CN104120455B - 一种铝电解槽的阳极电流在线测量方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝电解槽的阳极电流在线测量方法与装置，通过在阳极横梁母线或立柱母线上设置多个主测量点，获取主测量点上的电压值，根据基尔霍夫电压、电流定律构建横梁母线的电阻网络，利用所测得的电压或者压差值进行每根阳极的流入电流计算；通过使用本发明所述的测量方法及装置，实现铝电解槽每根阳极流入电流量的实时在线动态获取。将本发明运用于铝电解槽时可实现长期稳定并且可靠的在线获得阳极电流。

Description

一种铝电解槽的阳极电流在线测量方法与装置

技术领域

本发明属于铝电解技术领域，具体涉及一种为实时获得铝电解槽内每块阳极所流过电流量的在线测量方法与装置。

背景技术

传统霍尔-埃鲁特法(Hall-Héroult)铝电解工艺一直是工业炼铝的唯一方法，其核心设备为铝电解槽。除了电极之间的电解质和熔融铝液外，铝电解槽还包括阳极部分和阴极部分。通过顺序连接每台槽的阴极母线和下一台槽的立柱母线就构成了电解系列除供电外的完整外部回路。在铝电解槽的内部，阳极部分包括一定数量的阳极块，每块阳极的铝导杆通过卡具与横梁母线进行导电连接，进而实现为电解反应的供电。阳极在电解过程中会逐步消耗，并在使用一定时间后被周期替换，这种特性使得阳极的工作状况对于铝电解槽的整体工作状况起了极大的影响，因此被称为铝电解槽的“心脏”。

现行对于铝电解槽的过程控制，都是基于槽电压分析进行的，整体思路是将电解槽当作一个均一的“黑箱”，而不考虑电解过程中槽内部实时发生的各种局部的变化及其导致的影响，因此控制效能不高。为实现对于铝电解槽更深一层级的管理与控制，在现阶段其他直接传感器还不能实现长期稳定工作的背景下，监测电解槽每根阳极的导电状况及其变化是实现获得槽内实时状况唯一可能的手段。相对于“黑箱”思维来说，通过阳极电流的变化不仅可以以最快速的途径解析出槽内的状况，更容易了解槽内各个区域存在的不同电解过程行为。因此，实时获得阳极电流的分布对实现铝电解槽的精细控制，特别是对现行越来越大的电解槽的局部区域控制征无疑具有极为重要的现实意义。

为测量铝电解槽的阳极电流，业界作了许多努力。然而现阶段所提出的铝电解槽阳极电流测量方法，都是基于测量每根阳极导杆的等距压降进行的，如专利(201110109762.1)、(201310012454.6)以及(01107037.4)等。虽然这种方法的原理最为简单直接，但实施与操作极为困难，例如存在测量探头与导杆的接触不良、探头氧化变形、采样设备不能耐受高温等一系列问题，但其最不能忍受的缺点在于每次换极都必须进行人工重新安装，导致稳定性和连续性极差，因此无法得到工业上的认可。

因此，急需提供提出一种新的测量装置及方法，从而以一种经济、可行的方案获得稳定可靠的实时阳极电流信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有铝电解槽阳极电流测量方法不能长期实时获得稳定可靠阳极电流信号的缺点，提出一种新的铝电解槽阳极电流测量方法和装置。

一种铝电解槽阳极电流在线测量方法，通过在阳极横梁母线或立柱母线上设置多个主测量点，获取主测量点上的电压值，根据基尔霍夫电压、电流定律构建阳极横梁母线及立柱母线的电阻网络，采用数值仿真的方法计算各阳极导杆的电流值。

所述主测量点设置于每两根阳极导杆间的阳极横梁母线的外侧表面、内侧表面、上沿或下沿。

所述主测量点设置于阳极导杆的两侧、阳极横梁母线中间或立柱母线中间。

还包括辅助测量点，所述的辅助测量点设置于过桥母线的上沿处；

所述过桥母线是指电解槽将电流从A面阳极导到B面阳极的铝母线。

所述测量点采用焊接、铆接或者压接的方式设置。

所述主测量点采用一点或两点设置；

所述两点设置是指在相邻位置设置两个主测量点，两个主测量点在同一水平线上，相距10cm-20cm，记录相邻位置的电压差值用于计算阳极导杆的电流值；

三点设置是指设置两个主测量点及一个辅助测量点，所述辅助测量点设置在有过桥母线经过的地方，记录相邻位置上的主测量点及辅助测量点的电压差值用于计算阳极导杆的电流值。

一种铝电解槽阳极电流在线测量装置，其特征在于，依据所述的铝电解槽阳极电流在线测量方法进行铝电解槽阳极电流在线测量，包括设置在阳极横梁母线或立柱母线的测量接口、数据采集模块、传输模块及上位机，所述测量接口模块、数据采集模块、传输模块及上位机依次相连；

