鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距在線監(jiān)測(cè)方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁電解監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于載波法的鋁電解槽鋁液界面 波動(dòng)和極距在線監(jiān)測(cè)方法及其監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁電解生產(chǎn)中，極距是指鋁電解槽陽極底掌到陰極鋁液與電解質(zhì)的界面之間的距 離。它既是電解過程中的電化學(xué)反應(yīng)區(qū)域，又是維持電解溫度的熱源中心，因此，調(diào)節(jié)極距 的變化是鋁電解生產(chǎn)控制的重要手段。增大極距，雖然能夠提高電流效率，但是槽電壓也隨 之增大，能耗就越高，所以，鋁電解槽只有保持一定的極距才能正常生產(chǎn)。另外，由于反應(yīng)過 程中，陽極底掌下陽極氣體C02的生產(chǎn)、運(yùn)動(dòng)和排放以及磁場(chǎng)的作用會(huì)擾動(dòng)鋁液界面，形成 鋁液界面波動(dòng)，也會(huì)造成能耗的增大。綜上所述，實(shí)現(xiàn)鋁電解鋁液界面波動(dòng)和極距的實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)對(duì)于鋁電解生產(chǎn)的節(jié)能降耗具有十分重要的意義。
[0003] 目前，工業(yè)上大多數(shù)采用釬插法對(duì)極距進(jìn)行測(cè)量，該方法是人工將特制的釬子從 出鋁口插入槽中，抽出然后記錄下極距的高度。這種方法不僅忽略了鋁液界面的波動(dòng)，誤差 很大，而且只能粗略的反應(yīng)電解槽某一處的極距，不能反映整個(gè)電解槽極距的變化情況；也 有采用陽極導(dǎo)桿等距壓降法判斷不同槽況鋁液界面波動(dòng)的相對(duì)大小，但該方法不能確定鋁 液界面波動(dòng)的高低；還有采用單位高度電解質(zhì)電壓降、槽電壓幾初電解質(zhì)壓降以外的電壓 降計(jì)算實(shí)時(shí)極距并計(jì)算鋁液高度，但該方法是以電解工況和系列電流不變?yōu)榍疤岬?，不?真實(shí)反映實(shí)際生產(chǎn)中極距和鋁液界面波動(dòng)的情況；也有采用組合式測(cè)試探頭插入電解槽熔 體中，從各探頭獲取從陽極底掌到陰極之間各部分電壓降數(shù)據(jù)來計(jì)算極距和鋁液界面波動(dòng) 情況的方法，但該方法也是只能測(cè)量出電解槽一定區(qū)域的極距值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于載波法的鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距的在線 監(jiān)測(cè)方法及其監(jiān)測(cè)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量誤差大，不能實(shí)時(shí)反映全槽鋁液界面波動(dòng)和 極距變化，導(dǎo)致電解生產(chǎn)控制水平低等問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 本發(fā)明是這樣一種基于載波法的鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距在線監(jiān)測(cè)方法，它包括 以下步驟： 步驟1 :自制載波信號(hào)線(高溫屏蔽線)，帶接線端子一端連接安裝在陽極導(dǎo)桿的夾具上 (信號(hào)載入點(diǎn))，帶航空插頭一端接載波裝置A端； 步驟2 :另一根信號(hào)線（高溫屏蔽線）帶接線端子一端接入預(yù)裝在陰極鋼棒爆炸焊塊上 的接線柱，帶航空插頭一端接信號(hào)接收裝置Μ端； 步驟3 :載波裝置0端與信號(hào)接收裝置Ν端連接形成一測(cè)量回路； 步驟4 :載波裝置向測(cè)量回路載入一特定頻率f的正弦信號(hào)，對(duì)極距進(jìn)行測(cè)量； 步驟5 :信號(hào)接收裝置與工控機(jī)電連接； 步驟6 :信號(hào)接收裝置接收輸入電壓UA。與輸出電壓UMN數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至 工控機(jī)； 步驟7 :將電解槽等效為一個(gè)LCR電路，工控機(jī)根據(jù)公式：
通過計(jì)算輸出電壓UMN與輸入電壓UA。幅值比，即可計(jì)算出極距。式中：CX為極距等效 電容；ε為相對(duì)介電常數(shù)；εc為真空介電常數(shù)；ZiS電解槽等效電路的總阻抗；Z為測(cè)量回 路的總阻抗；其中，測(cè)量回路既可為電解槽進(jìn)電側(cè)或出電側(cè)陽極導(dǎo)桿與其對(duì)應(yīng)陰極鋼棒頭 進(jìn)電側(cè)或出電側(cè)之間的回路計(jì)算極距，也可為進(jìn)電側(cè)陽極導(dǎo)桿與其相鄰的陰極鋼棒頭進(jìn)電 側(cè)或與其對(duì)應(yīng)的陰極鋼棒的出電側(cè)形成回路監(jiān)測(cè)鋁液界面波動(dòng)情況。
