Таблица 2.1 – Отклик температуры электролита и температуры ликвидуса

↑

Стр 1 из 8Следующая ⇒

Нормальный процесс электролиза характеризуется следующими технологическими параметрами:

Рабочее напряжение на ванне, В                             4,0 - 4,5

Межполюсное расстояние, см                                 4 - 5,5

Температура электролита, °С                                  950 - 965

Уровень металла после выливки, см                       20 - 30

Криолитовое отношение электролита                    2,5 - 2,8

Уровень электролита, см                                          15 - 20

Высокий уровень металла поддерживают из соображения усиленного теплоотвода от центра анода к периферии, что способствует вырав­ниванию температур под анодом и увеличивает общие потери тепла электролизером. Кроме того слои металла необходим для защиты подины от проникновения натрия. Но очень большие уровни металла невыгодны с точки зрения повышения количества металла в незавер­шенном производстве. При этом образуются осадки, настыли на подине, что приводит к повышению напряжения в контакте алюминий – подина.

Система автоматической системы управления технологическим процессом электролиза (АСУТП) предназначена для повышения эффективности процесса, снижения вредных экологических воздействий, мониторинга технологического режима и работы оборудования, стабилизации и оптимизации технологического режима, снижения количества и тяжести нарушений, предотвращения аварийных ситуаций и облегчения труда производственного персонала.В прошлом АСУТП включала в себя только вольтметр и поднятие и опускание анодного массива.

АСУТП обеспечивает управление теплотехническим, электрохимическим и МГД-режимами процесса на каждом электролизёре, включая управление составом электролита, автоматическое сопровождение операций по обслуживанию электролизёров, управление механизмами АПГ и ЦРГ.

АСУТП формирует и предоставляет необходимую информацию технологическому персоналу на каждом уровне управления (в графическом, текстовом и табличном виде), обеспечивает её архивирование и длительное хранение, а также возможность воздействия персонала на процесс.

В АСУТП используется современная и надёжная техника и методы управления, проверенные на алюминиевых заводах РФ и за рубежом, включая применение математических моделей для оценки непосредственно не измеряемых параметров и управления ими.

В ЭП управление процессом осуществляется с помощью АСУТП «Тролль» (1-я серия), «Стэлла» (ОПКЭ, 4-я серия), ЭЛЕКТРОЛИЗ 2 (2-я и 3-я серии), ТЭКМО (3-й корпус электролизёры 303-312), «СААТ-2» (5-я серия).

Основные функции АСУТП

1) поддержание заданного напряжения;

2) поддержание концентрации глинозёма в электролите;

3) управление подачей фтористого алюминия;

4) обнаружение и устранение МГД-нестабильности;

5) автоматическое сопровождение выливки;

6) автоматическое сопровождение замены анодов;

7) автоматическое сопровождение перетяжки анодной рамы;

8) прогнозирование анодных эффектов;

9) сигнализация происшествий.

10)сбор обработка и архивирование данных

Система автоматической подачи глинозема (АПГ)предназначена для обеспечения непрерывности процесса в том, что в электролит необходимо непрерывно загружать глинозём. На современных электролизерах этот процесс осуществляется в автоматическом, строго дозированном режиме – системой АПГ (автоматическая подача глинозёма). Транспортировка глинозёма к бункерам АПГ электролизёров осуществляется при помощи системы ЦРГ (централизованная раздача глинозёма), где она предусмотрена. В корпусах, где не установлена система ЦРГ, загрузка бункеров АПГ производится технологическими кранами и напольной техникой. Применение систем АПГ точечного типа:

· исключает его разгерметизацию, что способствует снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу;

·  стабилизирует тепловой режим;

· обеспечивает концентрацию глинозема в электролите каждого электролизера в пределах 2 – 3,5%;

· обеспечивает заданную частоту анодных эффектов;

· минимизирует количество нерастворенного глинозема (осадка) на электролизерах;

· увеличивает производительность электролизёров;

· значительно снижает трудозатраты по их обслуживанию;

· повышает выход по току.

Конструкция узлов

Ошиновкапредназначена для подвода к электролизёру (анодная ошиновка) и отвода от него (катодная ошиновка) электрического тока. При конструировании более мощных электролизеров ошиновку приводят постоянной модернизации.