所述测量接口模块的一端与所述阳极横梁母线或立柱母线上的测量点之间采用耐高温导线连接。

所述与测量点相连的耐高温导线通过焊接、铆接或者压接方法设置在横梁母线、立柱母线或过桥母线上；比如在母线上的测量点位置钻孔将耐高温导线固定在测量点上。

所述测量接口的另一端与所述数据采集模块之间采用屏蔽网线相连。

所述传输模块为工业现场总线、无线传输模块或者以太网传输模块。

有益效果

本发明提供了一种铝电解槽阳极电流在线测量方法及装置，该方法通过在阳极横梁母线或立柱母线上设置多个主测量点，获取主测量点上的电压值，根据基尔霍夫电压、电流定律 构建阳极横梁母线及立柱母线的电阻网络，采用数值仿真的方法计算各阳极导杆的电流值，突破了传统测量方法中的黑匣测量、测量操作繁琐及误差大的问题；基于该方法形成的测量装置，结构简单、操作方便，整个技术方案所具有的有益效果如下：

1.由于主测量点位于阳极横梁母线上，因此测量过程与测量装置不受换极、抬母线等工序的干扰，无需重复安装；

2.由于测量接口模块与横梁母线或者立柱母线通过耐高温导线进行连接，不存在与导杆的接触不佳、触头氧化问题因而可以长期稳定的连续工作；

3.由于实现采集的装置可以通过较远的距离与测量接口进行连接，因此可以避免装置安装于温度较高的导杆处等环境恶劣的位置；

4.由于整个方法所需要的设备的制作无需过于复杂的安装和保护，因此实现简单、造价较低。

附图说明

图1是本发明所提出的测量方法的第一种主测量点位置连接示意图；

图2是本发明所提出的测量方法的第二种主测量点位置连接示意图；

图3是本发明所提出的测量方法的第三种主测量点位置连接示意图；

图4是本发明所提出的主测量点设置形式的第一种示意图；

图5是本发明所提出的主测量接点设置形式的第二种示意图；

标号说明：1-阳极横梁母线，2-阳极导杆，3-立柱母线，4-测量接口模块，5-信号获取装置，6-采集模块，7-传输模块，8-计算装置。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

一种铝电解槽阳极电流在线测量方法，通过在阳极横梁母线或立柱母线上设置多个主测量点，获取主测量点上的电压值，根据基尔霍夫电压、电流定律构建阳极横梁母线及立柱母线的电阻网络，采用数值仿真的方法计算各阳极导杆的电流值。

所述主测量点设置于每两根阳极导杆间的阳极横梁母线的外侧表面、内侧表面、上沿或下沿。

所述主测量点设置于阳极导杆的两侧、阳极横梁母线中间或立柱母线中间。

还包括辅助测量点，所述的辅助测量点设置于过桥母线的上沿处；

所述过桥母线是指电解槽将电流从A面阳极导到B面阳极的铝母线。

所述主测量点采用焊接、铆接或者压接的方式设置。

所述主测量点采用一点或两点设置；

所述两点设置是指在相邻位置设置两个主测量点，两个主测量点在同一水平线上，相距10cm-20cm，记录相邻位置的电压差值用于计算阳极导杆的电流值；

三点设置是指设置两个主测量点及一个辅助测量点，所述辅助测量点设置在有过桥母线经过的地方，记录相邻位置上的主测量点及辅助测量点的电压差值用于计算阳极导杆的电流值。

一种铝电解槽阳极电流在线测量装置，依据所述的铝电解槽阳极电流在线测量方法进行铝电解槽阳极电流在线测量，包括设置在阳极横梁母线或立柱母线的测量接口、数据采集模块、传输模块及上位机，所述测量接口模块、数据采集模块、传输模块及上位机依次相连；

