MÉTODO PARA LA PREDICCIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA DE ÁNODOS PARA LA PRODUCCIÓN DE ALUMINIO ANTES DE LA COCCIÓN.

Un método para la predicción de la conductividad eléctrica de un ánodo (12) para la producción de aluminio,

comprendiendo el método: generar un campo electromagnético de excitación; mover el ánodo (12) o una muestra del mismo, dentro de al menos una bobina de recepción (20, 22) acoplada electromagnéticamente al campo electromagnético; detectar una variación en el campo electromagnético recibido por la al menos una bobina de recepción (20, 22) y emitir una señal indicativa del mismo; y calcular un valor indicativo de la conductividad eléctrica del ánodo (12); estando caracterizado el método porque el ánodo (12), o una muestra del mismo, se mueve dentro de la al menos una bobina de recepción (20, 22) antes de la cocción del ánodo (12); el valor indicativo de la conductividad eléctrica del ánodo (12) es calculado utilizando la señal indicativa de la variación, con preferencia una variación máxima, en el campo electromagnético recibido por la al menos una bobina de recepción (20, 22) y señales registradas previamente obtenidas con ánodos de referencia antes de su cocción y para los que se ha medido la conductividad eléctrica después de la cocción; y el valor calculado es indicativo de la conductividad eléctrica del ánodo (12) después de la cocción

El proceso Hall-Heroult es un método bien conocido utilizado para la producción de aluminio en masa (cuyo metal se refiere a veces también como “aluminio”). Este proceso utiliza células electrolíticas, en las que se disuelve alúmina purificada en una mezcla que tiene un alto contenido de criolita fundida. Los electrodos utilizados en una célula Hall-Heroult se fabrican generalmente de un material carbonoso que tiene una buena conductividad eléctrica. El cátodo es un electrodo permanente que puede durar muchos años y al menos uno está colocado en el fondo de una célula. Cada célula contiene generalmente la multitud de ánodos emplazados en su parte superior. Se produce aluminio cuando una corriente eléctrica grande pasa a través de los electrodos. Bajo la influencia de la corriente, el oxígeno de la alúmina es depositado sobre los ánodos y es liberado como dióxido de carbono, mientras que aluminio fundido libre, que es más pesado que el electrolito, es depositado sobre el cátodo en el fondo de la célula. Por lo tanto, los ánodos no son permanentes y se consumen de acuerdo con la tasa de producción de aluminio. Deben sustituirse una vez que han alcanzado su vida útil.

Una gran parte de la producción mundial de aluminio se obtiene a partir de células Hall-Heroult que utilizan ánodos pre-cocidos. Los ánodos pre-cocidos se consumen en aproximadamente 10 a 45 días. Una célula Hall-Heroult típica grande puede contener más de veinte ánodos. Puesto que un horno de fundición puede tener muchos cientos de células en una sola planta, es necesario, por lo tanto, producir y sustituir cada día varios cientos de ánodos. Una preocupación importante para los fundidores de aluminio es tener un suministro adecuado de ánodos buenos.

Los ánodos se producen normalmente a partir de dos materiales básicos, a saber, coque y brea de petróleo. El coque es un material sólido que debe calentarse a una temperatura alta antes del uso. La brea es un material viscoso y pegajoso que adhiere partículas sólidas de coque juntas e incrementa la superficie de contacto entre las partículas. Al tener una superficie de contacto grande entre las partículas, se incrementa la conductividad eléctrica de los ánodos. No obstante, la adición de una proporción demasiado alta de brea crea normalmente porosidades que reducen la conductividad eléctrica de los ánodos. Por lo tanto, existe una proporción óptima de brea en la composición de los ánodos crudos. Típicamente, la mezcla contiene entre 10 y 20 % en peso de brea, que proporciona, en general, un producto que tiene una buena cohesión y una conductividad eléctrica adecuada.

La optimización de la conductividad eléctrica de los ánodos es relativamente importante en términos de costes operativos. Cuando la corriente fluye a través de los ánodos, una parte de la energía es transformada en calor. Esta energía se derrocha y debe reducirse al mínimo para mejorar la eficiencia del proceso y la tapa de producción de aluminio. Por lo tanto, los ánodos deben tener idealmente la más alta conductividad eléctrica posible.

El porcentaje de brea se ajusta generalmente de acuerdo con la distribución del tamaño de las partículas de coque. Es necesario un contenido más alto de brea para ligar partículas de diámetro más pequeño. Cuando se alcanza la composición objetiva de la mezcla, se prensa una cantidad pre-definida y, a ser posible, se somete a vibración en un molde que tiene la forma del ánodo. El producto resultante que procede del molde es un bloque de ánodos crudos que pesa entre 500 y 1500 kg. Entones, el ánodo crudo debe cocerse, típicamente durante 10 a 15 días, para descomponer la brea en carbono para crear una unión permanente entre las partículas de coque. La cocción de ánodos se realiza normalmente en pocillos, en los que se coloca un número grande de ánodos. Solamente después de la cocción se puede medir la conductividad eléctrica de los ánodos utilizando dispositivos de medición convencionales. Antes de la cocción, las mediciones utilizando estos dispositivos convencionales no son, en general, fiables. La conductividad eléctrica de los ánodos cocidos se puede medir también cuando están en funcionamiento en una célula.

