專利名稱：在干法電解鋁生產(chǎn)用的電解池中添加粉狀物料的控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)霍爾-赫魯(Hall-Héroult)方法通過干法電解生產(chǎn)鋁。本發(fā)明特別涉及在電解池的電解劑中添加粉狀物料的控制。
背景技術(shù)：
通過干法電解溶解在以冰晶石為基礎(chǔ)的電解劑中的氧化鋁來生產(chǎn)鋁的電解池的運(yùn)行，導(dǎo)致電解劑成分的持久變化。一方面由于電解反應(yīng)使氧化鋁消耗，且另一方面，電解劑的數(shù)量和成分由于二次機(jī)理逐漸發(fā)生變化，所述二次機(jī)理例如電解池壁對冰晶石組分的吸收，或者由于陽極效應(yīng)氟化物組分的分解。因此，必須有規(guī)律地添加氧化鋁和電解質(zhì)化合物，例如冰晶石(Na3AlF6)或氟化鋁(AlF3)，以便穩(wěn)定生產(chǎn)單元的運(yùn)行參數(shù)。這種穩(wěn)定的目的特別是獲得盡可能高的法拉第效率，和避免由于電解劑中氧化鋁不足而造成的陽極效應(yīng)以及由于氧化鋁過剩造成氧化鋁“泥”在池底堆積。
氧化鋁和電解質(zhì)化合物一般是以粉狀注入到電解劑中。人們已了解多種以自動化和調(diào)節(jié)的方式“供給”電解池粉狀物料的方法和裝置。例如，法國彼希涅鋁業(yè)集團(tuán)(Aluminium Pechiney)提出的下列專利申請就描述了添加氧化鋁、氟化鋁或其他物料的調(diào)節(jié)方法，所述專利申請為FR2 749 858(對應(yīng)專利US 6 033 550)，F(xiàn)R 2 581 660(對應(yīng)專利US 4 654129)，F(xiàn)R 2 487 386(對應(yīng)專利US 4 431 491)，F(xiàn)R 2 620 738(對應(yīng)專利US 4 867 851)和FR 2 821 363。
為了可以把粉狀物料注入到電解劑中，給電解池裝備一個(gè)或多個(gè)粉狀物料分配器，所述粉狀物料分配器與一穿孔裝置相連接，所述穿孔裝置將正常運(yùn)行時(shí)覆蓋在電解劑表面的氧化鋁和固化電解質(zhì)殼層擊穿。所述穿孔裝置一般具有一動力缸和一穿孔器(或“沖頭”)，所述穿孔器固定在動力缸桿的端部。通過作動動力缸使沖頭下降，并且所述沖頭打碎氧化鋁和固化電解質(zhì)殼層。該操作可能要有規(guī)律地重復(fù)數(shù)次，以便將粉狀物料注入孔保持開放。專利申請F(tuán)R 1 457 746(對應(yīng)專利GB 1 091 373)和FR2 504 158(對應(yīng)專利US 4 435 255)和專利US 3 400 062描述了所述的裝置。
然而在某些條件下，穿孔裝置并不能確保粉狀物料注入電解劑中。特別是所述孔有時(shí)會被與固態(tài)電解質(zhì)聚結(jié)在一起的氧化鋁塊堵塞，這會妨礙“供給”電解劑粉狀物料。穿孔裝置也可能存在缺陷。曾提出要考慮到采用電氣測量裝置檢測到的這些運(yùn)行異常，所述電氣測量裝置適合于檢測沖頭是否有效地進(jìn)入接觸到電解質(zhì)。例如，由彼希涅鋁業(yè)集團(tuán)(AluminiumPechiney)提出的專利申請F(tuán)R 2 483 965(對應(yīng)專利US 4 377 452)中，電解質(zhì)與沖頭的接觸采用在穿孔器和陰極之間的一電氣測量裝置進(jìn)行檢測。如果超出預(yù)定的一時(shí)間段后沒有檢測到與電解質(zhì)接觸，例如，系統(tǒng)給出使沖頭再上升或者停止供料的指令。這種方法存在的缺點(diǎn)在于對電解池的電壓波動敏感，特別是當(dāng)有陽極效應(yīng)時(shí)。瑞士鋁業(yè)集團(tuán)(Swiss Aluminium)擁有的美國專利US 4 563 255描述了一種類似的但更復(fù)雜的解決辦法，該方法使用阻抗測量。
本申請人尋求裝置，其用于檢測和考慮在向一電解池供給粉狀物料中發(fā)生的運(yùn)行異常，所述裝置不取決于直接實(shí)施在電解池上的電氣測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一在電解池中添加粉狀物料的控制方法，所述電解池用于通過干法電解生產(chǎn)鋁，并且配備有至少一粉狀物料分配器和至少一穿孔裝置，所述穿孔裝置具有一致動器和一穿孔器，所述電解池容納一液態(tài)電解劑并且其運(yùn)轉(zhuǎn)使得在液態(tài)電解劑上方形成一氧化鋁和固化電解劑殼層，在所述方法中利用一穿孔裝置在所述殼層中形成至少一孔口，并按照一確定的加料注入程序——稱為“正常供料程序”，通過至少一孔口注入粉狀物料，其特征在于 -在一確定時(shí)刻to產(chǎn)生一電信號S，所述電信號借助致動器引起穿孔裝置下降，
