專(zhuān)利名稱：一種鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁電解槽的自動(dòng)控制或調(diào)節(jié)裝置的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉 及到一種鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
電解質(zhì)過(guò)熱度是指電解質(zhì)溫度與其初晶溫度的差值。研究表明 過(guò)熱度過(guò)高，不利于電解槽內(nèi)爐幫的形成和保持；過(guò)熱度過(guò)低，對(duì)于氧化鋁的溶解和生產(chǎn)穩(wěn)定不利。在一定的電解溫度下，過(guò)熱度越低， 電流效率越高。因此，對(duì)于過(guò)熱度的測(cè)量和控制越來(lái)越受到重視。
中國(guó)專(zhuān)利200320128760.8、 200420030787.8和200520091983.0先后公開(kāi)過(guò)多種電解質(zhì)過(guò)熱度測(cè)試儀。這些儀器的測(cè)試方法均是利用 專(zhuān)用探頭從槽內(nèi)取出少量熔融電解質(zhì)，由浸入電解質(zhì)內(nèi)的測(cè)溫元件跟 蹤電解質(zhì)的溫度變化過(guò)程，根據(jù)電解質(zhì)相變過(guò)程中出現(xiàn)的溫度階躍以 確定其初晶溫度，進(jìn)而計(jì)算出其過(guò)熱度。
中國(guó)專(zhuān)利200720010200.0公開(kāi)了《一種鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度 在線檢測(cè)儀》，該裝置的測(cè)溫探頭保護(hù)管由一種耐熔融電解質(zhì)腐蝕的 材料制成，能夠長(zhǎng)期浸泡在熔融電解質(zhì)中，可根據(jù)需要隨時(shí)啟動(dòng)控制 程序測(cè)量電解質(zhì)的過(guò)熱度。然而，它的工作原理與上述專(zhuān)利一樣，仍 然只是通過(guò)檢測(cè)電解質(zhì)的降溫曲線，由降溫曲線上出現(xiàn)的平臺(tái)和拐點(diǎn) 來(lái)確定電解質(zhì)的初晶溫度和過(guò)熱度。問(wèn)題在于在檢測(cè)實(shí)踐中，有時(shí)候 電解質(zhì)降溫曲線上平臺(tái)和拐點(diǎn)并不明顯出現(xiàn)，這就會(huì)影響到檢測(cè)電解質(zhì)初晶溫度和過(guò)熱度時(shí)的靈敏度和準(zhǔn)確性，看來(lái)要解決這一問(wèn)題，還 需要從原理上提出新的構(gòu)思。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是尋求一種精確測(cè)定電解質(zhì)過(guò)熱度方法的新的構(gòu) 思。在此基礎(chǔ)上，相應(yīng)地提出一種新型的鋁電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)儀。發(fā) 明人注意到，在測(cè)量鋁電解質(zhì)凝固的溫度變化曲線時(shí)，其拐點(diǎn)的出現(xiàn) 往往并不明顯，而其電阻變化卻是極其明顯，因?yàn)槿廴陔娊赓|(zhì)是離子 導(dǎo)體，而一旦電解質(zhì)凝固，它立即便成為絕緣體，故此時(shí)電阻便會(huì)出 現(xiàn)突變。因此通過(guò)觀測(cè)電解質(zhì)電阻隨溫度變化，便能精確地測(cè)定電解 質(zhì)的初晶溫度，從而精確地測(cè)定電解質(zhì)的過(guò)熱度。
本發(fā)明的鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)方法，其特征在于通過(guò)在電 解質(zhì)冷卻時(shí)，同時(shí)檢測(cè)鋁電解質(zhì)的溫度下降和相應(yīng)電阻發(fā)生的變化曲 線來(lái)確定電解質(zhì)的過(guò)熱度。
本發(fā)明還提出了一種實(shí)施鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)方法的檢 測(cè)儀，包括測(cè)溫?zé)犭娕?、測(cè)溫桶和記錄裝置，其特征在于除了測(cè)溫 熱電偶外，另安有一對(duì)插入到測(cè)溫桶熔融電解質(zhì)中的電極和測(cè)量該兩 電極間電阻的裝置，以及由單片計(jì)算機(jī)控制的電信號(hào)采集和處理的電 子電路。