Como se puede ver, cualquier variación no intencionada que se produce durante el proceso de fabricación de los ánodos puede pasar sin ser detectada hasta que se ha completado la cocción de estos ánodos, por lo tanto muchos días después de haberse iniciado su proceso de fabricación. Muchos factores pueden afectar a la conductividad eléctrica de los ánodos, todos los cuales representan retos para los fabricantes de ánodos. Uno de estos retos es la variación en el tamaño de las partículas de coque. Típicamente, el tamaño de las partículas de coque puede variar desde 100 micras hasta 5 cm. La distribución del tamaño puede variar de un baño a otro, dado como resultado de esta manera ánodos de diferente conductividad eléctricas, a no ser que la proporción de brea sea ajustada de manera correspondiente. Otro reto es mantener una proporción exacta de ingredientes en a mezcla, en particular en la brea. La brea es un producto altamente viscoso difícil de manipular, de manera que la cantidad exacta suministrada por el aparato de distribución de brea a la mezcla inicial puede variar de una carga a otra. También existen otros retos, tales como obtener una mezcla muy homogénea de los ingredientes, previniendo que el aire se quede atrapado en la mezcla y cree huecos, obtener una compactación óptima de la mezcla en los moldes antes de la cocción, y prevenir la deformación elástica de las partículas de coque en un esfuerzo por evitar la separación de capas en los bloques. Todos estos factores pueden desviar potencialmente la conductividad eléctrica de uno o varios ánodos fuera del valor objetivo. Como se ha indicado anteriormente, esto solamente será conocido una vez que los ánodos están cocidos, por lo tanto muchos días después. En ese punto, se pueden realizar correcciones en el proceso de fabricación, pero los ánodos ya fabricados o que están siendo cocidos actualmente puede ser defectuosos o menos deseables de otra manera.

El documento US 5.552.704 describe un método y aparato para realizar mediciones de conductancia en una muestra utilizando una sonda de corriente parásita, sin la necesidad de medición o conocimiento de la separación entre sonda y muestra. La sonda comprende bobinas de detección y de accionamiento montadas en proximidad estrecha entre sí (o una sola bobina que funciona tanto como bobina de detección como también como bobina de accionamiento), circuitería para producir tensión AC en la bobina de accionamiento, y un medidor para medir componentes en-fase y en cuadratura de tensión inducida en la bobina de detección. Se pueden generar una tabla de consulta de datos para uso en mediciones siguientes en muestra de conductancia desconocida realizando mediciones de corriente parásita en muestras que tienen diferentes conductancias conocidas para generar curvas de despegue de referencia, procesando las curvas de despegue de referencia para determinar una función de conductancia que relaciona cada conductancia conocida con una localización a lo largo de una curva seleccionada, y almacenando valores de conductancia determinados por la función de conductancia para diferentes puntos sobre la curva seleccionada como los dato de la tabla de consulta. Entonces se puede determinar la conductancia de una muestra desconocida generando una curva de despegue a partir de mediciones de la tensión en diferentes separaciones de la sonda a partir de la muestra, determinando una nueva pareja de tensiones de intersección que representan la intersección de la curva de despegue con la curva seleccionada, y determinando la conductancia desconocida como un valor de la tabla de consulta indexado por la nueva pareja de tensiones de intersección.

El documento US 3.936.734 describe un método para medición sin contacto de conductividad y/o temperatura en metales por medio del efecto de corriente parásita inducido dentro del metal por un campo magnético alternativo producido por una bobina de excitación alimentada con corriente alterna dispuesta con su eje perpendicularmente a la superficie de la muestra de ensayo metálica, estando presentes, además de la bobina de excitación, una pareja de bobinas de medición de radio igual dispuestas coaxial y simétricamente con respecto a la bobina de excitación en cada extremo, respectivamente, de la bobina de excitación y que tiene una longitud axial sustancialmente menor que la de la bobina de excitación. Las dos bobinas de medición están conectadas eléctricamente... [Seguir leyendo]

1. Un método para la predicción de la conductividad eléctrica de un ánodo (12) para la producción de aluminio, comprendiendo el método:

generar un campo electromagnético de excitación; mover el ánodo (12) o una muestra del mismo, dentro de al menos una bobina de recepción (20, 22) acoplada electromagnéticamente al campo electromagnético; detectar una variación en el campo electromagnético recibido por la al menos una bobina de recepción (20, 22) y emitir una señal indicativa del mismo; y calcular un valor indicativo de la conductividad eléctrica del ánodo (12); estando caracterizado el método porque el ánodo (12), o una muestra del mismo, se mueve dentro de la al menos una bobina de recepción (20, 22) antes de la cocción del ánodo (12); el valor indicativo de la conductividad eléctrica del ánodo (12) es calculado utilizando la señal indicativa de la variación, con preferencia una variación máxima, en el campo electromagnético recibido por la al menos una bobina de recepción (20, 22) y señales registradas previamente obtenidas con ánodos de referencia antes de su cocción y para los que se ha medido la conductividad eléctrica después de la cocción; y el valor calculado es indicativo de la conductividad eléctrica del ánodo (12) después de la cocción.

15 2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, además:

comparar el valor indicativo de la conductividad eléctrica del ánodo (12) con un valor umbral; y desechar el ánodo (12) antes de la cocción sobre la base del hecho de que su conductividad eléctrica prevista está por debajo del valor umbral.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende, además: modificar la composición de ánodos crudos (12) fabricados posteriormente sobre la base de la conductividad eléctrica prevista del ánodo (12) para optimizar la conductividad eléctrica de los ánodos (12) fabricados posteriormente después de la cocción.