УДК 669.71; 004.42
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПИТАНИЕМ ВЫСОКОАМПЕРНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
© Петров Павел Андреевич, канд. техн. наук, e-mail: pashapp@yandex.ru; Шариков Юрий Васильевич, д-р техн. наук, e-mail: yvshar@mail.ru; Власов Александр Анатольевич, канд. техн. наук, e-mail: wlasow87@mail.ru; Бажин Владимир Юрьевич, д-р техн. наук, e-mail: bazhin-alfoil@mail.ru; Феоктистов Андрей Юрьевич, канд. техн. наук, e-mail: a.feoktistov@spmi.ru ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Россия, Санкт-Петербург Статья поступила 17.10.2013 г.
Представлено современное состояние систем управления питанием мощных электролизеров. Описана реализация алгоритмов питания, предусматривающая подачу индивидуального сигнала на каждый пробойник электролизной ванны, с возможностью коррекции циклов питания в зависимости от скорости растворения глинозема и с учетом граничных значений технологических параметров.
Ключевые слова: электролиз; алгоритм; растворение; глинозем; питание.
Мощные алюминиевые электролизеры с обожженными анодами, как показывает практика, могут эффективно эксплуатироваться при постоянном управлении регламентными параметрами такими, как сила тока, междуполюсное пространство, уровни металла и электролита, криолитовое отношение (КО), концентрация глинозема, температура расплава. Реализовать такой подход возможно с применением автоматизированных систем управления, алгоритмы которых должны основываться на современных представлениях о процессах тепломассопереноса и растворения глинозема [1].
В настоящее время на высокоамперных электролизерах внедрены автоматические системы подачи глинозема (АПГ), обеспечивающие дискретный ввод глинозема в электролизер малыми порциями, что в свою очередь снижает уровень возмущений, стабилизирует режимные параметры процесса электролиза и повышает технико-экономические показатели, а также улучшает условия труда в электролизных корпусах [2]. Задачей систем АПГ является поддержание содержания оксида алюминия в заданном интервале концентраций 2 (1,5-3,5 мас. %) вследствие изменения частоты
о
™ подачи. При этом следует стремиться к непре-
2 рывному питанию глиноземом при соблюдении
^ важного условия: растворенного оксида алю-
^ миния в электролите должно быть достаточно
Ц до следующего цикла питания без появления
| осадка. Такая работа электролизера обеспечи-
вает максимальный выход по току при заданном расходе электроэнергии.
В современных системах управления питанием заложено два подхода. Первый заключается в поддержании частоты питания, учитывающей конструктивные особенности и технологическое состояние электролизера. Второй подход использует алгоритмы оценок текущих значений концентрации при получении информации о напряжении электролизеров и токе серии.
Алгоритмы современных систем АПГ на алюминиевых заводах России основаны на комбинации различных режимов питания глиноземом, например:
таймер или нормальный режим - система АПГ работает по базовой уставке с регулированием длительности режима;
недопитка - период работы увеличивается без регулирования максимальной длительности режима;
насыщение - период работы уменьшается в несколько раз с регулированием коэффициента учащения и длительности режима;
поиск анодного эффекта - система АПГ отключается, длительность режима не ограничена.
Практическое внедрение современных технологий электролиза с низким КО и большим избытком добавок фтористых солей связано с малой растворимостью глинозема, что повышает вероятность различных технологических нарушений [3]. Следовательно, скорость растворения глинозема служит фактором, определяющим
эффективность процесса питания высокоамперных электролизеров, характерной особенностью которых является наличие зон с различной интенсивностью растворения глинозема, появляющихся в результате неравномерности химического состава и скорости движения электролита в ванне [4].
Резервы повышения выхода по току и снижения удельного расхода электроэнергии необходимо искать в совершенствовании алгоритмов управления питания.
Приведенные ниже алгоритмы разработаны и реализованы в рамках выполнения научно-исследовательской работы по Государственному контракту № П1187 «Исследование процесса растворения глинозема в криолитоглиноземных расплавах при изменяющихся магнитогидр о динамических условиях» по направлению «Спецметаллургия» в рамках мероприятия 1.3.1 «Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук», мероприятия 1.3 «Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук и целевыми аспирантами в научно-образовательных центрах», направления 1 «Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Теоретические и экспериментальные исследования влияния параметров процесса электролиза на скорость растворения глинозема в
электролите [5] легли в основу алгоритмов программы для ЭВМ: «Дискретное питание алюминиевого электролизера фторированным глиноземом» (рис. 1) [6].