本發(fā)明的鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)儀，所說(shuō)的由單片計(jì)算機(jī)控 制的電信號(hào)采集電子電路，包括(1)同測(cè)溫?zé)犭娕枷噙B接的信號(hào)放 大器和濾波器；和(2)同電極相連接的電控變阻器和信號(hào)取樣器。
本發(fā)明的鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)儀，所說(shuō)的由單片計(jì)算機(jī)控片計(jì)算機(jī)控制的電信號(hào)處理電子電路，包括(1)同電極相連接的方
波輸出電路和電控變阻器信號(hào)輸出電路；和(2)顯示模塊。
本發(fā)明的鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)儀在檢測(cè)時(shí)，將熱電偶和測(cè) 電阻的兩電極插入由坩堝容器所做的測(cè)溫桶內(nèi)， 一同插入電解質(zhì)中同 時(shí)測(cè)量測(cè)溫桶內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度保持穩(wěn)定不變時(shí)，將坩堝拿離電解質(zhì)， 此時(shí)電解質(zhì)開(kāi)始降溫，同時(shí)測(cè)量電解質(zhì)的溫度和電阻，并記錄測(cè)量的 溫度和電阻曲線，當(dāng)電解質(zhì)開(kāi)始結(jié)晶時(shí)熔鹽電解質(zhì)的電阻出現(xiàn)明顯的 變化，此時(shí)的所測(cè)點(diǎn)的溫度值即為電解質(zhì)的初晶點(diǎn)溫度。同樣通過(guò)電 解質(zhì)的電阻也可以計(jì)算出電解質(zhì)的溫度。
本發(fā)明的方法其基本原理是，當(dāng)電解質(zhì)熔體達(dá)到初晶溫度時(shí)，電 解質(zhì)熔體中有冰晶石固體顆粒開(kāi)始析出，電解質(zhì)由液相開(kāi)始向固相發(fā) 生變化，同時(shí)電解質(zhì)的物理特性和化學(xué)特性相應(yīng)地也會(huì)發(fā)生較大的變
化，電解質(zhì)的電性能逐步由導(dǎo)體向絕緣體變化；雖然各種添加劑對(duì)電 解質(zhì)電導(dǎo)率的影響有所不同，但它們對(duì)電導(dǎo)率的綜合影響通常滿足以 下對(duì)數(shù)關(guān)系式
<formula>see original document page 5</formula> 其中a,b，c，d,e,f,h，i為常數(shù)，k為電解質(zhì)的電導(dǎo)率，T為電解 質(zhì)的溫度，CR為電解質(zhì)的分子比，w%為質(zhì)量百分比。 上述各系數(shù)的取值范圍為0<a，b<9; 0.01<c<0. 09; 0. 001<d， e， f, g<0. 09;0. 001<h<0. 009; 1000<i<3000;
由上式求導(dǎo)可以得出熔體在結(jié)晶前電導(dǎo)的變化率， 一般情況下電導(dǎo)率隨著電解溫度的增加而增大。溫度升高1℃，電解質(zhì)的電導(dǎo)率大約增加0. 003S/cm。
當(dāng)電解質(zhì)的電導(dǎo)率發(fā)生突變時(shí)，說(shuō)明結(jié)晶開(kāi)始。本發(fā)明的過(guò)熱度 檢測(cè)儀在所測(cè)電阻在結(jié)晶前滿足上面的電導(dǎo)關(guān)系式，當(dāng)電阻出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，此時(shí)所測(cè)溫度為結(jié)晶溫度。
本發(fā)明的方法其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電解質(zhì)熔體出現(xiàn)結(jié)晶時(shí)，物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時(shí)有熱量放出，但此時(shí)釋放的熱量較小，故僅僅看溫度冷卻曲線，其怪點(diǎn)可能會(huì)不明顯?，F(xiàn)在同時(shí)記錄電解質(zhì)的電阻曲線和溫度冷卻曲線，電阻曲線的拐點(diǎn)明顯得多，當(dāng)電阻曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)，該拐點(diǎn)溫度即為電解質(zhì)的初晶溫度，當(dāng)然也可以通過(guò)溫度冷卻曲線的拐點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證。