CN107574461A - 熔融电解设备及其运行的调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行熔融电解设备的电解池的调节方法，所述熔融电解设备尤其用于制造铝。在所述方法中，所述第一可控变量是电解池的热平衡。此外，本发明还涉及一种熔融电解设备，所述熔融电解设备尤其用于制造铝，所述熔融电解设备带有熔融电解池，其中，熔融电解设备具有调节设备，所述调节设备构造用于实施根据本发明的调节方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运行熔融电解设备的电解池的方法，该熔融电解设备尤其用于制造铝。此外，本发明还涉及一种熔融电解设备，尤其用于制造铝的熔融电解设备，该熔融电解设备带有熔融电解池。
现有技术
在世界上许多工业国家中都计划并且已经部分实施将能源供应向所谓的可再生能源推进，以便明显减少可能造成气候损害的气体、例如CO2的形成，并且逐步增大摆脱对矿物能量载体的依赖。
可再生能源由于迄今无法在适当范围内使用的存储介质而不能被存储并且随后根据电流需要被调用。此外，只有在相应的能量源，尤其源自风和太阳的不稳定能源实现向电能的转化并且实现其向电网的输入时，才能将可再生能源输入电网中。如果省去作为缓冲器的矿物能量载体，处于电网中的电流收集器就必须使其电能需求尽量与通过可再生能源载体的供能相匹配。
与该趋势特别相关的是具有极高能量需求的工业分支，因为其电流下降并不能轻松地适应通常的电流需求，并且因此几乎不能通过其他电流收集器被补偿。为此尤其涉及铝制造，然而其他工业分支，尤其化工业中的工业分支也受到该发展的显著影响。
不稳定能量源扩大的利用不仅导致用于提供电能的价格总体提高，而且还导致不能始终确保在电网中提供足够大的电能量。因此问题在于，尤其来自能量密集领域中的工业设备在具有不连续供电的地区很可能不能再经济地作业。
熔融电解设备迄今则通过输入电解池的电流强度被控制，其中，涉及有关熔融电解池的热动力平衡的固定设想。这在保持不变的边界条件下，尤其在电流消耗、电池电阻、熔融电解池的热力学设置或废气排放保持不变的情况下是能够可靠地实现的。
已知的熔融电解方法在调节技术领域中是控制方法，所述控制方法能够确保恒定的、极好的可预设的边界条件。以相对较大的间隔、例如每天一次地确定在熔融电解池内部的熔体的温度。此外同样以相对较大的间隔、例如在确定熔体的温度之后时确定凝固温度。另一个方法基于对熔体中AlF3含量的确定。基于该数值通过有时必要的调整通过熔融电解池下降的电压而将干硬表皮的厚度保持在实用的范围内。例如针对熔融电解池设想，当熔体的温度高于其凝固温度8℃时，干硬表皮具有合适的厚度。
从本申请人的德国专利申请DE 10 2011 078656 A1中，得知一种用于运行熔融电解设备的方法，其中，熔融电解设备被这样地控制，使得被该熔融电解设备消耗的电功率的量与同时通过不稳定能量源供给的电功率的量相匹配。根据此处所述的方法，能够使熔融电解设备作为“虚拟电池”应用于电网中。熔融电解设备的电流消耗在设备的系统极限以内通过相应地控制电流消耗而与电网中所具有的能量相匹配。在电流消耗提高时，多余的能量通过在熔融电解池的池壁上的换热器排出，以避免熔融电解池内部的干硬表皮完全熔融。在电流消耗降低时，通过换热器降低熔融电解池的侧壁上的温度梯度，以避免干硬表皮过多地生长。
但基于文献DE 10 2011 078656 A1已知的发明，仍旧存在对熔融电解设备的运行时的改进需求，因为对熔融电解池的运行的控制由于可变的电流消耗和必要时与其关联的额外的热量排放或热量输入而不准确并因此在可变的电流强度的情况下还不能确保可靠的生产流程。
发明内容
为了克服该弊端，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于运行熔融电解设备，尤其用于制造铝的熔融电解设备的电解池的方法，以及一种熔融电解设备，尤其用于生产铝的熔融电解设备，其带有相应的熔融电解池，由此即使在电网中的电能的可用性波动的前提条件下运行熔融电解设备时也能实现经济的和过程可靠的生产流程。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种上述技术领域的调节方法和熔融电解设备，由此在电能的可用性变化的情况下也能可靠地运行熔融电解，尤其无需额外地加载熔融电解池或降低熔融电解，尤其铝的制造的效率。
