УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ДОБАВОЧНОГО ТВЕРДОГО ЭЛЕКТРОЛИТА В ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКУЮ ВАННУ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ ПУТЕМ ЭЛЕКТРОЛИЗА ГЛИНОЗЕМА

Изобретение относится к средствам автоматизации электролитического способа получения алюминия и предназначено для регулирования подачи добавочного твердого электролита в электролитическую ванну для получения алюминия путем электролиза глинозема. Цель изоб-ретения – стабилизация режима загрузки и уровня расплава в ванне. Устройство состоит из датчиков контроля перемещения анода и штока питающего механизма, датчиков высоты слоя металла и электролита НМ+НВ, питателя с дозатором для загрузки измельченного электролита и управляющего устройства в виде микропроцессорного блока. Управление загрузкой осу-ществляется микропроцессором по величине отклонения уровня металла от заданного значе-ния. Вычисление уровня электролита осуществляется по результатам контроля перемещения анода и штока механизма питания, высоты уровня и НМ+НВ, а также вычисления толщины уровня металла с использованием констант, соответствующих конструктивным значениям электролизера, относительно которых выполняются вычисления 1 н. п. и 6 з. п. ф-лы. 6 ил.

Изобретение относится к автоматизации электролитического способа получения алюми-ния.
Цель изобретения – стабилизация режима загрузки и уровня расплава в ванне.
На фиг. 1 представлена схема устройства для измерения уровня расплава в электролити-ческой ванне; на фиг. 2 – питатель глинозема электролитической ванны, в том числе питатель для загрузки измельченного электролита; на фиг. 3 – питатель с дозатором измельченного элек-тролита; на фиг. 4 – дозатор питателя; на фиг. 5 – принцип измерения высоты расплава; на фиг. 6- блок - схема устройства для управления дозированием.
Устройство регулирования подачи добавочного твердого электролита в электролитиче-скую ванну (фиг.1) состоит из устройства для измерения уровня расплава в электролитической ванне, содержащего катод 1, расплавленный алюминий 2, расплавленный электролит 3, анод 4, корку 5 застывшего электролита с отверстием 6 для загрузки сырья, наконечника 7 штока доза-тора, штока 8, силового цилиндра 9 для пробивки корки, датчика 10 контроля перемещения цилиндра, анодного узла 11 для крепления питателя, скользящего контакта 12, перемещающе-гося вдоль штока 8, низкоомного резистора 13, узла 14 подключения резистора к катоду.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
D1 – расстояние между катодом и анодным узлом;
D2 – расстояние между анодным узлом и наконечником штока в верхнем положении;
D3 – величина перемещения наконечника штока от верхнего фиксированного положения до момента касания с расплавом.
Устройства также содержит питатель для загрузки измельченного электролита, который содержит бункер 15 для измельченного электролита, питатель 16 глинозема, пробойник 17 пи-тателя, дозатор 18, корпус 19 питателя. Бункер 20 измельченного электролита размещается в герметичном кожухе 21, а его разгрузочное устройство 22 установлено вблизи питателя 23 глинозема над отверстием 6.
Конструкция дозатора 18 питателя позволяет обеспечивать полное опорожнение его от измельченного электролита, имеющего крупность до 0-6 мм или 0-10 мм.
Дозатор питателя содержит пластину 24, закрепленную на основании бункера 15, напри-мер, болтами. Под пластинкой закреплен ковшовый дозатор 25, состоящий из трубчатого кор-пуса, емкость которого может вмещать массу измельченного криолита от 0,5 до 5 к, например 2 кг. Нижняя часть 26 дозатора соединена с направляющим патрубком – устройством 22, кото-рый размещен над отверстием 6. Верхняя часть 27 соединена с бункером, стержень 28 соединен одним концом с поршнем силового цилиндра 29, а на другом конце стержня, расположенного в ковшевой емкости дозатора, закреплены две заслонки из упругого материала: нижняя 30 и верхняя 31.
Конструкция дозатора выполнена таким образом, чтобы расстояние d1 между заслонками было меньше расстояния d2 между верхним и нижним отверстиями дозатора.
Стержень 28 перемещается в кожухе 21 направляющей 32 со слабым трением, что исклю-чает попадание измельченного электролита в кожух 21.
Для измерения высоты слоя металла Нм используются следующие параметры: DSC - рас-стояние между анодным – узлом 11 и анодной рамой 33, которая перемещается при регулиро-вании расстояния между анодом и катодом, (величина перемещения анода фиксируется потен-циометрическим датчиком 34);
DСРА – расстояние между анодной рамой 33 и подошвой анода 4А, (величина известная, так как скорость сгорания анода постоянна);
DАМ – расстояние между подошвой анода и поверхностю металла, (постоянная величина в период нормального технологического режима).
Система управления дозированием состоит из микропроцессорного устройства 35, блока 36 измерения уровня расплава, блока 37 сравнения, блока 38 расчета количества вводимого электролита, управляющего блока 39, устройства 40 сигнализации избытка электролита, внеш-него задатчика 41 количества вводимого электролита.
Работа устройства основана на следующем.
В электролитической ванне для оптимального ведения процесса, т. е. для быстрого и рав-номерного распределения глинозема, необходимо поддерживать необходимый объем – уровень электролита. Поэтому возникает необходимость периодического контроля положения поверх-ности электролита относительно фиксированного уровня и контроля положения поверхности раздела электролит – жидкий катодный слой алюминия.
Поддержание заданного объема электролита при пониженных уровнях осуществляется путем добавления в электролит твердого криолита Na3AlF6 возвращаемого обратно в процесс.
Сущность изобретения заключается в косвенном измерении высоты слоя расплавного электролита путем измерения относительно базовой точки (катодного узла) общей высоты слоя электролита и слоя металла, в вычислении слоя металла и определении высоты слоя электро-лита по разности общей высоты и высоты слоя металла.
Высоту слоя расплава определяют по выражению:
НВ = (D1-D2-D3) – НМ, (1)

