[實(shí)用新型]鋁電解槽連續(xù)測試控制調(diào)整裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020665035.4
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN201908142U
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高德金;高偉
• 申請（專利權(quán)）人: 高德金
• 主分類號: C25C3/20
• 分類號: C25C3/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：鋁電解槽連續(xù)測試控制調(diào)整裝置和測試控制方法主要應(yīng)用于電解鋁的生產(chǎn)工藝的控制和鋁電解槽控制系統(tǒng)的設(shè)計與制造。

技術(shù)背景：電解鋁的生產(chǎn)過程是氧化鋁在鋁電解槽陰極熔池內(nèi)的，以熔融冰晶石、氟化鹽為主要成分的電解質(zhì)中，在一定的熱平衡分解溫度度下進(jìn)行連續(xù)熱電化學(xué)反應(yīng)，分解生成鋁液的過程。

現(xiàn)通用的鋁電解槽的采用的是低電壓、大電流、串聯(lián)系統(tǒng)供電的生產(chǎn)方式，電解槽的上部為陽極進(jìn)電結(jié)構(gòu)，主要由陽極導(dǎo)電大母線和陽極鋼爪鋁導(dǎo)桿組以及陽極碳塊組成；電解槽的下部為鋁電解槽的陰極電解熔池槽體結(jié)構(gòu)，主要由構(gòu)筑在鋼殼槽體內(nèi)的側(cè)部爐墻，底部保溫層，以及在側(cè)部爐墻內(nèi)側(cè)，和底部保溫層上砌筑成的陰極導(dǎo)電體，即由陰極碳塊鋼棒組砌筑成的陰極內(nèi)襯所組成，形成一個陰極電解熔池。

在電解鋁的生產(chǎn)過程中，氧化鋁在熱熔電解質(zhì)中在直流電流的作用下產(chǎn)生電離分解，其中氧原子與碳產(chǎn)生還原反應(yīng)析出氧化碳?xì)怏w在電解質(zhì)的上部排放出去，其中的鋁原子則在電解質(zhì)的分解作用下生產(chǎn)鋁金屬液態(tài)物質(zhì)，由于液態(tài)鋁物質(zhì)和電解質(zhì)的密度不同，液態(tài)鋁物質(zhì)的密度大于電解質(zhì)的密度，則從電解質(zhì)中沉淀分離出來在電解質(zhì)的下底面和電解槽陰極導(dǎo)電層的上表面形成一個產(chǎn)成鋁液層，該產(chǎn)成鋁液層也是一個陰極導(dǎo)電層。

在鋁電解生產(chǎn)過程中，電解質(zhì)陽極碳塊下底面與鋁液上表面之間的極距電解質(zhì)層是主要的熱該化學(xué)反應(yīng)分解區(qū)域，該區(qū)域的電解質(zhì)的化學(xué)成分和溫度狀態(tài)以及電流的強(qiáng)度，不僅決定了氧化鋁在極距電解質(zhì)反應(yīng)分解的速度，而且還決定了鋁電解生產(chǎn)過程中分解能源電流消耗量的多少。

電解鋁生產(chǎn)的工藝狀況即熔融電解質(zhì)在電解槽內(nèi)的物理和化學(xué)特征，以及電解鋁工藝裝備鋁電解槽的結(jié)構(gòu)形式，決定了鋁電解槽的生產(chǎn)工藝方式和對電解質(zhì)變量參數(shù)調(diào)整控制的方式，這種控制方式反而又影響著鋁電解槽的電解質(zhì)的各種工藝指標(biāo)以及鋁電解的生產(chǎn)工藝操作方式。在電解鋁的生產(chǎn)過程當(dāng)中，電解槽的控制系統(tǒng)——即槽控箱需要對鋁電解槽陰極內(nèi)襯上鋁液熔池內(nèi)的鋁液上表面以上和陽極碳塊下部表面之間的電解質(zhì)層的變量數(shù)值如：電解質(zhì)的分子比、氧化鋁濃度、電解質(zhì)的溫度、電解質(zhì)極距層的高低、電流強(qiáng)度等進(jìn)行精確的控制，達(dá)到最佳的工藝狀態(tài)即最佳的化學(xué)平衡、最佳的熱平衡、最佳的能量平衡狀態(tài)，才能保證氧化鋁在電解質(zhì)中利用最小的電能消耗分解生成為電解鋁液。

