一種鋁電解槽的陽極電流在線測量方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁電解槽的陽極電流在線測量方法與裝置，通過在陽極橫梁母線或立柱母線上設(shè)置多個(gè)主測量點(diǎn)，獲取主測量點(diǎn)上的電壓值，根據(jù)基爾霍夫電壓、電流定律構(gòu)建橫梁母線的電阻網(wǎng)絡(luò)，利用所測得的電壓或者壓差值進(jìn)行每根陽極的流入電流計(jì)算；通過使用本發(fā)明所述的測量方法及裝置，實(shí)現(xiàn)鋁電解槽每根陽極流入電流量的實(shí)時(shí)在線動(dòng)態(tài)獲取。將本發(fā)明運(yùn)用于鋁電解槽時(shí)可實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定并且可靠的在線獲得陽極電流。
【專利說明】-種鋁電解槽的陽極電流在線測量方法與裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁電解【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種為實(shí)時(shí)獲得鋁電解槽內(nèi)每塊陽極所流 過電流量的在線測量方法與裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)霍爾-埃魯特法（Hall-H6roult)鋁電解工藝一直是工業(yè)煉鋁的唯一方法，其 核心設(shè)備為鋁電解槽。除了電極之間的電解質(zhì)和熔融鋁液外，鋁電解槽還包括陽極部分和 陰極部分。通過順序連接每臺(tái)槽的陰極母線和下一臺(tái)槽的立柱母線就構(gòu)成了電解系列除供 電外的完整外部回路。在鋁電解槽的內(nèi)部，陽極部分包括一定數(shù)量的陽極塊，每塊陽極的鋁 導(dǎo)桿通過卡具與橫梁母線進(jìn)行導(dǎo)電連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)為電解反應(yīng)的供電。陽極在電解過程中 會(huì)逐步消耗，并在使用一定時(shí)間后被周期替換，這種特性使得陽極的工作狀況對于鋁電解 槽的整體工作狀況起了極大的影響，因此被稱為鋁電解槽的"心臟"。
[0003] 現(xiàn)行對于鋁電解槽的過程控制，都是基于槽電壓分析進(jìn)行的，整體思路是將電解 槽當(dāng)作一個(gè)均一的"黑箱"，而不考慮電解過程中槽內(nèi)部實(shí)時(shí)發(fā)生的各種局部的變化及其導(dǎo) 致的影響，因此控制效能不高。為實(shí)現(xiàn)對于鋁電解槽更深一層級的管理與控制，在現(xiàn)階段其 他直接傳感器還不能實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定工作的背景下，監(jiān)測電解槽每根陽極的導(dǎo)電狀況及其變 化是實(shí)現(xiàn)獲得槽內(nèi)實(shí)時(shí)狀況唯一可能的手段。相對于"黑箱"思維來說，通過陽極電流的變 化不僅可以以最快速的途徑解析出槽內(nèi)的狀況，更容易了解槽內(nèi)各個(gè)區(qū)域存在的不同電解 過程行為。因此，實(shí)時(shí)獲得陽極電流的分布對實(shí)現(xiàn)鋁電解槽的精細(xì)控制，特別是對現(xiàn)行越來 越大的電解槽的局部區(qū)域控制征無疑具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004] 為測量鋁電解槽的陽極電流，業(yè)界作了許多努力。然而現(xiàn)階段所提出的鋁 電解槽陽極電流測量方法，都是基于測量每根陽極導(dǎo)桿的等距壓降進(jìn)行的，如專利 (201110109762. 1)、（201310012454. 6)以及（01107037. 4)等。雖然這種方法的原理最為 簡單直接，但實(shí)施與操作極為困難，例如存在測量探頭與導(dǎo)桿的接觸不良、探頭氧化變形、 采樣設(shè)備不能耐受高溫等一系列問題，但其最不能忍受的缺點(diǎn)在于每次換極都必須進(jìn)行人 工重新安裝，導(dǎo)致穩(wěn)定性和連續(xù)性極差，因此無法得到工業(yè)上的認(rèn)可。