-測量穿孔裝置達(dá)到一確定低位P的時(shí)刻t，[10]-確定從一函數(shù)F(to，t)給出的至少一個(gè)粉狀物料供給運(yùn)行指示標(biāo)的值，[11]-從至少一個(gè)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行指示標(biāo)F的所述值，確定運(yùn)行是否異常，[12]-如果運(yùn)行未被判定為異常，則保持正常的供料程序，[13]-如果運(yùn)行被判定為異常，則啟動至少一校正程序，即“調(diào)節(jié)/正?；背绦颍淇梢詫⒎蹱钗锪系墓?yīng)恢復(fù)到正常運(yùn)行。
粉狀物料通常是以氧化鋁為基礎(chǔ)的粉料(如純的或氟化的粉狀氧化鋁)、氟化鋁(AlF3)粉，或以冰晶石為基礎(chǔ)的粉料(稱為“粉浴”，它可能包含氧化鋁和/或一種或多種其他化合物)。
所述供料程序可能涉及多種不同的粉狀物料的添加。
本發(fā)明的目的還在于在一電解池中添加粉狀物料的控制系統(tǒng)，所述電解池用于通過干法電解生產(chǎn)鋁，并且配備有至少一粉狀物料分配器和至少一穿孔裝置，所述穿孔裝置具有一致動器和一穿孔器，所述電解池容納一液態(tài)電解劑并且其運(yùn)轉(zhuǎn)使得在液態(tài)電解劑上方形成一氧化鋁和固化電解劑殼層，其特征在于它具有[17]-一電信號發(fā)生部件，其用于產(chǎn)生一電信號S，所述電信號適于在一確定時(shí)刻to借助致動器引起穿孔裝置下降，[18]-一測量裝置，其用于測量時(shí)刻t，在該時(shí)刻所述穿孔裝置到達(dá)一確定的低位P，[19]-一部件，其從時(shí)刻to的值和在時(shí)刻t所獲得的值確定至少一個(gè)供料運(yùn)行指示標(biāo)F(to，t)的值。
發(fā)明者曾設(shè)想使用一運(yùn)行指示標(biāo)，所述運(yùn)行指示標(biāo)基于穿孔器的運(yùn)動，特別是基于穿孔器在一初位PO和一確定位置P之間的行程時(shí)間。一個(gè)這樣的指示標(biāo)可以很容易對一給定穿孔器處的供料運(yùn)行狀況進(jìn)行簡單的判斷。此外，本發(fā)明的方法還可以保持對供料運(yùn)行的監(jiān)控，即使在發(fā)生陽極效應(yīng)中。它特別容易實(shí)現(xiàn)自動化。


下面借助附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明。
圖1表示用于通過干法電解生產(chǎn)鋁的一典型電解池的垂直剖視圖。
圖2以垂直剖視圖示出用于通過干法電解生產(chǎn)鋁的一典型電解池的局部的內(nèi)部示意圖。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一添加粉狀物料的控制系統(tǒng)。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的控制方法的運(yùn)行。
圖5和圖6示出可以實(shí)施本發(fā)明的一穿孔裝置的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行。
具體實(shí)施例方式如在圖1上表示的，一采用干法電解即熔融鹽電解生產(chǎn)鋁的電解池1包括一槽12、陽極2和粉狀物料供應(yīng)裝置20、30。陽極2，通常是由碳質(zhì)材料制成的預(yù)焙陽極，通過一桿3支撐在一陽極梁9上。電解槽12包括一通常為鋼質(zhì)的金屬殼8、內(nèi)部襯件13、14和一陰極組件5-15。所述陰極組件5-15包括連接棒15，所述連接棒稱為陰極棒，其上固定著電導(dǎo)體16、17，所述電導(dǎo)體用于輸送電解電流Io。襯件13、14和陰極組件5-15在槽(12)的內(nèi)部形成一熔鍋，在電解池運(yùn)行時(shí)，所述熔鍋適于容納所述電解劑7和一液態(tài)鋁層6。
多個(gè)電解池一般成直線布置，并借助連接導(dǎo)體16、17將這些電解池以串聯(lián)方式電連接在一起。所述電解池通常布置成可以形成平行的兩排或多排。因此，電解電流Io以級聯(lián)方式從一電解池進(jìn)到下一電解池。
在運(yùn)行過程中，陽極2一般部分地浸入液態(tài)電解劑7中，并且所述電解池運(yùn)行使得在電解劑的上方形成一氧化鋁和固化電解質(zhì)殼層10。電解電流Io通過陽極梁9、陽極桿3、陽極2和陰極元件5、15輸入電解劑7中。一般來說，將包含在電解劑7中的氧化鋁電解而生產(chǎn)的鋁逐漸沉積在陰極組件5上，并形成一液態(tài)金屬層6。
正常的供料程序通常包括以一恒定的或變化的速度添加確定量的粉狀物料。粉狀物料添加量一般是劑量，通常是根據(jù)在電解池上的測量予以確定，所述測量例如溫度測量、電氣測量、電解劑成分分析和/或液態(tài)電解劑的高度測量。