所述测量接口模块的一端与所述阳极横梁母线或立柱母线上的测量点之间采用耐高温导线连接。

所述与测量点相连的耐高温导线通过焊接、铆接或者压接方法设置在横梁母线、立柱母线或过桥母线上；比如在母线上的测量点位置钻孔将耐高温导线固定在测量点上。

所述测量接口的另一端与所述数据采集模块之间采用屏蔽网线相连。

所述传输模块为工业现场总线、无线传输模块或者以太网传输模块。

如图1所示是本发明实施例中的测量方法应用于电解槽的连接示意图。

本实施例中，信号获取装置5中的测量接口模块4通过铆接、压接或者焊接与测量点相连，测量接口模块4通过与信号获取装置5中的采集模块6相连使得采集模块6可以实时获得测量点处的电压或者电压差，采集模块6通过采样和转换把测量点上的模拟电压或者电压差值信号转换成为数字信号送往传输模块7，传输模块7在接收到代表主测量点电压值或者电压差值的数字信号后通过协议通讯把信息传送至计算装置8，最后由计算装置8完成对于各阳极电流的建模及计算。

主测量点位于电解槽阳极横梁母线或立柱母线上，而测量接口模块位于电解槽上部结构的烟道端，它们之间用耐高温导引线连接。

在本实施例中，选择的主测量点的位置如图1中测量接口模块4位于阳极横梁母线1的外侧表面。

第二种主测量点的位置还可以是阳极横梁母线1的上沿或者下沿，如图2所示的测量接口模块对应所在的位置。

第三种主测量点的位置可以是阳极横梁母线1无阳极导杆2连接的背面，此时的测量点 对应测量接口模块4的位置还可以是阳极导杆2的正背面，如图3所示。

另外，立柱母线3上的主测量点的选择可以是立柱母线3上的任何位置，如图2中立柱母线3上的位置。

本实施例中，主测量点的设置形式采用了如图4所示的1点接口法，其所获得的是此测量点相对于所有主测量点的公共点的电压差值。

此外，主测量点的设置形式还可以采用如图5所示的2点接口法，则其所代表的是这两点之间的电压差。

本实施例中，计算装置8在获得经过采集模块6采样及转换后在通过传输模块7传送而来的各测量点的电压值或者电压差后，根据基尔霍夫电压、电流定律构建横梁母线的电阻网络，再采用数值仿真的方法计算各导杆的电流值。

按照本发明所述的阳极电流测量方法应用于铝电解槽可以长期实时获得稳定可靠的阳极电流数据，并且设备简单、成本较低。本发明的应用可进一步发展成为独立于现体系的铝电解槽的控制系统，也可为现阶段的铝电解槽控制系统以及管理决策提供可靠的现场实时信息。

Claims (8)

1.一种铝电解槽阳极电流在线测量方法，其特征在于，通过在阳极横梁母线或立柱母线上设置多个主测量点，获取主测量点上的电压值，根据基尔霍夫电压、电流定律构建阳极横梁母线及立柱母线的电阻网络，采用数值仿真的方法计算各阳极导杆的电流值；

还包括辅助测量点，所述的辅助测量点设置于过桥母线的上沿处；

所述过桥母线是指电解槽将电流从A面阳极导到B面阳极的铝母线。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽阳极电流在线测量方法，其特征在于，所述主测量点设置于每两根阳极导杆间的阳极横梁母线的外侧表面、内侧表面、上沿或下沿。

3.根据权利要求1所述的铝电解槽阳极电流在线测量方法，其特征在于，所述主测量点设置于阳极导杆的两侧、阳极横梁母线中间或立柱母线中间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的铝电解槽阳极电流在线测量方法，其特征在于，所述主测量点和辅助测量点采用焊接、铆接或者压接的方式设置。

5.根据权利要求1所述的铝电解槽阳极电流在线测量方法，其特征在于，所述主测量点采用一点或两点设置；

所述两点设置是指在相邻位置设置两个主测量点，两个主测量点在同一水平线上，相距10cm-20cm，记录相邻位置的电压差值用于计算阳极导杆的电流值。

6.一种铝电解槽阳极电流在线测量装置，其特征在于，依据权利要求1-5任一项所述的铝电解槽阳极电流在线测量方法进行铝电解槽阳极电流在线测量，包括设置在阳极横梁母线或立柱母线的测量接口、数据采集模块、传输模块及上位机，所述测量接口模块、数据采集模块、传输模块及上位机依次相连；

所述测量接口模块的一端与所述阳极横梁母线或立柱母线上的测量点之间采用耐高温导线连接。

7.根据权利要求6所述的铝电解槽阳极电流在线测量装置，其特征在于，所述测量接口的另一端与所述数据采集模块之间采用屏蔽网线相连。

8.根据权利要求7所述的铝电解槽阳极电流在线测量装置，其特征在于，所述传输模块为工业现场总线、无线传输模块或者以太网传输模块。