一種測量鋁電解槽熔體高度和爐底壓降的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及鋁電解技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測量鋁電解槽熔體高度和爐底壓 降的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在傳統(tǒng)的Hall-Heroult法鋁電解生產(chǎn)過程中，電解質(zhì)高度、鋁液高度和爐底壓降 等生產(chǎn)工藝參數(shù)對維持電解槽的正常生產(chǎn)至關(guān)重要。槽內(nèi)維持一定的電解質(zhì)高度，有利于 氧化鋁的溶解和保持槽熱量的穩(wěn)定。鋁液高度決定著出鋁量，適量的鋁液高度既有利于調(diào) 節(jié)槽內(nèi)熱平衡，又有利于規(guī)整爐膛和提高槽穩(wěn)定性，減少鋁的溶解損失，提高電流效率。隨 著電解槽運行時間的延長，爐底出現(xiàn)沉淀和結(jié)殼，金屬和熔鹽滲入陰極炭塊，使得爐底壓降 大幅增加。通過測量爐底壓降值，即可掌握解爐底變化情況進(jìn)而反饋工藝技術(shù)條件設(shè)置的 合理性。因此，熔體高度和爐底壓降等關(guān)鍵工藝參數(shù)需要操作工人和管理人員頻繁的進(jìn)行 測量并人工輸入至鋁電解槽控制系統(tǒng)中，尤其是熔體高度（包括電解質(zhì)高度和鋁液高度） 需要每天測量。
[0003]目前，大型鋁電解槽處于高溫、強磁場環(huán)境下運行，工作環(huán)境十分惡劣。電解鋁廠 均使用鋼釬人工插入方式進(jìn)行熔體高度和爐底壓降的測量工作，而電解質(zhì)與鋁液留在鋼釬 上的界面肉眼難以辨別準(zhǔn)確，且讀數(shù)或測量前后鋼釬角度變化導(dǎo)致測量結(jié)果誤差較大，通 常誤差高達(dá)1~2cm，使得傳統(tǒng)鋼釬插入法難以達(dá)到較高的測量精度要求，更重要的是工人 勞動量大且耗時，一般需要2~3人同時配合才能測定。尤其是熔體高度測量誤差過大可能 會誤導(dǎo)正常的電解生產(chǎn)操作過程，造成電解質(zhì)高度和鋁液高度控制不當(dāng)，使得槽況不穩(wěn)定、 電耗增加、電流效率降低等不良后果。在目前爐底壓降的測量過程中，鋼釬插入爐底的方法 來測定爐底壓降不夠完善，因為該方法在測量時，其中萬用表的一端與槽外的陰極鋼棒接 觸，另一端與尖頭鋼釬相連，并插入槽內(nèi)底部，鋼釬頂端尖頭會鏟破陰極炭塊表面上的沉淀 或結(jié)殼而直接與陰極炭塊接觸，這樣測量的爐底壓降只能反映該鋼釬尖頭點接觸的炭塊表 面至陰極鋼棒的電壓降，而沒有真正全面地反映爐底沉淀或結(jié)殼等爐底槽況信息，不利于 現(xiàn)場人員對電解槽運行狀況進(jìn)行判斷與管理。
[0004] 為此，國內(nèi)外研宄者分別提出和開發(fā)了一系列鋁電解槽相關(guān)工藝參數(shù)的測量方法 和裝置。如美國專利US6065867所公開的測量鋁電解槽熔體高度的裝置，為了解決測量電 極導(dǎo)桿在實際應(yīng)用中易粘電解質(zhì)等問題，在電極導(dǎo)桿構(gòu)件設(shè)計上進(jìn)行了外套桿架構(gòu)，盡管 如此，在實際應(yīng)用中當(dāng)電極導(dǎo)桿上升復(fù)位時，部分電解質(zhì)進(jìn)入外套桿和電極導(dǎo)桿的縫隙會 造成電極導(dǎo)桿卡死，不能正常工作。而國內(nèi)關(guān)于鋁電解槽熔體高度測量的裝置大致可分為 非自動化和自動化兩類，均存在著電極導(dǎo)桿材料易粘附電解質(zhì)而靈敏度降低甚至失效，需 要人工及時處理等問題。專利CN201120465105所公開的一種用于鋁電解槽的測量工具，其 測量電極為普通的鐵釬，在使用過程中有固態(tài)電解質(zhì)粘附在鐵釬上，使得測量電路中電壓 變化再不明顯，且通過人工判斷電壓的變化來確定電解質(zhì)和鋁液界面，測量精度難以保證， 勞動量大。專利CN201420300651所公開的一種鋁電解電解質(zhì)高度、鋁液高度測量裝置，本 質(zhì)是將目前人工測量中斜插鐵釬方式改為豎直插入熔體，未能解決電解質(zhì)和鋁液界面在鐵 釬表面肉眼難以辨認(rèn)的問題，測量精度依然無法保證且勞動強度大。專利CN201410206118 所申請的一種鋁電解過程溫度和鋁液高度測量裝置采用熱電偶作為溫度傳感器，存在著高 溫熔鹽腐蝕和電解質(zhì)粘附而降低靈敏度等問題，需要人工及時處理，同時，由于測溫過程中 熱電偶的反應(yīng)滯后性也導(dǎo)致測量結(jié)果的準(zhǔn)確性下降。再如專利ZL200610004044. 7所提出 的一種預(yù)焙鋁電解槽工藝參數(shù)測量裝置，雖提出了對熔體高度和爐底壓降進(jìn)行自動化測 量，但在實際應(yīng)用中測量探頭易粘附電解質(zhì)而結(jié)殼，造成探頭靈敏度的降低，特別是當(dāng)粘附 的固態(tài)電解質(zhì)過多而在熔體中來不及溶解時，測量探頭將失去作用，造成整個測量裝置的 癱瘓。另外，在實際測量時小推車需緊靠著電解槽，控制器內(nèi)PLC和電子器件極易受到電解 槽強磁場的干擾，造成測量精準(zhǔn)度下降，且裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高，操作不方便。