上述技术问题根据本发明通过一种用于运行熔融电解设备，尤其用于制造铝的熔融电解设备的电解池的调节方法、一种熔融电解设备以及一种对所述调节方法或熔融电解设备的应用解决。
根据本发明的用于运行熔融电解设备、尤其用于制造铝的熔融电解设备的电解池的方法的特征在于，第一可控变量是电解池的热平衡。
在本发明中，“调节”被理解为一种过程，在该过程中持续地获取数值“可控变量”，与其他数值“参考变量”相比较，并且为了与参考变量相适应而对可控变量进行影响。调节的典型特征在于闭合的工作流程，其中，可控变量在调节循环的工作路径中不断地自影响。在本发明中，“调节”还被理解为一种过程，在该过程中持续地模拟“可控变量”，而非测量“可控变量”，与“参考变量”相比较，并且为了与参考变量相适应而对可控变量进行影响。即使在本发明的范畴内调节的形式的典型特征也是闭合的工作流程，其中，可控变量在调节循环的工作路径中不断地自影响。然而还可以根据模拟程序，例如用于从熔融电解池的热量输出的模拟程序的制定，放弃对热量输出的直接测量或间接测量，而是根据对热量输出的模拟而确定该热量输出。
迄今，在本发明范畴内对稳定的熔融电解方法的保障仅在于电解池中的保持不变的电解温度。
在电网中电能可用性变化的情况下，必须偏离迄今的运行方式。取代为了保持不变的电解温度和干硬表皮厚度而对熔融电解池的运行的控制，根据本发明对熔融电解池的运行进行调节，即，使电解温度处于相对较宽的温度带中。这根据本发明通过在调节技术上考虑热平衡实现。
在本发明的范畴内，热平衡被理解为能量平衡，所述能量平衡考虑进入熔融电解池中的电能和从熔融电解池中排出的热能。优选在铝电解设备或者说铝电解池的情况下，还确定进入铝电解池的电能的为铝的制造所使用的份额。作为备选，进入铝电解池的电能的该份额被假定为恒定的，并且以热量形式输入铝电解池中的份额由总电能与假定为恒定的用于生产的能量之间的差确定。
因此，根据本发明检测熔融电解池的热平衡，并且根据作为可控变量的热平衡调节熔融电解池的运行。
优选使用一个或多个热电偶和/或用于确定电解池的废气的体积流的设备、尤其是测量设备和/或用于确定在电解池上的换热器中的传热流体的体积流的设备、尤其测量设备作为用于确定第一可控变量，也即热平衡的一个测量元件或多个测量元件。
优选地，至少6个、优选至少12个、进一步优选至少30个、进一步优选至少60个热电偶布置在电解池上，以便能够尽可能准确地确定电解池上的温度分布和进而热平衡。
根据一种实施方式，并非熔融电解设备的所有熔融电解池，尤其具有一个以上熔融电解池的熔融电解设备的仅一个熔融电解池设有一个热电偶或多个热电偶。这简化了整个设备的结构性耗费，并且尽可能实现熔融电解设备的可控运行的预期目的。
热电偶能够单独地或共同地用作调节技术意义上的测量元件。这基本上也适用于确定电解池的废气的体积流，作为对体积流的备选和补充还可以确定质量流，并且优选还可以确定有关废气的温度的信息。
这种用于确定自电解池的废气排放的体积流的设备或用于确定在换热器中传热流体的体积流的设备也可以例如通过确定风扇或相应元件的转速工作，这还能够间接地，例如通过驱动风扇的电机的能量消耗或(旋转)范围工作。通过该方式能够确定废气或传热流体的体积流，而无需直接测量所述体积流，因为至少以明显的比例形成穿过风扇或相应元件的体积流。尽管如此，在熔融电解池的运行的调节中也可以将体积流的确定作为“测量”处理。
所谓的传热流体尤其可以是空气，所述空气可以例如在基本上已知的换热器中沿池壁导引。在传热流体方面除了体积流量之外或取代体积流，也可以确定质量流，并且优选还可以确定传热流体的温度。换热器可以利用相应调温的传热流体对熔融电解池的冷却或热损耗的程度影响并因此尤其对干硬表皮沿其边缘的厚度影响，并且由此从多个方面影响热平衡。
优选，调节方法，尤其是以上所述装置热电偶、用于确定自电解池的废气的体积流的测量设备和用于确定在电解池上的换热器中的传热流体的体积流的测量设备适合并且设计用于连续地获取输入电解池的热量和从电解池排出的热量。由此特别简单地实现的是，将热平衡用作可控变量。但除了上述可能的测量元件之外还具有备选方案，例如热摄像头，以便支持热平衡的确定。