[0005] 因此，急需提供提出一種新的測量裝置及方法，從而以一種經(jīng)濟(jì)、可行的方案獲得 穩(wěn)定可靠的實(shí)時(shí)陽極電流信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有鋁電解槽陽極電流測量方法不能長期實(shí) 時(shí)獲得穩(wěn)定可靠陽極電流信號的缺點(diǎn)，提出一種新的鋁電解槽陽極電流測量方法和裝置。
[0007] -種鋁電解槽陽極電流在線測量方法，通過在陽極橫梁母線或立柱母線上設(shè)置多 個(gè)主測量點(diǎn)，獲取主測量點(diǎn)上的電壓值，根據(jù)基爾霍夫電壓、電流定律構(gòu)建陽極橫梁母線及 立柱母線的電阻網(wǎng)絡(luò)，采用數(shù)值仿真的方法計(jì)算各陽極導(dǎo)桿的電流值。
[0008] 所述測量點(diǎn)設(shè)置于每兩根陽極導(dǎo)桿間的陽極橫梁母線的外側(cè)表面、內(nèi)側(cè)表面、上 沿或下沿。
[0009] 所述測量點(diǎn)設(shè)置于陽極導(dǎo)桿的兩側(cè)、陽極橫梁母線中間或立柱母線中間。
[0010] 還包括輔助測量點(diǎn)，所述的輔助測量點(diǎn)設(shè)置于過橋母線的上沿處；
[0011] 所述過橋母線是指電解槽將電流從A面陽極導(dǎo)到B面陽極的鋁母線。
[0012] 所述測量點(diǎn)采用焊接、鉚接或者壓接的方式設(shè)置。
[0013] 所述主測量點(diǎn)采用一點(diǎn)、兩點(diǎn)或三點(diǎn)設(shè)置；
[0014] 所述兩點(diǎn)設(shè)置是指在相鄰位置設(shè)置兩個(gè)主測量點(diǎn)，兩個(gè)主測量點(diǎn)在同一水平線 上，相距l(xiāng)〇 Cm-2〇Cm，記錄相鄰位置的電壓差值用于計(jì)算陽極導(dǎo)桿的電流值；
[0015] 所述三點(diǎn)設(shè)置是指設(shè)置兩個(gè)主測量點(diǎn)及一個(gè)輔助測量點(diǎn)，所述輔助測量點(diǎn)設(shè)置在 有過橋母線經(jīng)過的地方，記錄相鄰位置上的主測量點(diǎn)及輔助測量點(diǎn)的電壓差值用于計(jì)算陽 極導(dǎo)桿的電流值。
[0016] 一種鋁電解槽陽極電流在線測量裝置，其特征在于，依據(jù)所述的鋁電解槽陽極電 流在線測量方法進(jìn)行鋁電解槽陽極電流在線測量，包括設(shè)置在陽極橫梁母線或立柱母線的 測量接口、數(shù)據(jù)采集模塊、傳輸模塊及上位機(jī)，所述測量接口模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、傳輸模塊 及上位機(jī)依次相連；
[0017] 所述測量接口模塊的一端與所述陽極橫梁母線或立柱母線上的測量點(diǎn)之間采用 耐高溫導(dǎo)線連接。
[0018] 所述與測量點(diǎn)相連的耐高溫導(dǎo)線通過焊接、鉚接或者壓接方法設(shè)置在橫梁母線、 立柱母線或過橋母線上；比如在母線上的測量點(diǎn)位置鉆孔將耐高溫導(dǎo)線固定在測量點(diǎn)上。
[0019] 所述測量接口的另一端與所述數(shù)據(jù)采集模塊之間采用屏蔽網(wǎng)線相連。
[0020] 所述傳輸模塊為工業(yè)現(xiàn)場總線、無線傳輸模塊或者以太網(wǎng)傳輸模塊。
[0021] 有益效果
[0022] 本發(fā)明提供了一種鋁電解槽陽極電流在線測量方法及裝置，該方法通過在陽極橫 梁母線或立柱母線上設(shè)置多個(gè)主測量點(diǎn)，獲取主測量點(diǎn)上的電壓值，根據(jù)基爾霍夫電壓、電 流定律構(gòu)建陽極橫梁母線及立柱母線的電阻網(wǎng)絡(luò)，采用數(shù)值仿真的方法計(jì)算各陽極導(dǎo)桿 的電流值，突破了傳統(tǒng)測量方法中的黑匣測量、測量操作繁瑣及誤差大的問題；基于該方法 形成的測量裝置，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，整個(gè)技術(shù)方案所具有的有益效果如下：
