專利名稱:無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝置，所述裝置包括樣品輸送單元和測量單元，以及用于控制測量單元中的加熱爐內(nèi)溫度的控溫單元、用于控制樣品輸送單元和測量單元傳動結(jié)構(gòu)的運動控制單元和用于溫度數(shù)據(jù)采集和處理的數(shù)據(jù)采集處理單元。該裝置適用于各種成分的鋁電解質(zhì)初晶溫度測量，高靈敏、抗干擾、實現(xiàn)實時變化溫度的ms級響應測量，測量使用耗材少，同時能極大限度的減少人員安排，解放勞動力。
【專利說明】無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電解質(zhì)冶煉技術，特別是涉及一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解 質(zhì)初晶溫度的裝置。

【背景技術】
[0002] 鋁電解質(zhì)電解溫度和初晶溫度是鋁電解生產(chǎn)中重要的工藝參數(shù)。電解溫度和初晶 溫度之間的差熱（過熱度）與電解過程的電解槽熱平衡有很密切的關系。如果能夠準確得 到每個電解槽的初晶溫度，就能準確把握電解溫度，對每個電解槽的耗電量就能定量控制， 電解槽溫度每降低10°c，電流效率可提高2%，對節(jié)能降耗有很大幫助。目前國內(nèi)有廠家 生產(chǎn)測量電解質(zhì)初晶溫度的設備，其設備原理是采用自然冷卻曲線法，因此加熱爐需要不 斷升溫-降溫才能進行多個鋁電解質(zhì)試樣初晶溫度的測量，測量效率不高。且每個試樣的 測量過程需要人工手動操作上料、測量、卸料，人工勞動強度大，危險系數(shù)高，增加了生產(chǎn)成 本、裝置維護，效率較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，提供一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝 置，該裝置能夠在無人值守的情況下自動的完成測量，并能實時的將測量數(shù)據(jù)傳送到生產(chǎn) 線，指導生產(chǎn)工作，適用于各種成分的鋁電解質(zhì)初晶溫度測量，高靈敏、抗干擾、實現(xiàn)實時變 化溫度的ms級響應測量。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術方案：
[0005] -種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝置，所述裝置包括樣品輸 送單元和測量單元，所述樣品輸送單元包括料槽18,所述料槽18內(nèi)疊加放置若干個坩堝3， 若干個坩堝3中任一坩堝的底部設置隔熱墊19,所述疊加放置的若干個坩堝3形成坩堝柱， 所述坩堝柱頂部放置自重塊17 ;
[0006] 所述樣品輸送單元還包括可開合的第一卡環(huán)15和第二卡環(huán)16,所述第一卡環(huán)15 用于卡住坩堝柱底部的第一個坩堝，所述第二卡環(huán)16用于卡住坩堝柱底部的第二個坩堝；
[0007] 所述樣品輸送單元還包括一用于測量自重塊17的限位傳感器20,所述限位傳感 器20設置于料槽18的底部并與運動控制單元相連。
[0008] 進一步地,所述測量單元包括內(nèi)有空腔10的加熱爐5,加熱爐5頂端軸心處設置與 空腔10相通的小孔11，加熱爐5下方設置可放入空腔10的托架7,所述托架7底部設置密 封圈12,用于托架7放入空腔10時封閉空腔10,所述托架7設置在高度調(diào)節(jié)器8上，所述 高度調(diào)節(jié)器8由相連的第一傳動結(jié)構(gòu)2和第二傳動結(jié)構(gòu)4協(xié)同驅(qū)動進行高度調(diào)節(jié)和旋轉(zhuǎn)；
[0009] 所述測量單元還包括第三傳動結(jié)構(gòu)6,所述第三傳動結(jié)構(gòu)6驅(qū)動上料擺臂9,將放 置在上料擺臂9運動端的坩堝3放置在托架7上，從而使坩堝進入空腔10進行加熱； [0010] 所述測量單元還包括非接觸式溫度傳感器1，所述非接觸式溫度傳感器1設置在 小孔11上方，用于測量坩堝3中鋁電解質(zhì)樣品的溫度；
[0011] 所述裝置還包括控溫單元14、運動控制單元和數(shù)據(jù)采集處理單元，所述控溫單元 控制空腔10內(nèi)的溫度，所述運動控制單元用于控制傳動結(jié)構(gòu)的傳動、非接觸式溫度傳感器 1的移動和卡環(huán)的開合，所述數(shù)據(jù)采集單元用于電解質(zhì)溫度數(shù)據(jù)采集和處理。