在一种优选的实施方式中，电解池具有侧壁、底部和废气导引部，其中，在至少一个侧壁、底部或废气导引部上或在至少一个侧壁、底部或废气导引部中，优选在所有侧壁和底部上或在所有侧壁和底部中，并且特别优选甚至在废气导引部上或在废气导引部中布置的热电偶被用作用于确定热平衡的测量元件。作为备选还可行的是，仅一些侧壁、仅底部、仅废气导引部或其组合用于布置作为测量元件的热电偶。
优选地，至少一个换热器和/或至少一个废气流活门和/或熔体的化学组成、尤其AlF3剂量和/或至少一个用于将至少一个阳极定位在电解池中的横杆作为控制元件用于影响热量输入和/或热量输出。通过上述元件可以实现的是，在相对较宽的范围内改变热量输入和/或热量输出，其中，热量输入或热量输出作为可控变量在热平衡的调节中利用。基本上还存在的其他可能性是，改变热量输入或热量输出，然而上述元件在熔融电解池的情况下被认为是特别有效的。
优选地，在改变被熔融电解设备或熔融电解池消耗的电流强度的情况下，对通过熔融电解池下降的电压采取相应的调整，所述电流强度决定性地定义能量输入和由此热量输入。这尤其可以通过改变一个阳极或多个阳极与一个阴极或多个阴极之间的间距实现。电流的提高在此原则上将更多的热量输入熔融电解池中，而电压的降低，即电极之间距离的减小导致基本上更低的热量输入。优选地，此外还通过调整废气流活门或换热器进一步影响自熔融电解池的热量输出，因为热量输入的变化能够比热量输出的变化更高效地实现。
有利地，将待熔融材料，尤其氧化铝和六氟铝酸钠的进料和/或已熔融材料，例如铝的出料和/或熔融电解电流强度的变化考虑为干扰量。待熔融材料的进料不仅改变电解池的温度，而且还改变电解池的化学组成，这影响熔融电解池的运行的热平衡。类似地也适用于出料，也即已熔融材料的取出，所述已熔融材料首先从系统提取热能，并且还部分改变系统的化学组成。熔融电解电流强度改变能量输入并因此改变输入的热量。电流强度尤其可以基于存在于电网中的变化的能量和由此带来的熔融电解控制本身而在一定范围内不受控地变化。通过考虑热平衡可以考虑由熔融电解电流强度的变化达到的效果，从而能够确保，可以考虑变化的电流强度在过程安全性方面的所有后果。
在所述调节方法的一种优选的实施方式中，第二可控变量或控制量是电解池的热力学状态，并且第三可控变量或第三控制量是电解池的化学状态。在本发明中，电解池的热力学状态尤其是电解质的温度理解为作为决定性的数值。当然电解池的其他元素也影响电解池的热力学状态。然而电解池的最重要的部分是电解质，因为电解池的温度在任何情况下都必须保持高于电解质的凝固温度，以便使熔融电解设备保持能够工作。电解池的化学状态因此则主要通过电解质的凝固温度确定，该凝固温度尤其与“AlF3余量”相关。
根据本发明的熔融电解设备，尤其用于制造铝的熔融电解设备带有熔融电解池，其特征在于，熔融电解设备具有调节设备，所述调节设备设计用于实施上述调节方法。
熔融电解设备优选包括热电偶和/或用于确定熔融电解池的废气的体积流的测量设备和/或如果优选包括换热器，用于借助在熔融电解池的至少一个外表面上传热流体影响热量输入或热量输出，那么熔融电解设备还包括用于确定在熔融电解池上的换热器中的传热流体的体积流的测量设备。如上所述，所述元件极好地适合作为测量元件使用在根据本发明的调节中，因为所述元件提供有力的信息用于确定熔融电解池的热平衡，并且因此能够特别容易地实施所述调节。
优选的熔融电解设备的熔融电解池具有侧壁、底部和废气导引部，其中，在至少一个侧壁、底部或废气导引部上或在至少一个侧壁、底部或废气导引部中，优选在全部的侧壁、底部或废气导引部上或在全部的侧壁、底部或废气导引部中，优选在全部的侧壁、底部上或在全部的侧壁、底部中并且特别优选还在废气导引部上或在废气导引部中布置热电偶。这能够特别好地实现对熔融电解池的热平衡的确定，并且因此特别好地适用于根据本发明的情况中。
有利地，熔融电解设备包括换热器，用于借助在熔融电解池的至少一个外表面上的传热流体影响热量输入或热量输出，和/或包括可调整的废气流活门，用于影响熔融电解池的废气的体积流，和/或包括用于改变熔体的化学组成、尤其用改变熔体中AlF3的剂量的设备，和/或包括用于将阳极定位在熔融电解池上的横杆。通过所提到的在调节技术范畴内作为控制元件使用的元件，能够通过有效的方式和方法在较宽的范围内调整和改变热量损耗和热量输入，以便将热平衡尽可能好且有效地与其额定值相匹配。原则上还存在其他影响热平衡的可能性，然而这些其他的可能性不那么有效并且因此低效地作用。