人們通常尋求控制氧化鋁的供給，以便把電解質(zhì)的氧化鋁濃度保持在確定的范圍內(nèi)，通常保持在一上限和一下限之間。已知的大部分工業(yè)方法都借助一代表電解質(zhì)的氧化鋁濃度的電氣參數(shù)，間接估計(jì)電解劑的氧化鋁含量。所述參數(shù)一般是一電阻R，所述電阻R通過測量在電解池端子處的電壓U和通過電解池的電流強(qiáng)度Io予以確定。通過校準(zhǔn)可以畫出電阻R隨氧化鋁含量而變化的一參考曲線，并且通過測量電阻R(根據(jù)已知方法在確定頻率上)可在任何時(shí)刻了解氧化鋁的濃度。法國彼希涅鋁業(yè)集團(tuán)提出的專利申請F(tuán)R 2 749 858(對應(yīng)專利US 6 033 550)、FR 2 581 660(對應(yīng)專利US 4 654 129)和FR 2 487 386(對應(yīng)專利US 4 431 491)描述了利用測量電阻來進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法。這些方法都使用測得的電阻R的值，特別是這些值的變化，以便確定在任何時(shí)刻需用氧化鋁的供給率。
人們通常還尋求控制電解劑粉料、氟化鋁或其他任何化合物的供給，以便在確定的范圍內(nèi)保持確定的電解劑量和保持特定的物理性能、化學(xué)性能以及電化學(xué)性能(例如熔化溫度和酸度)。已知控制電解劑的大部分工業(yè)方法都采用測量電解劑的溫度和/或利用以前添加的電解劑與氟化鋁的總體情況。法國彼希涅鋁業(yè)集團(tuán)提出的專利申請F(tuán)R 2 821 363和FR 2487 386(對應(yīng)專利US 4 431 491)描述了利用所述測量的調(diào)節(jié)方法。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，確定的加料引入程序可以是任何向一電解池的電解劑中添加粉狀物料的調(diào)節(jié)方法，例如在上述專利中所描述的。
參照圖2，可以實(shí)施本發(fā)明控制方法的電解池1具有至少一粉狀物料分配器20和至少一穿孔裝置30。通常這些裝置都固定在一上部結(jié)構(gòu)體4上。
所述的一個(gè)或多個(gè)粉狀物料分配器20通常具有一料斗21，其用于容納一粉狀物料備用品；和一給料槽22，其固定在料斗的下部，且用于把粉狀物料輸送到殼層10中的一孔口11附近。
每個(gè)穿孔裝置30都具有一致動器31和一固定在致動器桿32端部上的穿孔器33(也稱“沖頭”)。致動器31通常是一氣動致動器，例如氣壓動力缸。
一粉狀物料分配器可以連接到一個(gè)或多個(gè)確定的穿孔裝置，或者反之，一穿孔裝置可以連接一個(gè)或多個(gè)確定的粉狀物料分配器。電解池通常裝備有一個(gè)或多個(gè)裝置，所述裝置包括一粉狀物料分配器和一穿孔裝置；這些裝置通稱為穿孔和供料裝置(英文為“Crustbreaking and FeedingDevice”)。
在正常運(yùn)行情況下，利用一個(gè)或多個(gè)穿孔裝置30在陽極2之間、所述殼層10中形成至少一孔口11(或者所述孔口可以保持敞開)，并且粉狀物料通過所述孔口11(或者當(dāng)有多個(gè)孔口時(shí)，通過至少一孔口)注入到電解劑7中。為此目的，致動器31的桿32和因而穿孔器33，具有至少一第一位置——稱為“等待位置”、和至少一第二位置——稱為“穿孔位置”。通常所述第一位置是一高位，而所述第二位置是一低位。致動器31的啟動引起桿32的下降或再上升，并且因此引起桿從第一位置進(jìn)到第二位置，或反之從第二位置進(jìn)到第一位置。所述裝置的尺寸使得當(dāng)桿在第一位置時(shí)，穿孔器不阻擋從給料槽22出來的粉狀物料的流動，并且當(dāng)桿在第二位置時(shí)，穿孔器33穿過所述殼層10的正常厚度，這可以形成一孔口(11)，所述孔口適合于將粉狀物料引入到電解劑7中。
如在圖3上所表示的，致動器31由一流體供應(yīng)元件39來啟動，所述元件通常供應(yīng)壓縮空氣，其借助于一閥38被控制，所述閥一般是一電動閥門。致動器31通過至少一條特殊的供應(yīng)管道35與所述供應(yīng)元件39連接在一起，所述供應(yīng)管道在致動器的附近或在致動器處通常分成兩支管，以便可以引起穿孔器的下降和再上升。
在電解池的粉狀物料供應(yīng)方法的范圍內(nèi)，本發(fā)明尤其涉及對將所述粉狀物料注入到電解劑7中進(jìn)行控制，所述控制特別決定于在固化電解劑殼層10中的孔口11的質(zhì)量和穿孔裝置30的運(yùn)行，所述穿孔裝置30用于形成并保持所述孔口。能夠以間歇方式使用根據(jù)本發(fā)明的控制方法(例如，可以只在調(diào)節(jié)為連續(xù)狀態(tài)時(shí)才使用)。