現(xiàn)行的鋁電解槽結(jié)構(gòu)是由構(gòu)造在極距電解質(zhì)上表面的陽極導(dǎo)電裝置系統(tǒng)(包括陽極碳塊)，和構(gòu)造在極距電解質(zhì)下表面的陰極導(dǎo)電裝置系統(tǒng)(包括鋁液層)所構(gòu)成。但現(xiàn)行的鋁電解槽生產(chǎn)工藝控制系統(tǒng)中采用的槽控箱裝，主要采是，采集測試鋁電解槽的整體電壓降，包括上部陽極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和陰極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)以及鋁陽極碳塊的全部系統(tǒng)的過流電壓降即槽電壓和槽電流的數(shù)值信號，再轉(zhuǎn)變成控制指令訊號，來控制鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的這一局部位置物質(zhì)的物理和化學(xué)動態(tài)變量因素的調(diào)整。

現(xiàn)通用的鋁電解槽生產(chǎn)工藝槽控系統(tǒng)，應(yīng)用的是用鋁電解槽總體結(jié)構(gòu)全系統(tǒng)的變量因素所產(chǎn)生的數(shù)值信息訊號，來控制鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的局部區(qū)域的物理和化學(xué)動態(tài)變量因素調(diào)整的技術(shù)方案，它不僅從信息控制原理上存在問題，而且鋁電解槽的全系統(tǒng)電壓降，不僅包含了電解質(zhì)極距變量因素所產(chǎn)生的變量電壓降，還包括了鋁電解槽結(jié)構(gòu)系統(tǒng)變量因素所產(chǎn)生的變量電壓降，如陽極碳塊消耗變化、鋁液水平高低變化、陰極爐底內(nèi)襯電阻值變化等，這種把鋁電解槽結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的全部變量因素所產(chǎn)生的全部變量電壓降信息，通過對系統(tǒng)內(nèi)局部區(qū)域變量因素，即對鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的物理化學(xué)變量因素進(jìn)行控制調(diào)整的方法，不僅增加了電解質(zhì)變量因素控制的不確定性，而且還喪失了槽結(jié)構(gòu)變量電壓降所導(dǎo)致產(chǎn)生的變量因素進(jìn)行即時控制調(diào)節(jié)的機(jī)能，要達(dá)到其理想的結(jié)果，即用鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的自身的信息數(shù)據(jù)訊號，來對電解質(zhì)的物理化學(xué)變量實(shí)施精確調(diào)整，是很難實(shí)現(xiàn)的。

現(xiàn)通用的鋁電解槽采用上述這種不完備的控制方案的最主要的原因是在電解工況條件下，無法連續(xù)采集電解質(zhì)的物理化學(xué)變化量的信息，究其根本原因是，用金屬物質(zhì)或其他物質(zhì)制作的測試傳感器，在與950℃的熔融電解質(zhì)進(jìn)行接觸后，很快就被進(jìn)行侵蝕熔解，失去測試性能。因此，連續(xù)采集鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)在熔融狀態(tài)下的物理化學(xué)的量變信息，并把這種信息轉(zhuǎn)變成控制訊號，并用這種控制訊號，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，對電解質(zhì)進(jìn)行量化平衡精確調(diào)整，以達(dá)到鋁電解節(jié)能高效生產(chǎn)的目的是一個國內(nèi)外電解鋁行業(yè)都在進(jìn)行探索研究試圖解決的課題。