[0023] 1.由于主測量點(diǎn)位于陽極橫梁母線上，因此測量過程與測量裝置不受換極、抬母 線等工序的干擾，無需重復(fù)安裝；
[0024] 2.由于測量接口模塊與橫梁母線或者立柱母線通過耐高溫導(dǎo)線進(jìn)行連接，不存在 與導(dǎo)桿的接觸不佳、觸頭氧化問題因而可以長期穩(wěn)定的連續(xù)工作；
[0025] 3.由于實(shí)現(xiàn)采集的裝置可以通過較遠(yuǎn)的距離與測量接口進(jìn)行連接，因此可以避免 裝置安裝于溫度較高的導(dǎo)桿處等環(huán)境惡劣的位置；
[0026] 4.由于整個(gè)方法所需要的設(shè)備的制作無需過于復(fù)雜的安裝和保護(hù)，因此實(shí)現(xiàn)簡 單、造價(jià)較低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明所提出的測量方法的第一種測量點(diǎn)位置連接示意圖；
[0028] 圖2是本發(fā)明所提出的測量方法的第二種測量點(diǎn)位置連接示意圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明所提出的測量方法的第三種測量點(diǎn)位置連接示意圖；
[0030] 圖4是本發(fā)明所提出的測量點(diǎn)設(shè)置形式的第一種示意圖；
[0031] 圖5是本發(fā)明所提出的測量接點(diǎn)設(shè)置形式的第二種示意圖；
[0032] 標(biāo)號說明：1-陽極橫梁母線，2-陽極導(dǎo)桿，3-立柱母線，4-測量接□模塊，5-信號 獲取裝置，6-采集模塊，7-傳輸模塊，8-計(jì)算裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0034] 一種鋁電解槽陽極電流在線測量方法，通過在陽極橫梁母線或立柱母線上設(shè)置多 個(gè)主測量點(diǎn)，獲取主測量點(diǎn)上的電壓值，根據(jù)基爾霍夫電壓、電流定律構(gòu)建陽極橫梁母線及 立柱母線的電阻網(wǎng)絡(luò)，采用數(shù)值仿真的方法計(jì)算各陽極導(dǎo)桿的電流值。
[0035] 所述測量點(diǎn)設(shè)置于每兩根陽極導(dǎo)桿間的陽極橫梁母線的外側(cè)表面、內(nèi)側(cè)表面、上 沿或下沿。
[0036] 所述測量點(diǎn)設(shè)置于陽極導(dǎo)桿的兩側(cè)、陽極橫梁母線中間或立柱母線中間。
[0037] 還包括輔助測量點(diǎn)，所述的輔助測量點(diǎn)設(shè)置于過橋母線的上沿處；
[0038] 所述過橋母線是指電解槽將電流從A面陽極導(dǎo)到B面陽極的鋁母線。
[0039] 所述測量點(diǎn)采用焊接、鉚接或者壓接的方式設(shè)置。
[0040] 所述主測量點(diǎn)采用一點(diǎn)、兩點(diǎn)或三點(diǎn)設(shè)置；
[0041] 所述兩點(diǎn)設(shè)置是指在相鄰位置設(shè)置兩個(gè)主測量點(diǎn)，兩個(gè)主測量點(diǎn)在同一水平線 上，相距l(xiāng)〇 Cm-2〇Cm，記錄相鄰位置的電壓差值用于計(jì)算陽極導(dǎo)桿的電流值；
[0042] 所述三點(diǎn)設(shè)置是指設(shè)置兩個(gè)主測量點(diǎn)及一個(gè)輔助測量點(diǎn)，所述輔助測量點(diǎn)設(shè)置在 有過橋母線經(jīng)過的地方，記錄相鄰位置上的主測量點(diǎn)及輔助測量點(diǎn)的電壓差值用于計(jì)算陽 極導(dǎo)桿的電流值。