Анодная ошиновка состоит из алюминиевых шин и гибких лент (спусков). Все контакты между элементами ошиновки сварные.

Для снижения вредного влияния магнитных полей на процесс на электролизёрах С-175 применяется ассиметричная, наклонная схема катодной ошиновки с 3-мя анодными стояками, расположенными в торцах ванны.

На электролизёрах С-190 ошиновка ассиметричная с двумя стояками, установленными на середине продольных сторон.

На второй серии на электролизёрах 301-314, 385-398 в области катодной ошиновки установлен компенсационный контур, позволяющий оптимизировать магнитное поле этих электролизёров.

На электролизёрах С-255 подвод тока осуществляется при помощи 4-х стояков, они расположены на продольной стороне. В ОПКЭ для компенсации влияния КПП, электролизёры помещены в компенсационный контур, который одновременно используется и в качестве подпитки.

Для обеспечения оптимального магнитного поля первого и последнего электролизёров выполнена имитация ошиновки перед первым и после последнего электролизёра.

Для электролизёров 300кА, при экономически выгодной плотности тока в ошиновке (0,25-0,3А/мм²), сечение шинопровода составляет порядка 1м². Поэтому ошиновка – это сложная инженерная конструкция, масса которой достигает 50т и составляет значительную часть стоимости ванны.

Основные требования к ошиновке:

· Плотность тока должна быть экономически выгодной

· Конструкция должна обеспечивать быстрое подключение и отключение ванны в цепь

· Конфигурация ошиновки должна снижать до минимума негативное действие электромагнитных сил на работу электролизёра.

Катодный кожух.На электролизёрах РА-300 использован кожух шпангоутного типа, представляющий собой корыто, вставленное в конструкцию, образованную рядом шпангоутов, закреплённых на горизонтальной балке. Такие кожухи оказались намного прочнее всех остальных, широко используются за рубежом и обеспечивают средний срок службы ванны до 3000 суток, против 1500 суток у контрфорсных.

2.2 Измерение перегрева электролита на ОАО ″САЗ″ для разработки методики управления тепловым режимом

Технико-экономические показатели зависят:

1)oт химического состава электролита;                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

2) соблюдения оптимального теплового баланса (приход и расход тепла);

3) конструкции электролизера и его возраста;

4) качества используемого сырья.

В основе существующего метода контроля теплового баланса алюминиевого электролизера первостепенным является непосредственный замер рабочей температуры электролита, второстепенным — косвенное определение, по химическому составу электролита, температуры его

 плавления. Однако тепловой режим электролизера определяется не только рабочей температурой

 электролита, а также перегревом электролита нал его температурой плавления.

Перегрев электролита определяет толщину гарнисажа и настыли, теплопотери бортами электролизера, а также оказывает решающее влияние на растворение глинозема, образование осадков.

Поэтому в условиях изменения температуры окружающей среды, энергетических и технологических параметров алюминиевых электролизеров является актуальной информация о динамике изменения перегрева электролита. Эта информация позволит стабилизировать энергетический

режим электролизера, осуществлять оперативный контроль за тепловым балансом электролизера и выявлять нарушения технологического хода процесса на ранней стадии. Стабилизация теплового баланса позволит снизить потери алюминия, удельный расход электроэнергии и расход фтористого алюминия.

В отличие от родственных предприятий России ОАО «Саяногорский алюминиевый завод» эксплуатирует самые мощные электролизеры с обожженными анодами и системой «сухой» газоочистки. Техническая оснащенность и технология производства завода отвечают мировым

стандартам. За последние годы на ОАО «САЗ» по электролизному производству были завершены работы по таким крупным проектам, как:

1) перевод электролизеров с поточной обработки продольных сторон на стопроцентную автоматизированную подачу глинозема в электролизеры (АПГ) с одновременной заправкой бункеров системами централизованной раздачи глинозема (ЦРГ).

2) установка на электролизеры автоматизированной системы питания фтористыми солями(АПФ).

3) автоматизация учета выливаемого из электролизера металла.

4) оснащено основное производство современной АСУТП с унифицированным оборудованием и единой информационной системой для оперативного контроля и управления процессом электролиза.

5) Был произведен ряд организационных мероприятий по использованию в производстве глинозема и фтористого алюминия одного поставщика.