此外，优选的熔融电解设备还包括用于确定置入熔融电解池中的待熔融材料，尤其氧化铝和六氟铝酸钠的质量的设备，和/或用于确定从熔融电解池提取的已熔融材料，尤其铝的质量的设备。置入电解池和从电解池中提取的材料不仅通过将热量从系统中提取或带入系统中的方式改变热平衡，而且还部分地改变熔融电解池里面的东西的化学组成，这尤其对电解质的凝固温度产生影响，并且因此应当在热平衡的调节中考虑。为此要说明的是，处于电解池中的材料的温度的改变因为由此导致的边缘干硬表皮的厚度的改变对熔体的化学组成产生影响。温度的提高导致干硬表皮的进一步熔融和由此熔体中AlF3份额的降低。因为最后提到的过程具有一定程度的惯性和往复运动，所以在输入电解池的电流强度改变之后紧接着确定化学组成是有误差的。通过根据本发明的调节能够补偿该误差并且避免错误表达。
根据本发明，只要熔融电解设备连接在电网上，以便为熔融电解提供电能，换言之，其中从电网输入用于电解池运行的电流，在电网中使用上述调节方法或上述熔融电解设备，用于补偿能量供应造成的波动。这种波动导致供应和消耗之间的失衡，这在最短的时间内造成电网中的频率偏差和/或电压偏差，所述频率偏差和电压偏差危害电网的稳定运行并且因此为了避免电网崩溃(“断电”)必须及时地校正。根据本发明的熔融电解设备或用于运行所述熔融电解设备的调节方法设计为能够在系统界限以内以不同的取用功率实现熔融电解设备的运行，由此熔融电解方法能够极好地作为缓冲器用于补偿功率平衡失衡并且进而电网稳定化。
这在被供应能量来自不稳定电源、尤其风电设备或太阳能发电设备时是特别有利的。因为通过根据本发明的应用，即使在输入电网的能量中不稳定电源的比例相对较大时也能够在相关界限内确保电网稳定性，而不会形成用于电网稳定性的更高费用。这首先能够实际上在工业国家中使用较大份额的不稳定电源并因此使用所有可能的可再生能源。
本发明的其他技术特征和优点在以下附图说明和全部权利要求中给出。
附图说明
图1示出借助闭合的实时热平衡调节进行优选的过程控制的图示。
图2示出优选的熔融电解池的示意图。
具体实施方式
图1示出借助闭合的实时热平衡调节进行优选的过程控制的图示。将热平衡设定为作为参考变量w(t)。热平衡的调节偏差e(t)，也即热平衡与额定值的偏差通过调节器根据热平衡反馈量ym(t)补偿。调节器通过参考变量w(t)与反馈量ym(t)之间的比较算出已测得热平衡量y(t)与参考变量w(t)的偏差并且确定相应的应对措施，以便使可控变量根据参考变量进行调整。
将热量损耗或热量输入看作一般控制量u(t)。为了调整一般控制量u(t)，调节器例如可以影响换热器、对废气流活门、熔融电解池内部的电解池化学和电压。能够被调节器影响的具体控制值uS(t)可以例如是存在于废气导引部中的活门位置、电解池中AlF3的剂量、换热器中传热流体的流动速度或横杆位置，也即一个或多个阳极在熔融电解池中的相对位置，通过所述相对位置可以调整横杆上的一个阳极/多个阳极与在铝电解池中用作阴极的铝液或普通的阴极之间的间距。因此调节对象是指熔融电解池连同其组成部件，例如必要时的换热器、废气导引部、横杆、风扇、活门等。
由此还可以考虑视作干扰值d(t)的外部影响，尤其基于电网波动的电流强度变化、在熔融电解池上的操作性作用或制造铝的过程中变化的生产效率。因为这些干扰值影响熔融电解池的热平衡，所以可以通过根据本发明的方式去除干扰值。
热平衡可以例如通过用于测量侧壁、底部和废气导引部上的温度的热电偶以并且通过用于确定废气和可能流经换热器的传热流体的体积流的元件连同分析单元被确定。通过测量元件测得和分析的数据输入调节器，以便适配地调整相应的控制元件。
总体上能够确定，熔融电解池中的热量主要在阳极-阴极间距的区域中形成。电流强度升高时间距的减小和电流强度降低时差距的增大是用于调节热平衡的第一措施。由此熔融电解池的欧姆电阻发生改变，这在一定界限内，尤其在通过阳极与铝液之间的最小间距以及能量高效的方法所确定的界限内是可行的。此外还可行的是，当由电网提供的能量否则不能再维持熔融电解过程时，通过可选的换热器，例如在熔融电解池的侧壁上的换热器将热量从熔融电解池输出并且输入熔融电解池。此外还可以改变废气流，并且通过该方式同样影响熔融电解池的热平衡。废气流的提高增大了热量输出，而废气流的降低起到隔离作用。
