или ином электролизёре произошёл до включения режима «Голодание», то задание автоматически удаляется из списка заданий. Можно заказать режим «Голодание» за несколько суток вперёд. Для этого необходимо выбрать в меню «Задание» пункт «Добавить», установить требуемый номер ванны, дату, смену и час.

При возникновении анодного эффекта используется алго­ритм сопровождения. Его действие может состоять из двух последо­вательных перемещений анодного массива вверх по «хх» секунд ка­ждое, если текущее напряжение анодного эффекта меньше 35 В. Ал­горитм «Гашение» может состоять из ряда отдельных команд:

• перемещение анодного массива вниз, вверх или в началь­ное положение в течение «хх» секунд;

• выполнение цикла подачи глинозёма при помощи АПГ и другие команды.

Работа системы АПГ при выливке металла имеет целью под­держание заданной концентрации глинозёма и недопущение вспыш­ки в период выливки. После включения режима «Выливка» анализи­руется прирост фильтрованного напряжения. Если оно больше за­данного значения, то задаётся цикл усиленного питания и режим переключается в таймер.

Целью алгоритма «Замена анода» является сопровождение операции замены анодов. Алгоритм активируется при выборе режи­ма «Замена». При этом к заданному напряжению электролизёра ус­танавливается «Добавка замены анодов». После замены анодов ре­жим «Питание» переключается в таймер, а затем возобновляется работа по концентрации. Если происходит анодный эффект, то ре­жим «Замена анода» выключается и система переходит в режим «Сопровождение анодного эффекта». Регулирование напряжения запрещается после введения уставки «Добавка замены анода» и раз­решается через час после завершения действия этой уставки. Анало­гичным образом производится сопровождение операции переста­новки штырей на электролизёрах с самообжигающимися анодами.

В случае выхода из строя системы АПГ или отсутствия гли­нозема в бункерах АПГ производится переход на обработку про­дольных сторон технологическим краном или напольной техникой. Если установлено образование осадка на подине электролизера в зоне питателя, то уменьшается время между плановыми анодными эффектами. Питатель отключается. После уточнения дозировки по каждому питателю и периодичности их срабатывания, а также после удаления осадка на подине АПГ подключается снова.

5. Внутризаводская транспортировка глинозёма.

Системы централизованной раздачи глинозёма (ЦРГ)

Глинозём подаётся на электролизёры в два приёма по схеме: вагон- силос и силос - бункер АПГ. Выгрузка глинозёма из вагонов производится в бункеры, расположенные над камерными насосами. 1 (асосы перекачивают глинозём сжатым воздухом по соединитель­ным трассам в силосы, расположенные в соединительных коридорах

между корпусами электролиза. В процессе транспортирования таким способом происходит значительное истирание и измельчение глино­зёма, в результате чего содержание тонкой пыли класса <45 мкм воз­растает до 20%, что можно считать крайне неблагоприятным факто­ром, особенно при использовании «песчаного» глинозёма.

Для сохранения структуры «песчаного» глинозёма приме­няют ленточные конвейеры, размещенные в закрытых галереях. Гли­нозём перемещается на них без какого-либо механического воздей­ствия и структура глинозёма при этом полностью сохраняется.

От силоса до бункера АПГ глинозём доставляется одним из следующих способов: в перемещаемых бункерах технологическим краном, напольной техникой с саморазгружающимися бункерами, системой транспорта по принципу «труба в трубе» и с помощью аэ­рожелобов. Требования к этой ступени транспорта те же - не допус­тить измельчения глинозёма.

Бункерная перевозка глинозёма сопряжена с большими за­тратами труда и потерями материала из-за пыления. Высоконапор­ная система внутрицехового транспорта находит широкое примене­ние, но она малоэффективна из-за истирания глинозёма. Наиболее приемлемыми вариантами транспортировки следует считать прин­цип «труба в трубе» и во взвешенном состоянии с применением аэ­рожелобов.

Система «труба в трубе» является одной из наиболее при­знанных видов транспортировки глинозёма в плотной фазе. Конст­руктивно такая система выполнена в виде транспортной трубы, внутри которой размещена труба меньшего диаметра. У внутренней трубы имеются впускные и выпускные отверстия, размещенные че­рез определенные интервалы по длине. Воздух, поступающий через внутреннюю трубу по всей длине магистрали, перемещает материал со скоростью 6-8 м/с в начале и 14-16 м/с в конце трубопровода. Низкая скорость транспортирования и высокое соотношение мате­риал/воздух позволяют сохранить крупность зерна и структуру гли­нозёма.

Система транспортирования глинозёма в аэрожелобах по­зволяет перемещать материал в пределах корпуса электролиза. Аэ-1 рож ел об состоит из автономных секций длиной 16-20 м, каждая из которых обслуживается своим блоком вентиляторов. Материал пе­ремещается от первой секции, расположенной у корпусных силосов, последовательно до конечной секции возле течки разгрузки. Маги­стральный желоб разделен горизонтальной перегородкой на две по­лости - нижнюю дутьевую и верхнюю транспортную.

К нижней полости подключены вентиляторы низкого давле­ния, нагнетающие туда воздух. Через воздухопроницаемую перего­родку воздух фильтруется в верхнюю полость, придаёт глинозёму свойства сжиженного состояния и перемещает его по желобу к вы­грузке. Из верхней же полости избыточный воздух удаляется через систему аспирации. Преимущества такой системы состоит в том, что глинозём меньше насыщается влагой воздуха, кристаллы его оста­ются невредимыми.

Глинозём из конечного желоба поступает в течку разгрузки, спускается по резиновому рукаву и попадает в бункер АПГ. Пере­ключение потока по бункерам отсутствует, так как, заполнив бунке­ры электролизёра, глинозём останавливается самопроизвольно. Управление системой ведётся в автоматическом режиме и контро­лирует не только все параметры ЦРГ, но и состояние заполнения бункеров ванн