Все вышеперечисленные работы позволили поддерживать на более стабильном уровне тепловой баланс электролизеров. Накопленный опыт и использование более точных оценок технологического процесса определили возможность значительного улучшения состава электролита за счет понижения криолитового отношения.

С начала пуска завода криолитовое отношение поддерживали на уровне 2,7. С 1999 года начали производись интенсивное снижение криолитового отношения. Так, к концу 2000 года

криолитовое отношение в целом по заводу составило 2,46. В процессе перехода на «кислые» электролиты используемый кристаллооптический метод для оценки криолитового отношения не удовлетворял из за уменьшения его точности при КО ниже 2,5. Так, в 2001 году на заводе была проведена полная замена кристаллооптического контроля на вариант дифрактометрического метода па базе прибора ARL 9800. КО в настоящее время составляет 2,29.

В 2002 году с целью подбора оптимальной технологии были организованы исследования по проверке правильности определения состава электролита, а также по оценке фактической температуры ликвидуса электролита. На основании проведенных исследований были предложены рекомендации по составу электролита и использованию эмпирических формул по определению его температуры плавления. Однако выполненные расчеты показали, что при одинаковом криолитовом отношении размах между полученными значениями перегрева электролита достигал от 0 до 20 – 35°С.Использование эмпирических формул, описывающих легкоплавкость электролита в зависимости от содержания различных компонентов, было чрезвычайно затруднительно, поэтому появилась потребность в устройстве, обеспечивающем быструю и точную оценку температуры плавления электролита.

Было принято решение о закупке системы, позволяющей оперативно выполнять замеры температуры электролита и температуры ликвидуса непосредственно на рабочей площадке. Данную систему (Cry-O Therm) предложила фирма Heraеus Electro-Nite.

Параллельно с закупкой прибора были проведены исследования по определению зависимостей температуры электролита от режимов работы электролизера, измеренной обычной хромель-алюмелевой термопарой. Основной целью была задача найти способ более точного определения среднесуточной температуры электролита для различных типов электролизеров. Измерение температуры электролита проводились круглосуточно в течение трех смен каждые три минуты, чтобы отследить максимально возможное количество режимов и операций, осуществляемых на электролизерах. Данные исследования позволили получить реальные значения температур электролита для всех режимов и операций, а также «узкие» места и направления исследования

1) продолжить работу по созданию алгоритма корректировки значений измеренных температур с учетом состояния и режимов работы электролизера.

2) разработать единый для всех технологов алгоритм корректировки уставок напряжения и питания фтористым алюминием.

Дальнейшие работы по снижению криолитового отношения показали, что существующий уровень ведения технологии электролиза (при прочих равных условиях), при криолитовом отношении 2,3 и менее, не обеспечивают оптимальный тепловой баланс. На рисунке 2.1 представлены графики изменения температуры электролита и температуры ликвидуса от криолитового отношения, построенные но измерениям на группе электролизеров.

Из представленного графика видно, что при криолитовом отношении 2,3 и менее температура электролита остается постоянной, а температура ликвидуса снижается, т.е. перегрев электролита увеличивается (10 градусов и более).

С целью дальнейшей интенсификации процесса и поддержании оптимального теплового баланса было принято решение о разработке и внедрении технологии управления тепловым режимом электролизеров по структуре температур (электролита, ликвидуса и перегрева).

2,5 2,20 2,25 2,30 2,35 2,40 2,45 2,50 2,55 2,60

Криолитовое отношение

Рисунок 2.1 – Изменение температуры электролита и температуры ликвидуса от криолитового отношения

Рисунок 2.2 – Типичный отклик температуры электролита и ликвидуса при повышении уставочного напряжения на 200 мВ

Рисунок 2.3 – Типичный отклик температуры электролита и ликвидуса при понижении уставочного напряжения на 200 мВ

Для этого были проведены предварительные исследования по влиянию основных технологических параметров на динамику температур с целью определения зависимостей для электролизеров С-255 при силе тока 285 кА. Однако из-за высокой стоимости одноразовых зондов Сгу-0-Therm для максимально эффективного использования каждого измерения проведена предварительная оценка динамики температуры при проведении разных технологических операций на электролизере с помощью ПО «Виртуальный электролизер».