[0006] 用于上述方法的本發(fā)明一種基于載波法的鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距在線監(jiān) 測(cè)裝置，它包括載波裝置、信號(hào)接收裝置與工控機(jī)，載波裝置與信號(hào)接收裝置電連接，信號(hào) 接收裝置與工控機(jī)連接；自制載波信號(hào)線，帶接線端子一端連接安裝在陽極導(dǎo)桿的夾具上 (信號(hào)載入點(diǎn))，帶航空插頭一端接載波裝置A端；另一根信號(hào)線帶接線端子一端接入預(yù)裝在 陰極鋼棒爆炸焊塊上的接線柱，帶航空插頭一端接信號(hào)接收裝置Μ端；載波裝置0端與信 號(hào)接收裝置Ν端連接形成測(cè)量回路。載波裝置可根據(jù)槽型不同產(chǎn)生不同的載波信號(hào)；所述 信號(hào)接收裝置，它還包括參數(shù)調(diào)整電路、濾波電路和數(shù)據(jù)采集卡；信號(hào)接收裝置至少為4通 道。
[0007] 本發(fā)明有益效果： 利用本發(fā)明提供的在線監(jiān)測(cè)方法和裝置，可在線準(zhǔn)確獲取電解槽各區(qū)域的實(shí)時(shí)極距和 鋁液界面波動(dòng)情況為鋁電解槽的優(yōu)化管控提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持；本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù) 測(cè)量不精確，很難對(duì)各種工況下的極距和鋁液界面波動(dòng)狀態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致電解 生產(chǎn)控制水平低等問題。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法原理等效電路示意圖； 圖3為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法不同測(cè)量回路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0010] 如圖1所示，本發(fā)明的這種基于載波法的鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距在線監(jiān)測(cè) 裝置，它包括載波裝置2、信號(hào)接收裝置3與工控機(jī)4,載波裝置2與信號(hào)接收裝置3電連接， 信號(hào)接收裝置3與工控機(jī)4連接；自制載波信號(hào)線，該載波信號(hào)線為高溫屏蔽線，其一端帶 接線端子，另一端帶航空插頭。將載波信號(hào)線帶接線端子一端連接安裝在陽極導(dǎo)桿1的夾 具上(信號(hào)載入點(diǎn))，帶航空插頭一端接載波裝置2的A端；另一根信號(hào)線帶接線端子一端接 入預(yù)裝在陰極鋼棒爆炸焊塊5上的接線柱，帶航空插頭一端接信號(hào)接收裝置3的Μ端；載波 裝置2的0端與信號(hào)接收裝置3的Ν端連接形成測(cè)量回路。載波裝置可根據(jù)槽型不同產(chǎn)生 不同的載波信號(hào)；信號(hào)接收裝置3包括參數(shù)調(diào)整電路、濾波電路和數(shù)據(jù)采集卡；信號(hào)接收裝 置3至少為四通道。
[0011] 如圖2所示，圖2展示了本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法原理等效電路示意圖。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)方 法是這樣的：將自制載波信號(hào)線（高溫屏蔽線)，帶接線端子一端連接安裝在陽極導(dǎo)桿1的 夾具上(信號(hào)載入點(diǎn))，帶航空插頭一端接載波裝置2的Α端；另一根信號(hào)線(高溫屏蔽線)帶 接線端子一端接入預(yù)裝在陰極鋼棒爆炸焊塊5上的接線柱，帶航空插頭一端接信號(hào)接收裝 置3的Μ端；載波裝置2的0端與信號(hào)接收裝置3的N端連接形成一測(cè)量回路；載波裝置2 向測(cè)量回路載入一特定頻率f的正弦信號(hào)，對(duì)極距進(jìn)行測(cè)量；信號(hào)接收裝置3與工控機(jī)4電 連接；信號(hào)接收裝置3接收輸入電壓UA。與輸出電壓UMN數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至工 控機(jī)4 ;通過計(jì)算輸出電壓UMN與輸入電壓UA。幅值比，即可計(jì)算出極距。
[0012] 實(shí)施本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的一種測(cè)量回路如圖3所示：電解槽進(jìn)電側(cè)陽極導(dǎo)桿A1與其 對(duì)應(yīng)陰極鋼棒頭進(jìn)電側(cè)0或出電側(cè)1之間的回路計(jì)算極距，也可為進(jìn)電側(cè)陽極導(dǎo)桿A1與其 相鄰的陰極鋼棒頭進(jìn)電側(cè)2或與其對(duì)應(yīng)的陰極鋼棒的出電側(cè)3形成回路監(jiān)測(cè)鋁液界面波動(dòng) 情況。