[0012] 優(yōu)選地，所述非接觸式溫度傳感器1為紅外溫度儀，本領域技術人員可以根據(jù)需 要選擇其他非接觸式溫度傳感器的種類。
[0013] 優(yōu)選地，所述空腔10內(nèi)設置有保溫內(nèi)膽13。
[0014] 優(yōu)選地，所述加熱爐5、非接觸式溫度傳感器1和托架7同軸設置。
[0015] 優(yōu)選地，所述第一傳動結(jié)構(gòu)2、第二傳動結(jié)構(gòu)4和第三傳動結(jié)構(gòu)6中的任一個傳動 結(jié)構(gòu)為氣動裝置驅(qū)動的直線運動和旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，或電機驅(qū)動的滾珠絲杠直線運動和旋轉(zhuǎn) 運動機構(gòu)。
[0016] 優(yōu)選地，所述限位傳感器20為接近開關或光電傳感器。但不限于此
[0017] 優(yōu)選地，所述料槽18為筒壁開口的圓筒。但不限于此。
[0018] 優(yōu)選地，所述自重塊17為鐵塊。本領域技術人員還可以選擇其他能被磁性材料吸 附的金屬塊。
[0019] 優(yōu)選地，所述隔熱墊19的制作材料為保溫棉或石棉。但不限于此。
[0020] 優(yōu)選地，所述第一卡環(huán)15和第二卡環(huán)16均為氣動裝置驅(qū)動的直線運動和旋轉(zhuǎn)運 動機構(gòu)，或電機驅(qū)動的滾珠絲杠直線運動和旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)。但不限于此。
[0021] 優(yōu)選地，所述坩堝3為不銹鋼坩堝或石墨坩堝，但不限于此。
[0022] 本發(fā)明裝置的各單元部件固定在機架上。
[0023] 本發(fā)明還提供了一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的方法，所述 方法包括以下步驟：
[0024] 1)開始測量工作時，將鋁電解質(zhì)樣品置于坩堝3中，若干個坩堝3置于料槽18中， 此時，第一卡環(huán)15處于閉合夾緊狀態(tài)，第二卡環(huán)16處于打開狀態(tài)；
[0025] 2)按下"啟動"按鈕后，上料擺臂9運動至料槽18軸線下方的"等待上料位"，此 時，第一卡環(huán)15處于打開狀態(tài)，第二卡環(huán)16處于閉合夾緊狀態(tài)，將料槽18底部的第一個坩 堝置于上料擺臂9工位上，進行第一個坩堝內(nèi)鋁電解質(zhì)初晶溫度的測量，料槽18底部的第 一個坩堝上樣后，料槽18底部的第二個坩堝下降成為第一個坩堝；
[0026] 3) -次測量完成后，托架7將坩堝3傳送至卸料位，上料擺臂9實現(xiàn)坩堝3的自動 卸料，卸料后上料擺臂9返回到"等待上料位"進行步驟2)的上料和測量過程；
[0027] 4)當限位傳感器20檢測到自重塊17時，停止上料過程，并繼續(xù)完成最后一次測量 過程。
[0028] 本發(fā)明中鋁電解初晶溫度的測量過程為：上料擺臂9通過第三傳動結(jié)構(gòu)6由"等 待上料位"旋轉(zhuǎn)或移動到"上料位"，托架7由第二傳動結(jié)構(gòu)4上升至"取料位"后托住坩堝 3,上料擺臂9回到"等待上料位"，接下來第一傳動結(jié)構(gòu)2將托架7與坩堝3 -同傳送至加 熱爐5的空腔10內(nèi)的"測量位"，"測量位"可通過高度調(diào)節(jié)器8調(diào)節(jié)托架7從而進行微調(diào)， 托架7底部的密封圈12將空腔10封住形成封閉；
[0029] 坩堝3進入加熱爐5后，加熱爐5由控溫單元14控制開始升溫，將電解質(zhì)樣品加熱 至電解質(zhì)熔融溫度，恒溫，然后以5-10°C /min的勻速降溫到待機溫度，在電解質(zhì)達到熔融 溫度及降溫到待機溫度過程中，非接觸式溫度傳感器1監(jiān)測電解質(zhì)溫度的變化，并通過數(shù) 據(jù)采集處理單元建立溫度-時間關系曲線，數(shù)據(jù)采集處理單元自動識別和判定曲線拐點， 曲線拐點處溫度即為鋁電解質(zhì)初晶溫度；
[0030] 本發(fā)明的升溫過程采用PID控制加熱溫度的方法實現(xiàn)。
[0031] 本發(fā)明中電解質(zhì)選用CR = 2. 72的鋁電解質(zhì)，電解質(zhì)熔融溫度為980°C，待機溫度 為880°C，初晶溫度為954. 7°C。