根據(jù)本發(fā)明——其運(yùn)行示于圖4，產(chǎn)生一電信號S，所述電信號可以借助致動器31引起穿孔器33的下降。該信號在一確定時(shí)刻to時(shí)產(chǎn)生，所述時(shí)刻與對粉狀物料供應(yīng)進(jìn)行的總調(diào)節(jié)相一致。信號S一般呈一臺階的形式(如圖4所示)。作為對這一信號的反應(yīng)，致動器31將穿孔器33從一初位PO移動到一終位Pf，一般要經(jīng)過一確定位置P，所述位置稱為低位，它可以不同于終位Pf(見圖4到圖6)。根據(jù)本發(fā)明，測量穿孔器到達(dá)所述確定位置P時(shí)的時(shí)刻t，并從時(shí)刻to的值和在時(shí)刻t所得到的值，確定至少一個(gè)供料運(yùn)行指示標(biāo)F的值。
電信號S可以通過電、光、氣動或其他途徑，一般通過一傳送部件34來傳輸穿孔器的下降指令，所述傳送部件示意地表示在圖3中。
所述確定的低位P通常是這樣的位置在該位置上，穿孔器33會接觸到電解劑7，或者所述低位是致動器31所允許的最低位置。這些位置一般對應(yīng)上述的第二位置，即穿孔位置。
穿孔器的初位PO，也就是在產(chǎn)生穿孔器移動信號S的時(shí)刻穿孔器33的位置，一般是所述的等待位置。
穿孔器33的位置可以相對于一確定的參照點(diǎn)YO給出。
如圖3和圖4所指出的，致動器31借助一電信號VG被啟動，所述電信號直接或間接地作用在一閥38上，所述閥通常是一電動閥門。電信號VG包含用于啟動穿孔器移動的所述信號S。穿孔器33的位置利用至少一位置檢測器40、40′予以測量，所述位置檢測器可集成于穿孔裝置30中。所述的一個(gè)或每一個(gè)位置檢測器40、40′產(chǎn)生一信號SA，所述信號表示穿孔器33的位置或者代表穿孔器33的特殊位置。信號SA可以是一電信號、光信號或其他信號。然后所述信號被用于確定穿孔裝置到達(dá)所述確定的低位P時(shí)的時(shí)刻t。
一運(yùn)行指示標(biāo)F可以通過一差函數(shù)即F(t-to)很容易地給出，所述差為時(shí)刻to和時(shí)刻t之間的差，稱為“下降時(shí)間”即D(＝t-to)。
在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，如果在至少Nh次連續(xù)測定中下降時(shí)間D大于一確定的高閾值Sh，運(yùn)行可被判定異常。數(shù)Nh一般是介于1和10之間的一整數(shù)，其中1和10包括在內(nèi)。
在本發(fā)明的實(shí)施方式的一變型中，如果在N次中至少Nh′次測定內(nèi)下降時(shí)間大于一確定閾值Sh′，即如果比率Nh′/N大于一給定值Rh，運(yùn)行則被判定為異常。此時(shí)就涉及一異?！懊芏取?，其由比率Nh′/N給出，可用一百分?jǐn)?shù)表示。
閾值Sh和閾值Sh′可取一固定值，或取一利用多個(gè)連續(xù)的或間隔的時(shí)間值D計(jì)算出的值。例如，閾值Sh可用關(guān)系式Sh＝<D>+K算出，式中<D>是D的最后Mh個(gè)值的一滑動平均值，其中Mh通常大于10，并且K是用于避免檢測錯(cuò)誤的運(yùn)行異常的一常量。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，如果下降時(shí)間在至少Nb次連續(xù)測定中小于一確定的低閾值Sb，運(yùn)行則被判定為異常。數(shù)Nb通常是介于1和10之間的一整數(shù)，其中1和10包括在內(nèi)。
為了加快控制方法的響應(yīng)速度，如果時(shí)刻t在大于一確定閾值Tmax的一時(shí)間T后不能夠被測出，則運(yùn)行被判定異常。閾值Tmax通常是在5秒到15秒之間。
在本發(fā)明的另一實(shí)施變型中，一運(yùn)行指示標(biāo)，其稱為偏移指示標(biāo)，可以從一偏差E予以確定，所述偏差介于至少兩個(gè)時(shí)間值D之間，所述時(shí)間值是連續(xù)的或者被中間測量值間隔開。所述偏差E可以用不同的方式來計(jì)算。例如，偏差E可由連續(xù)的兩時(shí)間值D之間或被中間測量值間隔開的兩時(shí)間值之間的代數(shù)差給出。偏差E也可以由介于連續(xù)的或被中間測量值間隔開的至少三個(gè)時(shí)間值D之間的一平均偏差或一統(tǒng)計(jì)偏差給出。當(dāng)所述偏差E大于一確定的閾值Se時(shí)，則運(yùn)行通常被判定為異常。
從至少一個(gè)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和所述的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行指示標(biāo)的值確定運(yùn)行是否異常。如果運(yùn)行被判定為非異常，則保持正常的供料程序；如果運(yùn)行被判定為異常，則啟動至少一個(gè)校正程序，所述校正程序稱為“調(diào)整/正?；背绦颍淇梢詫⒎蹱钗锪系墓?yīng)恢復(fù)到正常運(yùn)行。
