[發明專利]一種測量鋁電解槽熔體高度和爐底壓降的裝置和方法

有效

• 申請號: 201510011396.4
• 申請日: 2015-01-09
• 公開（公告）號: CN104480496B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 呂曉軍;許真銘;曾小鵬;李劼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25C3/20
• 分類號: C25C3/20
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 歐陽迪奇

技術領域

本發明涉及鋁電解技術領域，特別涉及一種測量鋁電解槽熔體高度和爐底壓降的裝置和方法。

背景技術

在傳統的Hall-Heroult法鋁電解生產過程中，電解質高度、鋁液高度和爐底壓降等生產工藝參數對維持電解槽的正常生產至關重要。槽內維持一定的電解質高度，有利于氧化鋁的溶解和保持槽熱量的穩定。鋁液高度決定著出鋁量，適量的鋁液高度既有利于調節槽內熱平衡，又有利于規整爐膛和提高槽穩定性，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，爐底出現沉淀和結殼，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而反饋工藝技術條件設置的合理性。因此，熔體高度和爐底壓降等關鍵工藝參數需要操作工人和管理人員頻繁的進行測量并人工輸入至鋁電解槽控制系統中，尤其是熔體高度(包括電解質高度和鋁液高度)需要每天測量。

目前，大型鋁電解槽處于高溫、強磁場環境下運行，工作環境十分惡劣。電解鋁廠均使用鋼釬人工插入方式進行熔體高度和爐底壓降的測量工作，而電解質與鋁液留在鋼釬上的界面肉眼難以辨別準確，且讀數或測量前后鋼釬角度變化導致測量結果誤差較大，通常誤差高達1～2cm，使得傳統鋼釬插入法難以達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正常的電解生產操作過程，造成電解質高度和鋁液高度控制不當，使得槽況不穩定、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，并插入槽內底部，鋼釬頂端尖頭會鏟破陰極炭塊表面上的沉淀或結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殼等爐底槽況信息，不利于現場人員對電解槽運行狀況進行判斷與管理。

為此，國內外研究者分別提出和開發了一系列鋁電解槽相關工藝參數的測量方法和裝置。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桿在實際應用中易粘電解質等問題，在電極導桿構件設計上進行了外套桿架構，盡管如此，在實際應用中當電極導桿上升復位時，部分電解質進入外套桿和電極導桿的縫隙會造成電極導桿卡死，不能正常工作。而國內關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，均存在著電極導桿材料易粘附電解質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電解質粘附在鐵釬上，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高度、鋁液高度測量裝置，本質是將目前人工測量中斜插鐵釬方式改為豎直插入熔體，未能解決電解質和鋁液界面在鐵釬表面肉眼難以辨認的問題，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滯后性也導致測量結果的準確性下降。再如專利ZL200610004044.7所提出的一種預焙鋁電解槽工藝參數測量裝置，雖提出了對熔體高度和爐底壓降進行自動化測量，但在實際應用中測量探頭易粘附電解質而結殼，造成探頭靈敏度的降低，特別是當粘附的固態電解質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，造成測量精準度下降，且裝置結構較復雜，成本高，操作不方便。

更為重要的是，由于在電解槽實際運行過程中電解質-鋁液界面一直處于波動變化狀態且該界面存在著模糊的擴散層，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確地判斷電解質-鋁液界面的位置，使得裝置在測量過程中出現較大誤差。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中推廣應用。

發明內容

本發明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。