通过该方式可以实现的是，熔融电解设备，尤其铝电解设备在不要求由电网提供恒定的电流强度的情况下能够经济划算地运行。
图2示出熔融电解设备的示意图，其带有熔融电解池30。所述熔融电解池30侧面通过池壁32限定边界，并且此外还具有池底34，所述池底34同时作为用于熔融电解方法的阴极在电解池30内部发挥作用。在电解池30内部具有自上突伸进电解池30的阳极36和熔体38、35.1，所述熔体另外具有六氟铝酸钠和熔融的铝。在图2所示的实施方式中，紧邻地在熔融电解池30的池壁32上布置有换热器39，通过所述换热器39引导流体、例如空气、CO2、氮气或液体。换热器39在此特别优选地通过管路系统31与蓄热器33相连，所述蓄热器33例如通过对流式蓄热器或潜热蓄热器构成。
在熔融电解池30的能量消耗高的情况下，在电解池内部通过电解质释放大量热能，所述热能从电解池经过其侧壁32和池底34以及通过废气向上释放。预期释放的热量在此确定为，使得在池壁32内侧上构成凝固的熔体35.1的干硬表皮(硬板)35.2作为保护层。干硬表皮35.2仅在其厚度方面根据熔融连接池的热平衡发生改变。
如果有必要基于熔融电解池电功率消耗过低而将热量自外输入，或者换言之必须降低从电解池输出的热量以便不会让干硬表皮35.2变得过大，可以通过管路系统31将热量从蓄热器33导引至换热器39。由此可以通过池壁32有效加热熔融电解池的内部，方式是向外辐射出较少的热量，因为在电解池的内部与池壁32的外侧之间的温差减小，并且由此阻止了熔体的凝固。通过改变向上吸走的或被阻拦的废气也可以实现相同的效果。
调节装置37构造用于运行熔融电解设备的电解池，从而如上所述地调节其热平衡。为此，熔融电解池在其侧壁、底部和甚至在其上部邻接在熔融电解池上的废气导引部的区域中包括多个(未示出的)热电偶。由热电偶获取的测量结果输入调节装置37，并且在调节装置中为调节熔融电解池的运行而被分析。
通过运行这种熔融电解设备，可以除了制造例如铝的同时还将电网即使在供给不稳定电源的情况下仍保持稳定，而不需动用专门的(当前不能在足够范围内可用的)存储器和类似装置。
Claims (15)
1.一种用于运行熔融电解设备的电解池的调节方法，所述熔融电解设备尤其用于制造铝，其中，所述第一可控变量是电解池的热平衡。
2.根据权利要求1所述的调节方法，其中，热电偶和/或用于确定自电解池的废气的体积流的设备和/或用于确定电解池上的换热器中传热流体的体积流的设备在所述电解池中用作确定第一可控变量的测量元件。
3.根据权利要求1或2所述的调节方法，其中，侧壁具有侧壁、底部和废气导引部，其中，在至少一个侧壁、底部或废气导引部上或在至少一个侧壁、底部或废气导引部中，优选在全部侧壁和底部上或在全部侧壁和底部中和特别优选甚至在废气导引部上或在废气导引部中布置的热电偶用作确定第一可控变量的测量元件。
4.根据上述权利要求中任一项所述的调节方法，其中，至少一个换热器和/或至少一个废气流活门和/或熔体的化学组成，尤其AlF3的剂量和/或至少一个用于将至少一个阳极定位在电解池上的横杆用作影响热量输入和/或热量输出的控制元件。
5.根据上述权利要求中任一项所述的调节方法，其中，将待熔融材料、尤其氧化铝和六氟铝酸钠的进料和/或已熔融材料，例如铝的入料和/或电解电流强度的变化考虑为干扰量。
6.根据上述权利要求中任一项所述的调节方法，其中，第二控制量或第二可控变量是电解池的热力学状态，其中，第三控制量或第三可控变量是电解池的化学状态。
7.根据上述权利要求中任一项所述的调节方法，其中，为运行电解池所使用的电流自电网输入。
8.一种熔融电解设备，其尤其用于制造铝，所述熔融电解设备带有熔融电解池，其特征在于，熔融电解设备具有调节设备，所述调节设备构造用于实施根据上述权利要求中任一项所述的调节方法。
9.根据权利要求8所述的熔融电解设备，其尤其包括换热器，用于借助在熔融电解池的至少一个外表面上的传热流体影响热量输入或热量输出，其中，熔融电解池具有热电偶和/或用于确定自熔融电解池的废气的体积流的测量设备和/或用于确定在熔融电解池上的换热器中传热流体的体积流的测量设备。
