[發明專利]一種電解槽運行參數的在線測量方法及裝置

在審

• 申請號: 202210834688.8
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115198312A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 楊酉堅;王兆文;蘭樹偉;高炳亮;石忠寧;陶文舉;胡憲偉;于江玉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C25C3/06
• 分類號: C25C3/06;C25C3/20
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發明屬于有色金屬冶金類，尤其涉及一種電解槽運行參數的在線測量方法及裝置，通過在陽極與陰極之間安裝L形、U形或者I形的參比電極，并與升降裝置相配合，在陽極的正投影下方勻速運動，測得該參比電極與陽極或陰極之間的電勢差。根據電勢差曲線的斜率或振幅變化計算獲得鋁電解槽極距、電解質電導率、陽極有效電流密度、陽極氣泡覆蓋率、陽極過電壓、氣泡層厚度以及鋁液擴散層厚度七種參數，可以在電解鋁過程中對電解鋁工藝進行實時控制，對于鋁電解槽的精細化、自動化控制及故障診斷有積極促進作用。通過參比電極實時運行所獲得的七種參數同步至鋁電解槽控制系統，可實現鋁電解槽的綜合控制。為提高鋁電解工業的自動化程度，節能降耗提供支持。

技術領域

本發明屬于有色金屬冶金類，尤其涉及一種電解槽運行參數的在線測量方法及裝置。

背景技術

2021年電解鋁產量占全世界原鋁總產量的57％。鋁工業是耗能大戶，噸鋁綜合電耗約為13500kW·h，電能成本是原鋁生產成本的重要組成。鋁電解節能降耗是控制生產成本的關鍵。

工業上采用霍爾-埃魯電解法生產金屬鋁，鋁電解的主要反應器是鋁電解槽。鋁電解槽中采用氧化鋁作為原料，將氧化鋁溶解于高溫熔融的冰晶石熔鹽中，向炭素或石墨制成的陽極和陰極之間通入直流電電解冰晶石-氧化鋁熔鹽，在陽極上產生一氧化碳和二氧化碳氣體，在陰極上獲得液態金屬鋁。液態金屬鋁沉積于炭素陰極上方，成為實際意義上的陰極。因此，鋁電解反應主要發生在碳陽極和鋁液層之間的電解質層內，一般將這部分區域稱為極間區域。極間區域的高度，稱為極距。

目前，現有的鋁電解槽的日常管理中僅對極距進行測量。測量的方式一般采用在更換陽極時通過尺對臨近陽極的極距值進行測量。測量方法難以自動化，測量準確度難以保證，測量信號難以數字化。同時，高溫、強腐蝕的鋁電解質環境，也為獲取實時鋁電解槽運行參數帶來了難度。

在鋁電解過程中，將各項參數保持在工藝最優范圍內是關鍵，因此，如何取得鋁電解核心反應相關的過程參數，以及如何實現鋁電解過程可視化，是人們所廣泛關注的。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于現有技術的上述缺點、不足，本發明提供一種電解槽運行參數的在線測量方法及裝置，其解決了現有測量方法難以自動化，測量準確度難以保證，測量信號難以數字化的技術問題。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：

一種電解槽運行參數的在線測量方法，其包括如下步驟：

S1：在陽極和陰極之間設置可移動的參比電極；

選擇U形、L形或I形的參比電極，將其中一種參比電極的上部夾持在升降裝置上；

S2：將選擇的參比電極放置在預設位置；

若選用U形或L形的參比電極，將U形或L形的參比電極安裝在陽極的側部，所述U形或L形的參比電極的橫置擺臂應延伸至陽極正下方區域，并通過旋轉U形或L形的參比電極，將參比電極下部的尖端置于陽極正下方投影區域內；

若選用I型參比電極，I形參比電極安裝在緊貼陽極的側部，需要在陽極覆蓋料上打孔，或插入至陽極上預留的豎直通孔進行測量；

S3：通過可在陽極和陰極之間移動的參比電極測得參比電極和陽極或陰極之間的電勢差曲線；

開啟升降裝置，所述升降裝置的輸出端帶動參比電極以預設速率在極距區間內沿豎直方向上升或下降，通過電壓表記錄在參比電極移動過程中的電壓，通過獲得的電壓繪制參比電極與陰極的電勢差曲線或參比電極與陽極的電勢差曲線，完成電勢差曲線圖的繪制；

其中，x軸代表距陰極的距離，y軸代表電勢差；