所述調(diào)整/正?；绦蛲ǔ０ㄖ辽僖淮巫詣拥幕蛉斯さ母深A(yù)，其可以校正穿孔裝置30的運(yùn)行。人工干預(yù)通常包括維護(hù)操作。自動干預(yù)通常包括連續(xù)穿孔(即一系列連續(xù)的并在時(shí)間上接近的致動器31的動作)，或增大注入致動器31中的流體壓力，或者對在時(shí)刻t值時(shí)(更精確地說是在穿孔器33的下降時(shí)間值D時(shí))由致動器31所施加的壓力進(jìn)行適配。
在本發(fā)明的一有利的實(shí)施方式中，電解池1具有至少兩個(gè)穿孔裝置30，所述每一個(gè)穿孔裝置都連接到一不同的粉狀物料分配器20，并且調(diào)整/正?；绦虬ㄖ袛?、至少是暫時(shí)中斷分配器的供料，所述分配器連接到其運(yùn)行被判定為異常的穿孔裝置上。相應(yīng)的粉狀物料的供應(yīng)因而有利的是被分配到電解池的所述其他分配器上。
有利的是，當(dāng)至少一個(gè)穿孔裝置30被判定為異常時(shí)，控制方法另外還可包括改變正常的供料程序。
有利的是，本發(fā)明可以借助于一粉狀物料供應(yīng)的控制系統(tǒng)50實(shí)施。所述控制系統(tǒng)包括[59]-一電信號發(fā)生部件51，其用于產(chǎn)生一電信號S，所述電信號適于在一確定時(shí)刻to借助致動器31引起穿孔器33的下降，[60]-一測量裝置52，其用于測量時(shí)刻t，在該時(shí)刻所述穿孔器33到達(dá)一確定的低位P，[61]-一部件53，其稱為“診斷部件”，用于從一時(shí)刻to的值和在時(shí)刻t所獲得的值確定至少一個(gè)供料運(yùn)行指示標(biāo)F(to，t)的值。
測量裝置52通常包括至少一個(gè)位置檢測器40，所述位置檢測器可以檢測所述的低位P。位置檢測器40有利的是可以在時(shí)刻t產(chǎn)生一信號SA，在所述時(shí)刻t穿孔器33到達(dá)確定的低位P。有時(shí)，所述裝置可能還具有一轉(zhuǎn)換器48，以便從信號SA產(chǎn)生一特殊的電信號Vt。
位置檢測器40可以集成到所述一個(gè)或多個(gè)穿孔裝置30中，特別是集成到所述穿孔裝置的一個(gè)或多個(gè)致動器31上，也就是說，所述穿孔裝置30或所述每一個(gè)穿孔裝置30可以具有至少一個(gè)位置檢測器40，所述位置檢測器可以檢測至少所述的低位。因此，可用來實(shí)施本發(fā)明的一致動器31有利的是，具有至少一個(gè)位置檢測器40，所述位置檢測器可以檢測致動器桿32的至少所述的低位P。例如，所述穿孔裝置或所述每一個(gè)穿孔裝置30的致動器31可具有一動力缸，所述動力缸裝備有所述的位置檢測器40。例如，位置檢測器40可以是一行程結(jié)束的檢測器。
所述的一個(gè)或多個(gè)位置檢測器40可以選自機(jī)械檢測器、電氣檢測器、光檢測器或磁檢測器，并且所述檢測器具有這些裝置的任何組合件。
測量裝置52可以具有至少一個(gè)補(bǔ)充的位置檢測器40′，所述補(bǔ)充位置檢測器40′可以集成到所述的一個(gè)或多個(gè)穿孔裝置30中。例如，有時(shí)它可能具有一檢測器40′，所述檢測器可以檢測致動器桿32的一等待位置PO。
圖5和圖6表示實(shí)施本發(fā)明所用的致動器31。這些致動器31通常連接到一信號轉(zhuǎn)換器41、41′(如一萬用表)和一信號載體45、45′(如一電纜、一電磁波或一光束)，所述信號載體用于向診斷部件53傳輸與穿孔器33的位置相關(guān)的信息，該操作有時(shí)可能通過一可以產(chǎn)生信號Vt的轉(zhuǎn)換器48。
在圖5所示的情況中，致動器31具有一連續(xù)的位置檢測器40。所述位置檢測器可具有例如一電阻42；一第一摩擦接觸件43(通常固定在致動器主體37上)；一第二摩擦接觸件44(通常固定在致動器桿32上或者固定在致動器的活塞36上)；和一萬用表41。
在圖6所示的情況中，致動器31具有兩個(gè)非連續(xù)的位置檢測器40、40′，它們可以檢測致動器桿32的特殊位置，因此即可以檢測穿孔器33的特殊位置。例如，每個(gè)位置檢測器40、40′可具有一不同的電動機(jī)械系統(tǒng)。每個(gè)系統(tǒng)具有一桿46、46′和一開放的觸體47、47′，所述觸體47、47′通過活塞36進(jìn)到所述桿下部的高度處而被觸發(fā)。
診斷部件53例如可以是一計(jì)算器或一比較器C。如圖3所示，診斷部件53通常使用信號SA或Vt，所述信號包含有關(guān)由位置檢測器產(chǎn)生的時(shí)刻t的信息，所述診斷部件還使用信號VG，所述信號包含與時(shí)刻to相關(guān)的信號S。