10.根据权利要求8或9所述的熔融电解设备，其中，熔融电解池具有侧壁、底部和废气导引部，其中，在至少一个侧壁、底部或废气导引部上或在至少一个侧壁、底部或废气导引部中，优选在全部侧壁和底部上或在全部侧壁和底部中并且特别优选甚至在废气导引部上或在废气导引部中布置有热电偶。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的熔融电解设备，其包括
换热器，用于借助在熔融电解池的至少一个外表面上的传热流体影响热量输入或热量输出，和/或
可调整的废气流活门，用于影响熔融电解池的废气的体积流，和/或
用于改变熔体的化学组成，尤其用改变熔体中AlF3的剂量的设备，和/或
用于将阳极定位在熔融电解池中的横杆。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的熔融电解设备，其包括用于确定置入熔融电解池中的待熔融材料、尤其氧化铝和六氟铝酸钠的质量的设备，和/或用于确定从熔融电解池提取的已熔融材料，尤其铝的质量的设备。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的熔融电解设备，其中，熔融电解设备连接在电网上，以便为熔融电解提供电能。
14.一种对根据权利要求7所述的调节方法或根据权利要求13所述的熔融电解设备的应用，用于补偿能量输入电网中造成的波动。
15.根据权利要求14所述的应用，其中，被供应的能量来自不稳定电源，尤其风电设备和/或太阳能发电设备。
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|---|---|---|---|---|
| CN112210794B (zh) * | 2019-07-10 | 2021-12-21 | 郑州轻冶科技股份有限公司 | 基于分子比的铝电解能量平衡调节方法、系统、铝电解槽 |
| CN112210793B (zh) * | 2020-10-19 | 2022-06-10 | 郑州轻冶科技股份有限公司 | 一种侧部带热管换热器的铝电解槽 |
| CN114703509B (zh) * | 2022-04-15 | 2025-04-29 | 郑州轻冶科技股份有限公司 | 铝电解槽热稳定性调节装置及应用该装置的铝电解槽设备 |
| CN115029735B (zh) * | 2022-05-26 | 2024-01-30 | 中南大学 | 一种面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置及方法 |
| CN116254576A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-06-13 | 贵阳铝镁设计研究院有限公司 | 一种铝电解槽槽壳热平衡调节方法及系统 |
| CN116555841A (zh) * | 2023-05-24 | 2023-08-08 | 中铝郑州有色金属研究院有限公司 | 一种铝电解槽柔性生产系统及方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4045309A (en) * | 1975-04-10 | 1977-08-30 | Norsk Hydro A.S | Method for measuring and control of the energy in aluminum reduction cells |
| GB2076428A (en) * | 1980-05-19 | 1981-12-02 | Carblox Ltd | Aluminium manufacture |
| CH648871A5 (en) * | 1982-07-12 | 1985-04-15 | Alusuisse | Method of controlling the crust in an electrolysis cell |
| CN101275247A (zh) * | 2007-12-20 | 2008-10-01 | 中国铝业股份有限公司 | 一种铝电解槽能量平衡的控制方法 |