В программе для ЭВМ применен алгоритм независимой работы пробойников системы автоматического питания глиноземом на основе информации о значениях концентрации оксида алюминия и криолитового отношения. Предполагается, что пространство электролизной ванны разделено на равные области, число которых соответствует числу точек питания. Каждая область питания характеризуется определенной скоростью движения расплава и количеством поступающего из бункера АПГ глинозема. Рассчитываются индивидуальные дозы фторированного глинозема, период, частота питания, число срабатываний для пробойника в электролизере, т.е. формируется сигнал управления на каждый пробойник.
На закладке «Графики» выбираются интересующие зависимости, описывающие влияние различных параметров и, прежде всего, на скорость растворения оксида алюминия в электролите.
Алгоритм позволяет определить скорость растворения глинозема в канале питания с учетом физико-химических свойств фторированного глинозема. При изменении свойств расплава в канале осуществляется корректировка циклов питания. В программе реализована возможность
Рис. 1. Окно программы «Дискретное питание алюминиевого электролизера фторированным глиноземом»
Щ APG
Исходные данные ] Исх. данные продолжение | Проверка границ параметров Результаты
Расчет
Период питания, с Масса электролита, кг
|39 |3000
Верхний предел температуры Температура ликвидус, градС
|960 |940
Нижний предел температуры Базовая уставка питания, сек
|940 |39
КО (от изм. температуры) Уставка 1 -й стадии недопигки, сек
|2.25 |3931
Фактор добавки Фторида Уставка 1 -й стадии перепитки,мин
19.1708 |65.5
Производт-ельность, кг/сут Уставка 2-й стадии перепигки, мин
|2296 |65.5
Производительность кгЛмод Время стадии перепигки, мин
I95.65 I32.8
Концентрация А1203, %
[з!оо
Потери глинозема, кг/т А1
[з1в5
Конц. А1203 (по мат.бал ). %
|з!оо
Изменение конц. А1203, X
|аоб
Расход А1203 (по мат.бал.). кг/час 1183.64
Производительность N зл-ров.тЛмодчас 195.65
Перегрев электролита. градС ;
Сообщения:
; Проверка
Нажмите кнопку "Проверка", для завершения работы нажмите "Выход".
Время моделирования, сек-
Выход
Старт 1°
Стоп |3600
[î
Рис. 2. Программа управления алюминиевым электролизером по граничным значениям
технологических параметров
контролировать и хранить в базе данных расчетные параметры электролитического восстановления алюминия, свойств глинозема в выделенной области расплава, координируя их со значениями, определенными замерами технологических параметров через изолированный пробойник системы АПГ.
Для мониторинга процесса электролиза может быть применена «Программа управления алюминиевым электролизером по граничным значениям технологических параметров» [7]. Исходными данными для нее (рис. 2) является ряд технологических параметров процесса электролиза (температура, КО, уровни металла и электролита, состав электролита), основные данные о системе АПГ и электролизере (вместимость дозатора, число точек питания и т.д.).
Программа обеспечивает выполнение следующих функций:
- сравнение измеренных системой АПГ значений параметров электролиза (температура, КО, уровни металла и электролита) с их допустимыми граничными значениями;
— определение необходимых дозы глинозема и частоты питания в зависимости от значений параметров электролиза и свойств глинозема.
Данные программы разработаны с использованием программных пакетов Microsoft Visual Studio 2010 (язык программирования C#) и Microsoft SQL Server Express (язык программирования TSQL). Они входят в пакет компьютерных программ, алгоритмы которых предназначены для решения задач автоматизированного питания алюминиевого электролизера.
Для повышения эффективности технологии мощного электролиза криоли-тоглиноземного расплава рекомендуется:
— производить периодическую корректировку химического состава электролита с учетом изменения перегрева электролита в зависимости от скорости его движения;
- стабилизировать уровень электролита в зоне питания более 19 см для обеспечения полного растворения глинозема до момента достижения им границы «металл - электролит»;
- осуществлять контроль насыпной плотности и содержания фтора в глиноземе на выходе из системы АПГ с целью оптимизации циклов дозирования системы дискретного питания;
- при интенсификации технологии (в результате повышении силы тока) определять необходимое для достижения заданной производительности время растворения глинозема с целью установления граничных значений эффективного питания;
- производить мониторинг процесса с целью стабилизации параметров электролиза с помощью программы для ЭВМ «Программа управления алюминиевым электролизером по граничным значениям технологических параметров»;
- использовать программу для ЭВМ «Дискретное питание алюминиевого электролизера фторированным глиноземом» для повышения эффективности растворения глинозема.
Заключение. Предлагаемый новый подход к алгоритмизации процесса пи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.