根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)50通常包括一調(diào)節(jié)器54，所述調(diào)節(jié)器可以集成在電解池1的總調(diào)節(jié)系統(tǒng)(沒有圖示出來)中。電信號發(fā)生部件51通常由調(diào)節(jié)器54控制。調(diào)節(jié)器54有利的是包括用于實(shí)施自動干預(yù)的特殊裝置，所述自動干預(yù)用于在當(dāng)一運(yùn)行指示標(biāo)F(to，t)顯示供料運(yùn)行異常時(shí)，校正穿孔裝置30的運(yùn)行。特別是，調(diào)節(jié)器54可具有自動干預(yù)的一計(jì)算機(jī)控制程序(例如，為了引起連續(xù)穿孔，該程序可以產(chǎn)生一系列連續(xù)的并在時(shí)間上接近的致動器31動作)。調(diào)節(jié)器54還具有控制裝置，所述控制裝置用于控制注入穿孔裝置30的致動器31中的流體的壓力，從而實(shí)施一包括改變所述壓力的自動干預(yù)。
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以應(yīng)用于檢測一電解池或者一系列電解池的異常運(yùn)行。
本發(fā)明可以確保供給電解池粉狀物料的最大可靠性。
權(quán)利要求
1.在電解池(1)中添加粉狀物料的控制方法，所述電解池(1)用于通過干法電解生產(chǎn)鋁，并且配備有至少一粉狀物料分配器(20)和至少一穿孔裝置(30)，所述穿孔裝置(30)包括一致動器(31)和一穿孔器(33)，所述電解池容納一液態(tài)電解劑(7)且其運(yùn)轉(zhuǎn)使得在所述液態(tài)電解劑(7)的上方形成一氧化鋁和固化電解劑的殼層(10)，在所述方法中，借助一穿孔裝置(30)在所述殼層(10)中形成至少一孔口(11)，并按照一確定的加料注入程序——稱為“正常供料程序”，通過至少一孔口(11)注入粉狀物料，所述方法的特征在于—在一確定時(shí)刻to產(chǎn)生一電信號S，所述電信號適于借助所述致動器(31)引起所述穿孔器(33)的下降，—測量所述穿孔器(33)達(dá)到一確定的低位P的時(shí)刻t，—確定由一函數(shù)F(to，t)給出的至少一個(gè)粉狀物料供給運(yùn)行指示標(biāo)的值，—從至少一個(gè)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和所述運(yùn)行指示標(biāo)F的值，確定運(yùn)行是否異常，—如果運(yùn)行未被判定為異常，則保持正常的供料程序，—如果運(yùn)行被判斷為異常，則啟動至少一個(gè)校正程序，即“調(diào)節(jié)/正?；背绦颍淇梢詫⒎蹱钗锪系墓┝匣謴?fù)到正常運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，一運(yùn)行指示標(biāo)由一差函數(shù)F(t-to)給出，所述差為所述時(shí)刻to和所述時(shí)刻t之間的差，稱為“下降時(shí)間”D。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，如果所述下降時(shí)間在至少Nh次連續(xù)測定中大于一確定的高閾值Sh，則運(yùn)行被判定為異常。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，Nh是一介于1和10之間的整數(shù)，其中1和10包括在內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，如果在N次中至少Nh′次測定內(nèi)所述下降時(shí)間大于一確定閾值Sh′，即如果比率Nh′/N大于一給定值Rh，運(yùn)行則被判定為異常。
6.根據(jù)權(quán)利要求3到5中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述閾值Sh和所述閾值Sh′取一固定值，或者取一利用多個(gè)連續(xù)的或間隔的時(shí)間值D所計(jì)算出的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2到6中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，如果所述下降時(shí)間在至少Nb次連續(xù)測定中小于一確定的低閾值Sb，則運(yùn)行被判定為異常。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，Nb是一介于1和10之間的整數(shù)，其中1和10包括在內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，如果時(shí)刻t在大于一確定閾值Tmax的一時(shí)間T后不能夠被測出，運(yùn)行則被判定為異常。