| CN201210660Y (zh) * | 2008-06-16 | 2009-03-18 | 湖南晟通科技集团有限公司 | 铝电解槽废热利用装置 |
| CN101962785A (zh) * | 2010-10-22 | 2011-02-02 | 河南中孚实业股份有限公司 | 一种铝电解槽低电压运行的热平衡控制方法 |
| WO2013004689A2 (de) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | Trimet Aluminium Ag | Aluminiumelektrolyseanlage für einen netzgeführten betrieb |
| CN103603010A (zh) * | 2013-11-18 | 2014-02-26 | 中南大学 | 一种铝电解槽电压及热平衡的计算方法 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3632488A (en) | 1969-01-23 | 1972-01-04 | Reynolds Metals Co | Reduction cell control system |
| US4222841A (en) | 1979-04-23 | 1980-09-16 | Alumax Inc. | Hall cell |
| FR2487386A1 (fr) | 1980-07-23 | 1982-01-29 | Pechiney Aluminium | Procede et appareillage pour reguler de facon precise la cadence d'introduction et la teneur en alumine d'une cuve d'electrolyse ignee, et application a la production d'aluminium |
| DE3033710A1 (de) | 1980-09-02 | 1982-04-01 | Schweizerische Aluminium AG, 3965 Chippis | Vorrichtung zum regulieren des waermeflusses einer aluminiumschmelzflusselektrolysezelle und verfahren zum betrieb dieser zelle |
| US4333803A (en) | 1980-10-03 | 1982-06-08 | Aluminum Company Of America | Method and apparatus for controlling the heat balance in aluminum reduction cells |
| FR2527647A1 (fr) | 1982-05-27 | 1983-12-02 | Pechiney Aluminium | Dispositif amovible d'alimentation ponctuelle en alumine d'une cuve d'electrolyse pour la production d'aluminium |
| FR2614320B1 (fr) | 1987-04-21 | 1989-06-30 | Pechiney Aluminium | Procede et dispositif de controle des additions d'electrolyse solide dans les cuves d'electrolyse pour la production d'aluminium. |
| DE69025080D1 (de) | 1989-02-24 | 1996-03-14 | Comalco Alu | Kontrollverfahren für Aluminium-Schmelzflussöfen |