[0032] 本發(fā)明適用于各種成分的鋁電解質(zhì)初晶溫度測量，也適用于除鋁電解質(zhì)以外的其 他電解質(zhì)的初晶溫度的測量。本發(fā)明采用的溫度傳感器，高靈敏、抗干擾、實現(xiàn)實時變化溫 度的ms級響應測量，降低了變化溫度中熱電偶測量的延遲誤差，同時避免了熱電偶作為耗 材更換的浪費性。
[0033] 本發(fā)明采用全自動的上料-卸料整體傳動機構(gòu)，一次完成上料，全程無需管理，自 動檢測試樣坩堝結(jié)束時報警提醒，高效可靠，不需要人員干預，解放勞動力，消除人員在高 溫操作的安全隱患。
[0034] 本發(fā)明的裝置具有測量結(jié)果準確，結(jié)構(gòu)簡單，重復性和再現(xiàn)性穩(wěn)定，便于操作，從 而有效保證鋁電解生產(chǎn)的平穩(wěn)運行，最大限度地發(fā)揮其電能效率，最終達到進一步推動鋁 電解生產(chǎn)的管理水平和技術進步，并能為提高鋁電解效率，改進鋁電解工藝具有重要意義。

【附圖說明】

[0035] 圖1為本發(fā)明裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明裝置中樣品輸送單元的分解結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖3為本發(fā)明裝置中測量單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖4為本發(fā)明裝置中測量單元的工作狀態(tài)示意圖；
[0039] 圖5為本發(fā)明實施例2的溫度-時間曲線；
[0040] 附圖標記：1、非接觸式溫度傳感器；2、第一傳動結(jié)構(gòu)；3、坩堝；4、第二傳動結(jié)構(gòu)； 5、加熱爐；6、第三傳動結(jié)構(gòu)；7、托架；8、高度調(diào)節(jié)器；9、上料擺臂；10、空腔；11、小孔；12、 密封圈；13、保溫內(nèi)膽；14、控溫單元；15、第一卡環(huán)；16、第二卡環(huán)；17、自重塊；18、料槽； 19、隔熱墊；20、限位傳感器。

【具體實施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步地介紹，但不作為對本發(fā)明的限 定。
[0042] 實施例1
[0043] 如圖1和圖2所示，一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝置，所 述裝置包括樣品輸送單元，所述樣品輸送單元包括料槽18,所述料槽18內(nèi)疊加放置若干個 坩堝3,若干個坩堝3中任一坩堝的底部設置隔熱墊19,所述疊加放置的若干個坩堝3形成 坩堝柱，所述坩堝柱頂部放置自重塊17 ;
[0044] 所述樣品輸送單元還包括可開合的第一卡環(huán)15和第二卡環(huán)16,所述第一卡環(huán)15 用于卡住坩堝柱底部的第一個坩堝，所述第二卡環(huán)16用于卡住坩堝柱底部的第二個坩堝；
[0045] 所述樣品輸送單元還包括一用于測量自重塊17的限位傳感器20,所述限位傳感 器20設置于料槽18的底部并與運動控制單元相連。
[0046] 如圖1、圖3、圖4所示，所述裝置還包括測量單元，所述測量單元包括內(nèi)有空腔10 的加熱爐5,加熱爐5頂端軸心處設置與空腔10相通的小孔11，加熱爐5下方設置可放入 空腔10的托架7,所述托架7底部設置密封圈12,用于托架7放入空腔10時封閉空腔10， 所述托架7設置在高度調(diào)節(jié)器8上，所述高度調(diào)節(jié)器8由相連的第一傳動結(jié)構(gòu)2和第二傳 動結(jié)構(gòu)4協(xié)同驅(qū)動進行高度調(diào)節(jié)和旋轉(zhuǎn)；
[0047] 所述測量單元還包括第三傳動結(jié)構(gòu)6,所述第三傳動結(jié)構(gòu)6驅(qū)動上料擺臂9,將放 置在上料擺臂9運動端的坩堝3放置在托架7上，從而使坩堝進入空腔10進行加熱；
[0048] 所述測量單元還包括非接觸式溫度傳感器1，所述非接觸式溫度傳感器1設置在 小孔11上方，用于測量坩堝3中鋁電解質(zhì)樣品的溫度；
[0049] 所述裝置還包括控溫單元14、運動控制單元和數(shù)據(jù)采集處理單元，所述控溫單元 控制空腔10內(nèi)的溫度，所述運動控制單元用于控制傳動結(jié)構(gòu)的傳動、非接觸式溫度傳感器 1的移動和卡環(huán)的開合，所述數(shù)據(jù)采集單元用于電解質(zhì)溫度數(shù)據(jù)采集和處理。
[0050] 所述非接觸式溫度傳感器1為紅外溫度儀。