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述閾值Tmax包括在5秒到15秒之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，一運(yùn)行指示標(biāo)，其稱為偏移指示標(biāo)，是從一偏差E予以確定的，所述偏差介于至少兩個(gè)時(shí)間值D之間，所述時(shí)間值是連續(xù)的或者被中間測量值間隔開。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述偏差E是由介于兩時(shí)間值D之間的代數(shù)差給出的，所述時(shí)間值是連續(xù)的或是被中間測量值間隔開的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述偏差E是由介于至少三個(gè)時(shí)間值D之間的一平均偏差或一統(tǒng)計(jì)偏差給出的，所述時(shí)間值是連續(xù)的或是被中間測量值間隔開的。
14.根據(jù)權(quán)利要求11到13中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)所述偏差E大于一確定的閾值Se時(shí)，則運(yùn)行被判定為異常。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到14中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)/正?；绦虬ㄖ辽僖淮巫詣拥幕蛉斯さ母深A(yù)，所述干預(yù)適于校正所述穿孔裝置(30)的運(yùn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述電解池(1)包括至少兩個(gè)穿孔裝置(30)，所述每一個(gè)穿孔裝置(30)都連接到一不同的粉狀物料分配器(20)上；而且，所述調(diào)節(jié)/正?；绦虬ㄖ袛?、至少是暫時(shí)中斷粉狀物料分配器的供料，所述分配器連接到其運(yùn)行被判定為異常的穿孔裝置上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制方法，其特征在于，它包括將粉狀物料的供應(yīng)分配到所述電解池的所述其他分配器上。
18.根據(jù)權(quán)利要求1到17中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)至少一個(gè)穿孔裝置(30)的運(yùn)行被判定異常時(shí)，所述控制方法還包括改變正常的供料程序。
19.根據(jù)權(quán)利要求1到18中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所確定的低位是所述穿孔器(33)接觸到所述液態(tài)電解劑(7)的位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求1到18中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所確定的低位是所述致動器(31)所允許的最低位置。
21.根據(jù)權(quán)利要求1到20中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述的一個(gè)或每一個(gè)穿孔裝置(30)具有至少一個(gè)位置檢測器(40)，所述位置檢測器適于檢測至少所述的低位。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制方法，其特征在于，所述的一個(gè)或每一個(gè)穿孔裝置(30)的所述致動器(31)具有至少一個(gè)動力缸，所述動力缸裝備有所述位置檢測器(40)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的控制方法，其特征在于，所述位置檢測器(40)是一行程結(jié)束的檢測器。
24.根據(jù)權(quán)利要求21到23中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述位置檢測器(40)選自機(jī)械檢測器、電氣檢測器、光檢測器或磁檢測器，并且所述檢測器包括這些裝置的任何組合件。
25.根據(jù)權(quán)利要求1到24中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述電信號S通過電、光或氣動途徑傳送所述穿孔器的下降指令。
26.根據(jù)權(quán)利要求1到25中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述粉狀物料是在以下物料組中選出的，所述物料組由氧化鋁為基礎(chǔ)的粉料、氟化鋁粉料和以冰晶石為基礎(chǔ)的粉料組成。