| FR2777574B1 (fr) | 1998-04-16 | 2000-05-19 | Pechiney Aluminium | Cuve d'electrolyse ignee pour la production d'aluminium par le procede hall-heroult comprenant des moyens de refroidissement |
| FR2821363B1 (fr) | 2001-02-28 | 2003-04-25 | Pechiney Aluminium | Procede de regulation d'une cellule d'electrolyse |
| WO2008014042A1 (en) * | 2006-07-24 | 2008-01-31 | Alcoa Inc. | Electrolysis cells for the production of metals from melts comprising sidewall temperature control systems |
| FR2937341B1 (fr) | 2008-10-16 | 2010-11-12 | Ecl | Machine de service utilisee pour intervenir sur les cellules d'electrolyse de production d'aluminium par electrolyse ignee |
| CN104047032B (zh) | 2014-06-27 | 2017-02-15 | 中国铝业股份有限公司 | 一种自动调节铝电解槽能量平衡的方法 |
| CN205017018U (zh) | 2015-09-21 | 2016-02-03 | 顾为东 | 大型铝电池调峰电站 |
-
2016
- 2016-07-05 EP EP16177980.6A patent/EP3266904B1/de active Active
-
2017
- 2017-07-05 CN CN201710541196.9A patent/CN107574461A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4045309A (en) * | 1975-04-10 | 1977-08-30 | Norsk Hydro A.S | Method for measuring and control of the energy in aluminum reduction cells |
| GB2076428A (en) * | 1980-05-19 | 1981-12-02 | Carblox Ltd | Aluminium manufacture |
| CH648871A5 (en) * | 1982-07-12 | 1985-04-15 | Alusuisse | Method of controlling the crust in an electrolysis cell |
| CN101275247A (zh) * | 2007-12-20 | 2008-10-01 | 中国铝业股份有限公司 | 一种铝电解槽能量平衡的控制方法 |
| CN201210660Y (zh) * | 2008-06-16 | 2009-03-18 | 湖南晟通科技集团有限公司 | 铝电解槽废热利用装置 |
| CN101962785A (zh) * | 2010-10-22 | 2011-02-02 | 河南中孚实业股份有限公司 | 一种铝电解槽低电压运行的热平衡控制方法 |
| WO2013004689A2 (de) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | Trimet Aluminium Ag | Aluminiumelektrolyseanlage für einen netzgeführten betrieb |
| CN103603010A (zh) * | 2013-11-18 | 2014-02-26 | 中南大学 | 一种铝电解槽电压及热平衡的计算方法 |
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