а высоту слоя металла по выражению
НМ = D1+( DSC+DСРА+DАМ) (2)
Для определения общей высоты слоя электролита и металла используется датчик 10 и потенциометрическая схема на резисторе 13 R.
В максимальном положении штока 8 цилиндра 9 показание датчика 10 и потенциал на резисторе 13 нулевые. При перемещении штока вниз до момента касания наконечника 7 элек-тролита отсчитывается величина перемещения D3 штока 8, причем момент касания фиксирует-ся наличием скачка потенциала на резисторе 13 R и при этом прекращается отсчет перемеще-ния D3 датчиком 10.
В микропроцессоный блок 35 устройства управления вводятся показания датчика 10 и значение потенциала UR резистора 13 R. Кроме того, в блок 36 введены постоянные контакты D2 и D3. Таким образом, наличие измеренного значения D1 и постоянных констант позволяет определить общую высоту металла и электролита НМ+НВ. Как следует из (1), для определения НВ необходимо вычислить величину НМ.
Величина НМ вычисляются следующим образом.
В процессе перемещения анода при регулировании расстояния между анодом и катодом измеряется потенциометрическим датчиком 34 расстояние DSC. Расстояние между анодной рамой и подошвой анода DСРА является постоянной величиной, которая определяется скоро-стью сгорания анода. Величина межполюсного расстояния DАМ для данной конструкции ван-ны также является известной величиной.
По значениям DSC, измеренным датчиком 34, известным значениям DСРА и DАМ, а также измеренным датчиком 10 значениям D1 в блоке 36, микропроцессора вычисляется уро-вень металла НМ, как это следует из выражения (2).
Зная величину НМ из (2), определяют значение НВ из (1).
В блоке 37 производится сравнение измеренной величины НВ с заданной НВС.
По величине отклонения уровня НВ в блоке 38 определяется величина управляющего воздействия (количество загружаемого электролита). Если уровень превышает заданную вели-чину, то блок 40 сигнализации выдает сообщение об аварийном сливе электролита.
Ручные вмешательства в процесс, связанные с необходимостью коррекции параметров управления, достигаются через блок 41. Формирование управляющих воздействий на включе-ние дозатора 20, питателя 15 осуществляется через блок 39 управления дозатором.
Применение устройства позволяет поддерживать уровень электролита с высокой точно-стью (1см), что благоприятно влияет на производительность электролизера и сортность ме-талла.

Патент СССР № 793411, кл С 25 С 3/20, опублик. 1977