Разработка способа контроля технологических параметров электролизера

• Автор: Зограф, Федор Георгиевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

1 Обзор современных способов измерения и анализа флуктуаций межполюсного напряжения алюминиевого электролизера

1.1 Общие сведения о технологическом процессе электролиза алюминия

1.2 Контроль межполюсного напряжения электролизера

1.2.1 Современные способы измерения межполюсного напряжения электролизера

1.2.2 Принципы построения современных устройств для съема межполюсного напряжения электролизера

1.3 Флуктуации межполюсного напряжения электролизера

1.3.1 Общие сведения о флуктуациях межполюсного напряжения электролизера

1.3.2 Современные способы контроля флуктуаций межполюсного напряжения электролизера
1.3.3 Методы диагностики технологического состояния электролизера на основе флуктуаций межполюсного напряжения

Выводы и постановка задачи исследования

2 Анализ флуктуаций межполюсного напряжения электролизера

2.1 Замыкание расплава алюминия на анод
2.1.1 Спектральный состав флуктуаций межполюсного напряжения, вызванных подмыканием металла на анод
2.2 Волны на поверхности расплава алюминия
2.2.1 Спектральный состав и информационный потенциал флуктуаций межполюсного напряжения, вызванных волнением металла
2.3 Газ под анодом
2.3.1 Зависимость падения напряжения в межполюсного промежутке от газосодержания
2.3.2 Флуктуации межполюсного напряжения, обусловленные динамикой пузырьков
2.3.2.1 Спектральный состав флуктуаций межполюсного напряжения,
обусловленных динамикой пузырьков
2.3.3 Собственные колебания пузырьков
2.4 Оценка влияния емкости межполюсного промежутка
2.5 Система фильтрации межполюсного напряжения
Выводы
3 Устройство съема межполюсного напряжения электролизера
3.1 Способ съема напряжения с электролизера: структурная схема устройства
3.2 Функциональная схема устройства
3.2.1 Функциональная схема блока питания устройства

3.2.2 Функциональная схема измерительной части устройства
3.3 Реализация устройства
3.3.1 Фильтр нижних частот
3.3.2 Блок питания
3.3.2.1 Преобразователь
3.3.2.2 Стабилизатор
3.3.2.3 Лабораторные испытания блока питания
3.4 Выбор точек подключения к электролизеру для съема флуктуаций
межполюсного напряжения
Выводы
4 Эксперимент: проведение и анализ результатов
4.1 Подготовка и проведение эксперимента
4.2 Обработка и анализ результатов
4.2.1 Помехи в электролизном цехе
4.2.2 Выборочное среднеквадратичное отклонение
4.2.3 Спектральный состав
4.2.4 Поиск периодичностей и идентификация флуктуаций межполюсного напряжения электролизера
4.2.5 Гармонические составляющие флуктуаций межполюсного напряжения межполюсного промежутка электролизера
4.2.6 Подмыкания металла на анод
Выводы
Заключение
Список использованной литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ А Модель флуктуаций межполюсного напряжения электролизера вызванных подмыканием металла на анод: МаЛСАО
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Модель флуктуаций межполюсного напряжения электролизера вызванных накоплением и сходом газа из-под анода:
МаФСАЭ
ПРИЛОЖЕНИЕ В Модель работы цифрового усредняющего фильтра:
МаФСАЭ
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Схема электрическая принципиальная автономного модуля для съема переменной и постоянной составляющих напряжения электролизера

Актуальность. Получение алюминия путем электролиза криолит-глиноземных расплавов является одним из самых энергоемких производственных процессов, сопровождается выбросами газов, вызывающих парниковый эффект и негативно влияющих на экологию окружающей среды и протекает в тяжелых, вредных для здоровья человека условиях.
С переходом Росси на мировые стандарты цен, экологических норм, оплаты труда, повышаются требования к модернизации производства первичного алюминия.
Одним из путей модернизации является развитие и внедрение средств автоматизации технологического процесса электролиза алюминия эффективность функционирования, которых определяется объемом и достоверностью информации о физико-технических параметрах электролизеров. Поиск новых методов контроля обеспечивающих получение необходимой информации о состоянии технологического процесса является главной задачей в решении проблемы автоматизации процесса производства алюминия. Из-за агрессивности среды, в которой происходит электролиз алюминия, на сегодняшний день задача непрерывного автоматического измерения решена только для двух параметров технологического процесса: рабочее напряжение и ток серии.
Анализ флуктуаций (шумов) межполюсного напряжения электролизера является одним из методов уменьшения неопределенности состояния электролизера.
Изучение флуктуаций межполюсного напряжения начались в 50-х годах прошлого века. Первые работы по данной тематике опубликованы Г. В. Фор-сбломом, Л. А. Болдовским, А. Г. Аркадьева и А. С. Деркачем. Обширное изыскание в области контроля и анализа электромагнитных и акустических шумов электролизера проведено в 1970-1984гг. коллективом исследователей под руководством Г. Я. Шайдурова и А. И. Громыко, впервые рассмотрена проблема выбора средств съема информации. Из современных отечественных и зарубежных исследований отметим работы авторов: О. О. Роднова, П. В

Ю ; |
0 15 _ —Д _|
о.1 — — • - 4 ■{--■.—*■—
0.05 Л— —---1 •»
О 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 у; Гц
Рисунок 2.9 - Спектр модели флуктуации напряжения, вызванной подмыканием металла на анод
Наличие в спектре флуктуаций нулевой и ярко выраженной первой гармоники, а также повышенная «шумность» ванны позволяет идентифицировать данный тип подмыкания; если в спектре нет ярко выраженной первой гармоники, значит подмыкание вызвано другой причиной, например, перекосом зеркала металла. Если же отсутствует постоянная составляющая, значит в межполюсном промежутке наличествует какой-либо периодический процесс, вызывающий изменение £/ш, но не сопровождающийся при этом подмыканием металла на анод.
Полученные результаты справедливы и для случая роста амплитуды волнения металла, вплоть до соприкосновения гребней волн с подошвой анода. В общем случае амплитуда волн и межполюсное расстояние связаны между собой (при уменьшение МП происходит усиление МГД-явлений), однако, в рамках рассматриваемой модели это не имеет значение.
Очевидно, что наиболее просто обнаружить долговременные подмыкания можно, осуществляя контроль постоянной составляющей напряжения электролизера. Пользуясь соотношением (2.3), можно оценить площадь подмыкания и соответственно идентифицировать его как локальное или обширное. Существующие способы контроля напряжения электролизера подходят для обнаружения подмыканий такого типа. Улучшить вероятность правильно-

и «•V Л-