因?yàn)殡娮璧墓拯c(diǎn)非常明顯，避免了由于熱電偶穩(wěn)定性慢有 時(shí)沒(méi)有明顯拐點(diǎn)的弊端。塒堝內(nèi)的溫度分布并不是均勻的，在電解質(zhì)熔體的冷卻過(guò)程中靠近坩堝內(nèi)壁的溫度總是低于熔體內(nèi)部的溫度，凝固也是要從坩堝內(nèi)壁開(kāi)始。因此熱電偶在坩堝熔體內(nèi)部的定位對(duì)數(shù)據(jù) 的準(zhǔn)確性就顯得非常重要。如果熱電偶不靠近坩堝內(nèi)壁電解質(zhì)開(kāi)始出現(xiàn)結(jié)晶的位置，則所測(cè)的初晶溫度低于電解質(zhì)熔體的實(shí)際初晶溫度。 因此，本發(fā)明采用小試樣的半球形坩堝測(cè)量電解質(zhì)初晶溫度的測(cè)量方法。
同樣，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，溫度和電阻的測(cè)量同步采用lms的采樣速率，采樣周期為10ms至10s可調(diào)。
本發(fā)明的溫度采樣原理為采用熱電偶采集電解質(zhì)的熱變電壓， 經(jīng)放大濾波后輸入計(jì)算機(jī)，去掉測(cè)量體系的誤差(如測(cè)量導(dǎo)線電阻
等系統(tǒng)誤差)，再根據(jù)所用測(cè)量熱電偶的熱電特性(R＝F (T))轉(zhuǎn)換為 溫度值。
本發(fā)明的電阻(或電導(dǎo)率)采樣原理為采用兩根金屬電極插入
電解質(zhì)中，在兩電極之間施加電壓，通過(guò)采集取樣電阻的電壓來(lái)推算 出電解質(zhì)的電阻值，為了克服所測(cè)電解質(zhì)兩端的電極極化問(wèn)題給測(cè)量 帶來(lái)的誤差，利用不斷改變電導(dǎo)池常數(shù)的方法測(cè)定電解質(zhì)的電阻值， 施加的電壓為振幅大小相等極性相反的方波信號(hào)，方波信號(hào)的振幅和 幅寬自動(dòng)調(diào)節(jié)，且為了提高測(cè)量精度，取樣電阻為一個(gè)電控的可變電 阻箱，使取樣電阻始終保持和采樣電阻在相同的數(shù)量級(jí)上。


圖l、為本發(fā)明的鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)儀裝置方框圖2、為本發(fā)明的鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)儀的測(cè)溫桶和探頭 裝置簡(jiǎn)圖3、為電解質(zhì)凝固過(guò)程中所測(cè)得的時(shí)間一溫度曲線。
圖4、為電解質(zhì)凝固過(guò)程中所測(cè)得的電導(dǎo)率一溫度曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的說(shuō)明與補(bǔ)充。
如圖2所示，采用坩堝1作測(cè)溫桶，桶內(nèi)分別插入帶套管的測(cè)溫 熱電偶2和一對(duì)電極3。電極上部安有保護(hù)套管5，電極和熱電偶通
過(guò)固定支架6連接到電極升降裝置7上。怎樣裝配好，就構(gòu)成了本發(fā) 明的鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)儀的測(cè)溫桶和探頭裝置。如圖1所 示，上述測(cè)溫?zé)犭娕寄┒送ㄟ^(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線(圖中省略未畫(huà)出)、信號(hào)放 大器、濾波器連接到單片計(jì)算機(jī)的一組接口上；而測(cè)量電解質(zhì)熔體電 阻(或電導(dǎo)率)的電極則通過(guò)電控變阻器、信號(hào)取樣器也連接到單片 計(jì)算機(jī)的另一組接口上。本發(fā)明在檢測(cè)電解質(zhì)熔體的電阻(或電導(dǎo)率) 時(shí)，一方面，由單片機(jī)不停地向兩電極上施加方波電壓信號(hào)；另一方 面，又由單片機(jī)調(diào)節(jié)電控變阻器的阻值，使所測(cè)得的電解質(zhì)的電阻(或 電導(dǎo)率)在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，以確保從單片機(jī)的顯示模塊上輸出的 電導(dǎo)率一溫度曲線不致于過(guò)大的超出顯示屏的范圍。