[0051] 所述空腔10內(nèi)設置有保溫內(nèi)膽13。
[0052] 所述加熱爐5、非接觸式溫度傳感器1和托架7同軸設置。
[0053] 所述第一傳動結(jié)構(gòu)2、第二傳動結(jié)構(gòu)4和第三傳動結(jié)構(gòu)6中的任一個傳動結(jié)構(gòu)為 氣動裝置驅(qū)動的直線運動和旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，或電機驅(qū)動的滾珠絲杠直線運動和旋轉(zhuǎn)運動機 構(gòu)。
[0054] 所述料槽18為筒壁開口的圓筒。
[0055] 所述自重塊17為鐵塊。
[0056] 所述隔熱墊19的制作材料為保溫棉。
[0057] 所述第一卡環(huán)15和第二卡環(huán)16均為為氣動裝置驅(qū)動的直線運動和旋轉(zhuǎn)運動機 構(gòu)，或電機驅(qū)動的滾珠絲杠直線運動和旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)。
[0058] 所述坩堝3為石墨坩堝。
[0059] 本實施例中傳動機構(gòu)與運動控制單元連接按照控制單元的指令運動；所述的樣品 輸送單元、測量單元、控溫單元、運動控制單元、數(shù)據(jù)采集處理單元協(xié)同工作形成一套完整 裝直。
[0060] 本發(fā)明的各單元固定在支架上。
[0061] 實施例2
[0062] 一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的方法，所述方法包括以下步 驟：
[0063] 1)開始測量工作時，將鋁電解質(zhì)樣品置于坩堝3中，若干個坩堝3置于料槽18中， 此時，第一卡環(huán)15處于閉合夾緊狀態(tài)，第二卡環(huán)16處于打開狀態(tài)；
[0064] 2)按下"啟動"按鈕后，上料擺臂9運動至料槽18軸線下方的"等待上料位"，此 時，第一卡環(huán)15處于打開狀態(tài)，第二卡環(huán)16處于閉合夾緊狀態(tài)，將料槽18底部的第一個坩 堝置于上料擺臂9工位上，進行第一個坩堝內(nèi)鋁電解質(zhì)初晶溫度的測量，料槽18底部的第 一個坩堝上樣后，料槽18底部的第二個坩堝下降成為第一個坩堝；
[0065] 3)測量開始時，上料擺臂9通過第三傳動結(jié)構(gòu)6由"等待上料位"旋轉(zhuǎn)或移動到 "上料位"，托架7由第二傳動結(jié)構(gòu)4上升至"取料位"后托住坩堝3,上料擺臂9回到"等待 上料位"，接下來第一傳動結(jié)構(gòu)2將托架7與坩堝3 -同傳送至加熱爐5的空腔10內(nèi)的"測 量位"，"測量位"可通過高度調(diào)節(jié)器8調(diào)節(jié)托架7從而進行微調(diào)，托架7底部的密封圈12將 空腔10封住形成封閉；
[0066] 4)坩堝3進入加熱爐5后，加熱爐5由PID控制升溫，將電解質(zhì)樣品加熱至980°C， 恒溫，然后以5-10°C /min的勻速降溫到880°C，在電解質(zhì)達到980°C及降溫到880°C過程 中，紅外溫度儀監(jiān)測電解質(zhì)溫度的變化，并通過數(shù)據(jù)采集處理單元建立溫度-時間關系曲 線，如圖5所示，數(shù)據(jù)采集處理單元自動識別和判定曲線拐點，曲線拐點處溫度即為電解質(zhì) 初晶溫度，由曲線得出電解質(zhì)的電解溫度為972. 6°C，初晶溫度為954. 64°C ;
[0067] 5) -次測量完成后，托架7將坩堝3傳送至卸料位，上料擺臂9實現(xiàn)坩堝3的自動 卸料，卸料后上料擺臂9返回到"等待上料位"進行步驟2)的上料和測量過程；
[0068] 6)當限位傳感器20檢測到自重塊17時，停止上料過程，并繼續(xù)完成最后一次測量 過程。
[0069] 本發(fā)明實施例中采用的紅外溫度儀的測量誤差彡1%。
[0070] 同時采用差熱分析法得到的結(jié)果，初晶溫度為955. 3°C。
[0071] 同時采用傳統(tǒng)熱電偶測溫步冷曲線法測得的結(jié)果，初晶溫度為954. 0°C。
[0072] 測量結(jié)果與其他實驗技術獲得的結(jié)果近似，測量誤差在非接觸式溫度傳感器的誤 差范圍內(nèi)。
[0073] 實施例3
[0074] 采用實施例1的裝置和實施例2的方法，選取不同的樣品進行測定，電解質(zhì)樣品由 氟化鈉、氟化鋁、氟化鈣和氧化鋁組成，氟化鈣占電解質(zhì)總重量的5 %，氧化鋁占電解質(zhì)的總 重量5%，其余為氟化鈉和氟化鋁（分子比為2. 4:1)，稱樣量為20g。