[0005]更為重要的是，由于在電解槽實際運行過程中電解質(zhì)-鋁液界面一直處于波動變 化狀態(tài)且該界面存在著模糊的擴(kuò)散層，而目前所提及的自動化測量裝置專利中，僅僅通過 分析電位的變化是無法準(zhǔn)確地判斷電解質(zhì)-鋁液界面的位置，使得裝置在測量過程中出現(xiàn) 較大誤差。因此，至目前為止上述的熔體高度和爐底壓降自動測量裝置尚未在實際生產(chǎn)中 推廣應(yīng)用。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型旨在提供一種自動化測量鋁電解槽熔體高度和爐底壓降的裝置和方 法。
[0007]為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實用新型的技術(shù)方案是，一種測量鋁電解槽熔體高度 和爐底壓降的裝置，包括勻速升降機構(gòu)、測試電極和測量控制器，所述的勻速升降機構(gòu)設(shè) 置于鋁電解槽上方并連接測試電極，測試電極由勻速升降機構(gòu)驅(qū)動以在鋁電解槽內(nèi)豎直運 動，所述的測量控制器通過導(dǎo)線連接勻速升降機構(gòu)、測試電極和鋁電解槽底部的陰極鋼棒。
[0008] 所述的測試電極包括耐蝕絕緣套管和電極探頭，所述的耐蝕絕緣套管由鋁鎂尖晶 石制成，一端連接勻速升降機構(gòu)，另一端固定有電極探頭，電極探頭包括石墨柱和鎢針，石 墨柱為扁平型圓柱體，石墨柱的一端固定在耐蝕絕緣套管上，另一端嵌入若干豎直的鎢針。
[0009] 所述的一種測量鋁電解槽熔體高度和爐底壓降的裝置，鎢針的數(shù)量為20-50根。
[0010] 所述的一種測量鋁電解槽熔體高度和爐底壓降的裝置，所述的勻速升降機構(gòu)包括 步進(jìn)電機，導(dǎo)軌支架，行程開關(guān)，絲桿，滑塊和底座，所述的導(dǎo)軌支架固定于底座上，所述的 絲桿設(shè)置于導(dǎo)軌支架上且一端連接步進(jìn)電機并由步進(jìn)電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述的滑塊設(shè)置于絲 桿上并隨絲桿旋轉(zhuǎn)而豎直運動，滑塊連接測試電極并帶動測試電極豎直運動，所述的行程 開關(guān)固定于導(dǎo)軌支架上且處于絲桿的頂部。
[0011] 所述的一種測量鋁電解槽熔體高度和爐底壓降的裝置，所述的測量控制器包括 PLC、驅(qū)動執(zhí)行電路和電壓信號采集濾波電路，所述的PLC分別電連接驅(qū)動執(zhí)行電路、電壓 信號采集濾波電路，驅(qū)動執(zhí)行電路電連接勻速升降機構(gòu)，測試電極和陰極鋼棒分別電連接 電壓信號采集濾波電路。
[0012] 一種測量鋁電解槽熔體高度和爐底壓降的方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-4中任一所述 的裝置，包括以下步驟：
[0013] 步驟一：記錄測量電極探頭初始位置與爐底壓降的距離h，啟動裝置，測試電極以 速度V勻速下降；
[0014] 步驟二：記錄測試電極在勻速下降時所測到的電位值，并根據(jù)測試電極的速度和 移動時間求出移動距離，繪制出對應(yīng)的電位-位移曲線和電位變化率-位移(p'(s)曲 線；
[0015] 步驟三：根據(jù)電位-位移Cp(S)曲線和電位變化率-位移Cp'(S)曲線，當(dāng)出現(xiàn)(p'(S) 或(p(s)曲線中最大值、對應(yīng)點為&時，即表明電極探頭接觸到電解質(zhì)-空氣界面a，當(dāng)出現(xiàn) cp'(s)或cp(S)曲線中最小值、對應(yīng)點為Sb時，即表明電極探頭接觸到電解質(zhì)-鋁液界面b， q>(s)曲線在對應(yīng)點Sb后對應(yīng)的電位值V即是爐底壓降；
[0016] 步驟四：計算電解質(zhì)高度為sb-sa和鋁液高度為h-sb。
[0017] 本實用新型的優(yōu)點是，在測量方法中提出對電位數(shù)據(jù)進(jìn)行求導(dǎo)處理，通過分析電 位變化率-位移cp'(s)曲線準(zhǔn)確地找出電解質(zhì)-鋁液界面b。電極探頭采用高純石墨材質(zhì)， 減少電解質(zhì)的粘附，并在石墨柱上嵌入若干鎢針，以提高電極探頭的靈敏度。測量控制器遠(yuǎn) 離電解槽，減小電解槽磁場的干擾。裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，實用性強。實現(xiàn)了對熔體高 度和爐底壓降的自動化測量，測量值直接顯示在的液晶屏上，免去人工讀數(shù)，提高測量精度 和可靠性，使工人遠(yuǎn)離高溫強磁場環(huán)境，減輕工人的勞動強度。同時，也可將參數(shù)檢測結(jié)果 作為槽控機的控制信號源直接反饋到控制