[0043] 一種鋁電解槽陽極電流在線測量裝置，其特征在于，依據(jù)所述的鋁電解槽陽極電 流在線測量方法進(jìn)行鋁電解槽陽極電流在線測量，包括設(shè)置在陽極橫梁母線或立柱母線的 測量接口、數(shù)據(jù)采集模塊、傳輸模塊及上位機(jī)，所述測量接口模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、傳輸模塊 及上位機(jī)依次相連；
[0044] 所述測量接口模塊的一端與所述陽極橫梁母線或立柱母線上的測量點(diǎn)之間采用 耐高溫導(dǎo)線連接。
[0045] 所述與測量點(diǎn)相連的耐高溫導(dǎo)線通過焊接、鉚接或者壓接方法設(shè)置在橫梁母線、 立柱母線或過橋母線上；比如在母線上的測量點(diǎn)位置鉆孔將耐高溫導(dǎo)線固定在測量點(diǎn)上。 [0046] 所述測量接口的另一端與所述數(shù)據(jù)采集模塊之間采用屏蔽網(wǎng)線相連。
[0047] 所述傳輸模塊為工業(yè)現(xiàn)場總線、無線傳輸模塊或者以太網(wǎng)傳輸模塊。
[0048] 如圖1所示是本發(fā)明實(shí)施例中的測量方法應(yīng)用于電解槽的連接示意圖。
[0049] 本實(shí)施例中，信號獲取裝置5中的測量接口模塊4通過鉚接、壓接或者焊接與測量 點(diǎn)相連，測量接口模塊4通過與信號獲取裝置5中的采集模塊6相連使得采集模塊6可以 實(shí)時(shí)獲得測量點(diǎn)處的電壓或者電壓差，采集模塊6通過采樣和轉(zhuǎn)換把測量點(diǎn)上的模擬電壓 或者電壓差值信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號送往傳輸模塊7,傳輸模塊7在接收到代表主測量點(diǎn) 電壓值或者電壓差值的數(shù)字信號后通過協(xié)議通訊把信息傳送至計(jì)算裝置8,最后由計(jì)算裝 置8完成對于各陽極電流的建模及計(jì)算。
[0050] 主測量點(diǎn)位于電解槽陽極橫梁母線或立柱母線上，而測量接口模塊位于電解槽上 部結(jié)構(gòu)的煙道端，它們之間用耐高溫導(dǎo)引線連接。
[0051] 在本實(shí)施例中，選擇的主測量點(diǎn)的位置如圖1中測量接口模塊4位于陽極橫梁母 線1的外側(cè)表面。
[0052] 第二種測量點(diǎn)的位置還可以是陽極橫梁母線1的上沿或者下沿，如圖2所示的測 量接口模塊對應(yīng)所在的位置。
[0053] 第三種主測量點(diǎn)的位置可以是陽極橫梁母線1無陽極導(dǎo)桿2連接的背面，此時(shí)的 測量點(diǎn)對應(yīng)測量接口模塊4的位置還可以是陽極導(dǎo)桿2的正背面，如圖3所示。
[0054] 另外，立柱母線3上的主測量點(diǎn)的選擇可以是立柱母線3上的任何位置，如圖2中 立柱母線3上的位置。
[0055] 本實(shí)施例中，主測量點(diǎn)的設(shè)置形式采用了如圖4所示的1點(diǎn)接口法，其所獲得的是 此測量點(diǎn)相對于所有主測量點(diǎn)的公共點(diǎn)的電壓差值。
[0056] 此外，主測量點(diǎn)的設(shè)置形式還可以采用如圖5所示的2點(diǎn)接口法，則其所代表的是 這兩點(diǎn)之間的電壓差。
[0057] 本實(shí)施例中，計(jì)算裝置8在獲得經(jīng)過采集模塊6采樣及轉(zhuǎn)換后在通過傳輸模塊7 傳送而來的各測量點(diǎn)的電壓值或者電壓差后，根據(jù)基爾霍夫電壓、電流定律構(gòu)建橫梁母線 的電阻網(wǎng)絡(luò)，再采用數(shù)值仿真的方法計(jì)算各導(dǎo)桿的電流值。
[0058] 按照本發(fā)明所述的陽極電流測量方法應(yīng)用于鋁電解槽可以長期實(shí)時(shí)獲得穩(wěn)定可 靠的陽極電流數(shù)據(jù)，并且設(shè)備簡單、成本較低。本發(fā)明的應(yīng)用可進(jìn)一步發(fā)展成為獨(dú)立于現(xiàn)體 系的鋁電解槽的控制系統(tǒng)，也可為現(xiàn)階段的鋁電解槽控制系統(tǒng)以及管理決策提供可靠的現(xiàn) 場實(shí)時(shí)信息。