[0075] 測得電解質(zhì)初晶溫度為951. 1°C，同時采用熱電偶測溫步冷曲線法得到的結(jié)果為 950. 6 ?。
[0076] 測量結(jié)果與傳統(tǒng)實驗技術獲得的結(jié)果近似，測量誤差在非接觸式溫度傳感器的誤 差范圍內(nèi)。
[0077] 實施例4
[0078] 采用實施例1的裝置和實施例2的方法，隨機選取鋁電解質(zhì)樣品，不同點在于：共 測量6次，每次稱取的電解質(zhì)質(zhì)量不一樣，分別為IOg共2次，20g共2次，30g共2次。測 得電解質(zhì)初晶溫度結(jié)果如表1所示：
[0079] 表1同一樣品不同重量的測量結(jié)果
[0080]

【權(quán)利要求】
1. 一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝置，其特征在于，所述裝置 包括樣品輸送單元和測量單元，所述樣品輸送單元包括料槽（18)，所述料槽（18)內(nèi)疊加放 置若干個坩堝（3)，若干個坩堝（3)中任一坩堝的底部設置隔熱墊（19)，所述疊加放置的若 干個坩堝（3)形成坩堝柱，所述坩堝柱頂部放置自重塊（17); 所述樣品輸送單元還包括可開合的第一卡環(huán)（15)和第二卡環(huán)（16)，所述第一卡環(huán) (15)用于卡住坩堝柱底部的第一個坩堝，所述第二卡環(huán)（16)用于卡住坩堝柱底部的第二 個坩堝； 所述樣品輸送單元還包括一用于測量自重塊（17)的限位傳感器（20)，所述限位傳感 器（20)設置于料槽（18)的底部。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝置，其特 征在于，所述測量單元包括內(nèi)有空腔（10)的加熱爐（5)，加熱爐（5)頂端軸心處設置與空腔 (10)相通的小孔（11)，加熱爐（5)下方設置可放入空腔（10)的托架（7)，所述托架（7)底 部設置密封圈（12)，用于托架（7)放入空腔（10)時封閉空腔（10)，所述托架（7)設置在高 度調(diào)節(jié)器（8)上，所述高度調(diào)節(jié)器（8)由相連的第一傳動結(jié)構(gòu)（2)和第二傳動結(jié)構(gòu)（4)協(xié) 同驅(qū)動進行高度調(diào)節(jié)和旋轉(zhuǎn)； 所述測量單元還包括第三傳動結(jié)構(gòu)（6)，所述第三傳動結(jié)構(gòu)（6)驅(qū)動上料擺臂（9)，將 放置在上料擺臂（9)運動端的坩堝（3)放置在托架（7)上，從而使坩堝進入空腔（10)進行 加熱； 所述測量單元還包括非接觸式溫度傳感器（1)，所述非接觸式溫度傳感器（1)設置在 小孔（11)上方，用于測量坩堝⑶中鋁電解質(zhì)樣品的溫度； 所述裝置還包括控溫單元（14)、運動控制單元和數(shù)據(jù)采集處理單元，所述控溫單元控 制空腔（10)內(nèi)的溫度，所述運動控制單元用于控制傳動結(jié)構(gòu)的傳動、非接觸式溫度傳感器 (1)的移動和卡環(huán)的開合，所述數(shù)據(jù)采集單元用于電解質(zhì)溫度數(shù)據(jù)采集和處理。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝置， 其特征在于，所述料槽（18)為筒壁開口的圓筒。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝置， 其特征在于，所述自重塊（17)為鐵塊。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝置， 其特征在于，所述隔熱墊（19)的制作材料為保溫棉或石棉。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝置， 其特征在于，所述第一卡環(huán)（15)和第二卡環(huán)（16)均為氣動裝置驅(qū)動的直線運動和旋轉(zhuǎn)運 動機構(gòu)，或電機驅(qū)動的滾珠絲杠直線運動和旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質(zhì)初晶溫度的裝置，其特 征在于，所述坩堝（3)為不銹鋼坩堝或石墨坩堝。
【文檔編號】G01N25-12GK204269580SQ201420361789
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