Было определено, что время стабилизации температуры электролита на электролизерах типа С-255 при изменении напряжения на 100 мВ составляет ~ 10 ч. и ~ 16—19 ч. при изменении напряжения на 200 мВ.

Первым проведенным исследованием было определение влияния изменения подачи энергии на электролизере на температуру электролита и ликвидуса. Целью исследования было определить величину, на которую изменится температура электролита и температура ликвидуса после текущего изменения подачи энергии на электролизере.

На рисунке 2.2 представлен типичный отклик изменения температуры электролита и ликвидуса при повышении уставочного напряжения на 200 мВ, на рисунке 2.3 — при понижении на 200 мВ.

Получены следующие выводы:

1) проведенные замеры показали, что на температуру электролита изменение напряжения влияет больше, чем на температуру ликвидуса. Отклик температуры ликвидуса при изменении подачи энергии непосредственно связан с динамикой настыли и поэтому занимает больше времени.

2) на основании замеров получены зависимости приращения температуры электролита и ликвидуса от изменения подачи энергии. Отклик температуры электролита и температуры ликвидуса через 24 часа после изменения подачи энергии составлял:

Изменение напряжения, мВ

Изменение температуры электролита, °С

Изменение температуры ликвидуса, °С

21,0

13,1

15,8

9,7

10,5

6,4

5.3

3,1

0,0

0.0

-50

-5,3

-3,0

-100

-10,5

-6,0

-150

-15,8

-8,8

-200

-21,0

-11,5

3) регулирование теплового баланса посредством снижения подачи энергии целесообразно проводить на электролизерах с перегревом электролита более 10°С.

Следующим этапом проведения исследований было определение влияния подачи фторида алюминия. Основной целью являлось:

1) Определить зависимость изменения температуры ликвидуса от изменения криолитового отношения, содержания CaF₂, МgF₂ в электролите.

2) Определить в динамике скорость прироста температуры электролита и температуры ликвидуса, а также время, в течение которого происходит отклик при изменении подачи фтористого алюминия.

Порядок проведения исследований заключался в следующем:

1) на 1-3 сутки исследований в электролизер подавался нормативный расход фтористого алюминия.

2) На 4—6 сутки исследований:

а) фторид алюминия не подавался;

б) подавалось полдозы;

в) подавалась двойная доза.

3) На 7—14 подавался нормативный расход.

Проведенные исследования показали, что отклик на изменение дозы фтористого алюминия полностью реализуется на 4 сутки после изменения. Реакция па ступенчатое изменение добавок фтористого алюминия представлена в таблице 2

Таблица 2.2 – Реакция на ступенчатое изменение добавок фторида алюминия

Доза

Прирост температуры ликвидуса, "С/сут

Прекращение подачи

3,1

Подача полдозы

1,5

Подача стандартной дозы

-0,2

Подача полуторной дозы

1,8

Подача двойной дозы

-3,5

 На Саяногорском алюминиевом заводе на всех электролизерах подача глинозема осуществляется в автоматическом режиме с помощью точечных питателей. Поэтому для нас важно было определить влияния режимов подачи глинозема на динамику температуры электролита и ликвидуса. На рис.4 представлено типичное изменение температуры электролита и ликвидуса от режимов питания электролизера.

Из рисунка видно, что при «насыщении» температура электролита и ликвидуса снижается, а при «голодании» повышается. Проведенные замеры подтвердили, что температура электролита и ликвидуса одинаково реагирует на изменение режима питания:

1. В режиме «насыщения» повышенное поступление холодного глинозема снижает температуру электролита. Дополнительное снижение температуры происходит из-за уменьшения греющего напряжения вследствие снижения напряжения газового слоя и перенапряжений реакции

при увеличении %А1₃О₃. Увеличение содержания растворенного глинозема приводит к снижению

температуры ликвидуса.

2. В режиме «голодания», наоборот, концентрация растворенного глинозема понижается, при этом наблюдается рост температуры ликвидуса, растет греющее напряжение и соответственно растет температура электролита.

Рисунок 2.4 – Изменение температуры электролита и ликвидуса при смене режимов питания

- Приведенное напряжение, В        

Температура ликвидуса, °С

О Температура электролита, °С                                                                      

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?