本發(fā)明的鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)儀在檢測(cè)時(shí)，現(xiàn)將測(cè)溫?zé)犭?偶和測(cè)電阻的電極，用固定夾具夾好，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)升降裝置將它們 固定在由坩堝容器所做成的測(cè)溫桶內(nèi)。在將測(cè)溫桶整體浸入電解質(zhì)熔 池中，測(cè)量測(cè)溫桶內(nèi)的溫度。當(dāng)溫度保持穩(wěn)定不變時(shí)，將測(cè)溫桶拿離 電解質(zhì)熔池，此后電解質(zhì)便會(huì)逐步降溫，此時(shí)連續(xù)測(cè)量電解質(zhì)的溫度 和電阻，并記錄所測(cè)得的溫度和電阻(即電導(dǎo)率)變化情況。實(shí)際檢 測(cè)所得到的電解質(zhì)溫度一時(shí)間曲線如圖3所示；而所測(cè)得的電解質(zhì)電 導(dǎo)率一溫度曲線則如圖4所示。從圖4中可以看出，當(dāng)電解質(zhì)開(kāi)始 結(jié)晶時(shí)，熔鹽電解質(zhì)的電導(dǎo)率出現(xiàn)有明顯的突變點(diǎn)，該突變點(diǎn)所對(duì)應(yīng) 的溫度值即為電解質(zhì)的初晶溫度。同樣，通過(guò)電解質(zhì)的電導(dǎo)率也可以 計(jì)算出電解質(zhì)的初晶溫度。
權(quán)利要求
1.一種鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)方法，其特征在于通過(guò)在電解質(zhì)冷卻時(shí)，同時(shí)檢測(cè)鋁電解質(zhì)的溫度下降和相應(yīng)電阻發(fā)生的變化曲線來(lái)確定電解質(zhì)的過(guò)熱度。
2. —種實(shí)施鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)方法的檢測(cè)儀，包括測(cè)溫?zé)犭娕肌?測(cè)溫桶和記錄裝置，其特征在于除了測(cè)溫?zé)犭娕纪?，另安有一?duì)插入到測(cè)溫 桶熔融電解質(zhì)中的電極和測(cè)量該兩電極間電阻的裝置，以及由單片計(jì)算機(jī)控制 的電信號(hào)采集和處理的電子電路。
3. 按權(quán)利要求2所述的鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)儀，其特征在于所說(shuō)的由單片計(jì)算機(jī)控制的電信號(hào)采集電子電路，包括(1) 同測(cè)溫?zé)犭娕枷噙B接的信號(hào)放大器和濾波器；(2) 同電極相連接的電控變阻器和信號(hào)取樣器。
4. 按權(quán)利要求2所述的鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)儀，其特征在于所說(shuō)的 由單片計(jì)算機(jī)控制的電信號(hào)處理電子電路，包括(1) 同電極相連接的方波輸出電路和電控變阻器信號(hào)輸出電路；(2) 顯示模塊。
全文摘要
一種鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)方法，其特征在于通過(guò)在電解質(zhì)冷卻時(shí)，同時(shí)檢測(cè)鋁電解質(zhì)的溫度下降和相應(yīng)電阻發(fā)生的變化曲線來(lái)確定電解質(zhì)的過(guò)熱度。一種實(shí)施鋁電解槽電解質(zhì)過(guò)熱度檢測(cè)方法的檢測(cè)儀，包括測(cè)溫?zé)犭娕?、測(cè)溫桶和記錄裝置，其特征在于除了測(cè)溫?zé)犭娕纪?，另安有一?duì)插入到測(cè)溫桶熔融電解質(zhì)中的電極和測(cè)量該兩電極間電阻的裝置，以及由單片計(jì)算機(jī)控制的電信號(hào)采集和處理的電子電路。本發(fā)明通過(guò)檢測(cè)電解質(zhì)熔體電阻隨溫度的變化，更能精確地測(cè)定電解質(zhì)的初晶溫度，從而更為精確地測(cè)定電解質(zhì)的過(guò)熱度。
文檔編號(hào)C25C3/18GK101343754SQ20081001279
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者戚喜全, 王德全, 班允剛 申請(qǐng)人:東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院(有限公司)