【權(quán)利要求】
1. 一種鋁電解槽陽極電流在線測量方法，其特征在于，通過在陽極橫梁母線或立柱母 線上設(shè)置多個(gè)主測量點(diǎn)，獲取主測量點(diǎn)上的電壓值，根據(jù)基爾霍夫電壓、電流定律構(gòu)建陽極 橫梁母線及立柱母線的電阻網(wǎng)絡(luò)，采用數(shù)值仿真的方法計(jì)算各陽極導(dǎo)桿的電流值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陽極電流在線測量方法，其特征在于，所述測量點(diǎn) 設(shè)置于每兩根陽極導(dǎo)桿間的陽極橫梁母線的外側(cè)表面、內(nèi)側(cè)表面、上沿或下沿。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陽極電流在線測量方法，其特征在于，所述測量點(diǎn) 設(shè)置于陽極導(dǎo)桿的兩側(cè)、陽極橫梁母線中間或立柱母線中間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陽極電流在線測量方法，其特征在于，還包括輔助 測量點(diǎn)，所述的輔助測量點(diǎn)設(shè)置于過橋母線的上沿處； 所述過橋母線是指電解槽將電流從A面陽極導(dǎo)到B面陽極的鋁母線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的鋁電解槽陽極電流在線測量方法，其特征在于，所 述測量點(diǎn)采用焊接、鉚接或者壓接的方式設(shè)置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陽極電流在線測量方法，其特征在于，所述主測量 點(diǎn)采用一點(diǎn)、兩點(diǎn)或三點(diǎn)設(shè)置； 所述兩點(diǎn)設(shè)置是指在相鄰位置設(shè)置兩個(gè)主測量點(diǎn)，兩個(gè)主測量點(diǎn)在同一水平線上，相 距l(xiāng)〇Cm-20cm，記錄相鄰位置的電壓差值用于計(jì)算陽極導(dǎo)桿的電流值； 所述三點(diǎn)設(shè)置是指設(shè)置兩個(gè)主測量點(diǎn)及一個(gè)輔助測量點(diǎn)，所述輔助測量點(diǎn)設(shè)置在有過 橋母線經(jīng)過的地方，記錄相鄰位置上的主測量點(diǎn)及輔助測量點(diǎn)的電壓差值用于計(jì)算陽極導(dǎo) 桿的電流值。
7. -種鋁電解槽陽極電流在線測量裝置，其特征在于，依據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述 的鋁電解槽陽極電流在線測量方法進(jìn)行鋁電解槽陽極電流在線測量，包括設(shè)置在陽極橫梁 母線或立柱母線的測量接口、數(shù)據(jù)采集模塊、傳輸模塊及上位機(jī)，所述測量接口模塊、數(shù)據(jù) 采集模塊、傳輸模塊及上位機(jī)依次相連； 所述測量接口模塊的一端與所述陽極橫梁母線或立柱母線上的測量點(diǎn)之間采用耐高 溫導(dǎo)線連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋁電解槽陽極電流在線測量裝置，其特征在于，所述測量接 口的另一端與所述數(shù)據(jù)采集模塊之間采用屏蔽網(wǎng)線相連。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋁電解槽陽極電流在線測量裝置，其特征在于，所述傳輸模 塊為工業(yè)現(xiàn)場總線、無線傳輸模塊或者以太網(wǎng)傳輸模塊。
【文檔編號】G01R19/25GK104120455SQ201410359119
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】鄒忠, 楊帥, 李勇, 王柳青, 鄭文波, 彭勝光 申請人:湖南中南華翔科技有限公司