[0013] 當(dāng)然，以上只是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，本發(fā)明還有其他的實(shí)施方式，凡采用等同 替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1 :將一根載波信號(hào)線帶接線端子一端連接安裝在陽極導(dǎo)桿的夾具上，帶航空插 頭一端接載波裝置A端； 步驟2 :另一根載波信號(hào)線帶接線端子一端接入預(yù)裝在陰極鋼棒爆炸焊塊上的接線 柱，帶航空插頭一端接信號(hào)接收裝置Μ端； 步驟3 :載波裝置0端與信號(hào)接收裝置Ν端連接形成一測(cè)量回路； 步驟4 :載波裝置向測(cè)量回路載入一特定頻率f的正弦信號(hào)，對(duì)極距進(jìn)行測(cè)量； 步驟5 :信號(hào)接收裝置與工控機(jī)連接； 步驟6 :信號(hào)接收裝置接收輸入電壓UA。與輸出電壓UMN數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至 工控機(jī)； 步驟7 :將電解槽等效為一個(gè)LCR電路，工控機(jī)根據(jù)以下公式：通過計(jì)算輸出電壓UMN與輸入電壓UA。幅值比，即可計(jì)算出極距；式中：CX為極距等效電 容；ε為相對(duì)介電常數(shù)；ε c為真空介電常數(shù)；ZiS電解槽等效電路的總阻抗；Z為測(cè)量回路 的總阻抗。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于： 所述測(cè)量回路既可為電解槽進(jìn)電側(cè)或出電側(cè)陽極導(dǎo)桿與其對(duì)應(yīng)陰極鋼棒頭進(jìn)電側(cè)或出電 側(cè)之間的回路計(jì)算極距，也可為進(jìn)電側(cè)陽極導(dǎo)桿與其相鄰的陰極鋼棒頭進(jìn)電側(cè)或與其對(duì)應(yīng) 的陰極鋼棒的出電側(cè)形成回路監(jiān)測(cè)鋁液界面波動(dòng)情況。3. -種基于載波法的鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于：它包 括載波裝置（2)、信號(hào)接收裝置（3)與工控機(jī)（4);載波裝置（2)與信號(hào)接收裝置（3)電連接， 信號(hào)接收裝置（3)電連接與工控機(jī)（4)電連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于載波法的鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距在線監(jiān)測(cè)裝置， 其特征在于：采用高溫屏蔽線作為載波信號(hào)線，該載波信號(hào)線一端設(shè)有接線端子，另一端設(shè) 有航空插頭；將一根載波信號(hào)線帶接線端子一端連接安裝在陽極導(dǎo)桿（1)的夾具上作為信 號(hào)載入點(diǎn)，帶航空插頭一端接載波裝置（2) A端；另一根載波信號(hào)線帶接線端子一端接入預(yù) 裝在陰極鋼棒爆炸焊塊（5)上的接線柱，帶航空插頭一端接信號(hào)接收裝置（3) Μ端；載波裝 置（2) 0端與信號(hào)接收裝置（3) N端連接形成測(cè)量回路。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于載波法的鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距在線監(jiān)測(cè)裝置， 其特征在于：所述載波裝置（2)根據(jù)槽型不同產(chǎn)生不同的載波信號(hào)。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于載波法的鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距在線監(jiān)測(cè)裝置， 其特征在于：所述信號(hào)接收裝置（3)包括參數(shù)調(diào)整電路、濾波電路和數(shù)據(jù)采集卡。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于載波法的鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距在線監(jiān)測(cè)裝置， 其特征在于：信號(hào)接收裝置（3)至少為4通道。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁電解槽鋁液界面波動(dòng)和極距在線監(jiān)測(cè)方法及其裝置，它是利用一根載波信號(hào)線連接陽極導(dǎo)桿（1）的夾具和載波裝置（2）、另一根信號(hào)線連接預(yù)裝在陰極鋼棒爆炸焊塊（5）和信號(hào)接收裝置（3）；載波裝置（2）O端與信號(hào)接收裝置（3）N端連接形成一測(cè)量回路；載波裝置（2）向測(cè)量回路載入一特定頻率f的正弦信號(hào)，對(duì)極距進(jìn)行測(cè)量；信號(hào)接收裝置（3）與工控機(jī)（4）連接；信號(hào)接收裝置（3）接收輸入電壓UAO與輸出電壓UMN數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至工控機(jī)（4）；從而將電解槽等效為一個(gè)LCR電路，通過計(jì)算輸出電壓UMN與輸入電壓UAO幅值比，即可計(jì)算出極距。
【IPC分類】C25C3/20
【公開號(hào)】CN105463512
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510281729
【發(fā)明人】黃若愚, 曹斌, 楊朝紅, 王紫千
【申請(qǐng)人】貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年5月28日