27.控制系統(tǒng)(50)，其用于控制在電解池(1)中添加粉狀物料，所述電解池(1)用于通過干法電解生產(chǎn)鋁，并且配備有至少一粉狀物料分配器(20)和至少一穿孔裝置(30)，所述穿孔裝置(30)包括一致動器(31)和一穿孔器(33)，所述電解池容納一液態(tài)電解劑(7)且其運(yùn)轉(zhuǎn)使得在所述液態(tài)電解劑(7)的上方形成一氧化鋁和固化電解劑的殼層(10)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)具有—一電信號發(fā)生部件(51)，其用于產(chǎn)生一電信號S，所述電信號適于在一確定時(shí)刻to借助所述致動器(31)引起所述穿孔器(33)的下降，一一測量裝置(52)，其用于測量時(shí)刻t，在該時(shí)刻所述穿孔器(33)到達(dá)一確定的低位P，—一部件(53)，其稱為診斷部件，用于從一時(shí)刻to的值和在所述時(shí)刻t所獲得的值確定至少一個(gè)供料運(yùn)行指示標(biāo)F(to，t)的值。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的控制系統(tǒng)(50)，其特征在于，所述測量裝置(52)具有至少一個(gè)位置檢測器(40)，所述位置檢測器適于檢測所述的低位P。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的控制系統(tǒng)(50)，其特征在于，所述位置檢測器(40)集成到所述的一個(gè)或多個(gè)穿孔裝置(30)中。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的控制系統(tǒng)(50)，其特征在于，所述位置檢測器(40)集成到所述每一個(gè)穿孔裝置(30)的所述致動器(31)上。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的控制系統(tǒng)(50)，其特征在于，所述致動器(31)具有一動力缸，所述動力缸配備有所述檢測器(40)。
32.根據(jù)權(quán)利要求28到31中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)(50)，其特征在于，所述檢測器(40)是一行程結(jié)束的檢測器。
33.根據(jù)權(quán)利要求28到32中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)(50)，其特征在于，所述檢測器(40)選自機(jī)械檢測器、電氣檢測器、光檢測器或磁檢測器，并且所述檢測器具有這些裝置的任何組合件。
34.根據(jù)權(quán)利要求27到33中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)(50)，其特征在于，根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)(50)包括一調(diào)節(jié)器(54)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的控制系統(tǒng)(50)，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器(54)包括用于實(shí)施自動干預(yù)的特殊裝置，所述自動干預(yù)用于在當(dāng)一運(yùn)行指示標(biāo)F(to，t)顯示供料運(yùn)行異常時(shí)，校正一穿孔裝置(30)的運(yùn)行。
36.根據(jù)權(quán)利要求27到35中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)(50)，其特征在于，所述粉狀物料是在以下物料組中選出的，所述物料組由氧化鋁為基礎(chǔ)的粉料、氟化鋁粉料和以冰晶石為基礎(chǔ)的粉料組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及在電解池中添加粉狀物料的控制方法，所述電解池用于通過干法電解生產(chǎn)鋁，并且配備有至少一粉狀物料分配器和至少一穿孔裝置(30)，所述穿孔裝置包括一致動器(31)和一穿孔器(33)，在所述方法中，借助一穿孔裝置在所述固化電解劑殼層中形成至少一孔口，并按照一正常的供料程序，通過至少一孔口注入粉狀物料，在所述方法中，在一確定時(shí)刻t
文檔編號C25C3/20GK1863942SQ200480028705
公開日2006年11月15日 申請日期2004年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月2日
發(fā)明者克洛德·李特爾, 伯努瓦·舒爾蒙特 申請人:皮奇尼鋁公司