CN110129831A - 一种铝电解槽工艺多参数在线测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种铝电解槽工艺多参数在线测量装置及测量方法。本发明提出的在线测量装置，包括阳极母线位移量在线实时精确测量装置、电解槽内膛各工艺参数在线测量装置、壳面保温装置、和控制显示装置。采用一种铝电解槽工艺多参数在线测量装置进行测量的方法包括阳极母线测量部分及电解槽内膛测量部分，通过在线测量来精确地对电解质温度、电解质初晶温度、电解质等距压降、电解质高度、铝水高度、电解槽炉底压降，阳极位置及阳极位移量进行全自动测量，为电解铝的生产提供可靠精确的数字依据，以实现对电解槽的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及将机电一体化技术应用于铝电解领域，更具体而言，涉及一种铝电解槽工艺多参数在线测量装置及测量方法。
背景技术
目前在铝电解生产过程中，主要是人工每日测量电解质熔体温度，电解质高度和铝液高度。周期性人工测量炉底压降，电解质的初晶温度，这些都是非常重要的参数，是电解槽运行状态的判断和控制依据，但以上测量工作都是靠人工测量，工作量大，测量方法简单，误差大。由于各参数测量不是即时测量，数据没有参考性，且数据量少，不足以准确判断电解槽的运行状态和存在的问题，从而影响对电解槽的准确控制，此外，再加上工艺人员参差不齐，分析能力有限，造成工艺控制水平低下，电解槽运行状态不能长期稳定保持，经济指标差。
因此，为解决上述人工测量铝电解槽工艺多参数的局限性，本发明专利中提出了一种铝电解槽工艺多参数在线测量及测量方法能够实时真实地反映铝电解槽运行状态，确保测量数据的准确性和可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铝电解槽工艺多参数在线测量装置及测量方法，通过在线测量来精确地对电解质温度、电解质初晶温度、电解质等距压降、电解质高度、铝水高度、电解槽炉底压降，阳极位置及阳极位移量进行全自动测量，为电解铝的生产提供可靠精确的数字依据，以实现对铝电解槽的精确控制。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种采用上述测量装置进行检测的测量方法。
为实现上述目的，本发明第一方面的实施例提供了一种铝电解槽工艺多参数在线测量装置，用于全自动测量铝电解槽工艺多参数，包括：阳极母线位移量在线实时精确测量装置、电解槽内膛各工艺参数自动测量装置、壳面保温装置、和控制显示装置，其中，所述阳极母线位移量在线实时精确测量装置包括：高精度电子尺或拉绳编码器，滑块，拉杆，阳极平衡母线固定件；所述高精度电子尺或拉绳编码器一端固定在阳极平衡母线固定件上，另一端固定在电解槽上部结构上；
所述电解槽内膛各工艺参数在线测量装置，包括：可编程闭环控制一体化步进电机、高精度滑台、测量杆、耐高温耐腐蚀绝缘保护套管、耐高温耐腐蚀导电测量头、内置热电偶，其中，所述可编程闭环控制一体化步进电机固定在所述高精度滑台上端，能够通过丝杠旋转带动高精度滑台上下移动；所述测量杆上端固定在高精度滑台上，测量杆下端与所述耐高温耐腐蚀绝缘保护套管上端相连，随高精度滑台上的滑块进行移动；所述耐高温耐腐蚀绝缘保护套管由氮化硼材质或氮化硅和碳化硅复合材质制成，耐高温耐腐蚀绝缘保护套管上端连接测量杆，下端与耐高温耐腐蚀导电测量头相连；所述耐高温耐腐蚀导电测量头由石墨体和铠装热电偶构成，与耐高温耐腐蚀绝缘保护套管相连，且在耐高温耐腐蚀导电测量头一侧开圆形凹槽；耐高温耐腐蚀导电测量头内置有热电偶；
所述壳面保温装置包括保温框架、保温材料；壳面保温装置由电解质或氧化铝粉或两者混合料加沥青等保温材料经焙烧而成；壳面保温装置形状为圆形或多边型。
本发明所提供的铝电解槽工艺多参数在线测量装置，其中，阳极母线位移量在线实时精确测量装置可测量阳极位移量，单位极距变化导致的单位电解质压降，炉膛变化量，阳极消耗速度，阳极升降机构工作状态各重要的工艺参数和信息，测量精度可达到0.1毫米。电解槽内膛各工艺参数在线测量通过可编程闭环控制一体化步进电机根据自定义的时间、速度、行程自动启动运行，带动高精度滑台上下移动，测量杆固定在高精度滑台上，以实现对电解槽内膛电解质温度、电解质初晶温度，电解质等距压降、电解质高度、铝水高度、电解槽炉底压降各数据的在线测量，在耐高温耐腐蚀导电测量头一侧开圆形凹槽，可盛少量电解质，用于测量电解质初晶温度。在壳面保温装置中，保温框架及保温材料强化的保温性能可以保证测量位置的电解质液面不结壳，保障测量的顺利进行。
另外，本发明的上述技术方案中的铝电解槽工艺多参数在线测量装置还可以具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，所述控制显示装置包括电源、数据采集板、温度变送器，显示器、控制面板、线缆。
在该技术方案中，通过控制显示装置可以进行独立计算显示，测量数据可以独立进行计算显示，且可以建立大数据库与槽控机控制系统融合。
本发明的第二方面提出了一种铝电解槽工艺多参数在线测量方法，包括以下步骤：
步骤一：阳极母线测量部分：母线在生产过程中，根据控制进行移动，通过连接机构带动高精度电子尺的滑块移动，滑块在高精度电子尺的不同位置，会产生正比例的电阻(电压信号)；
步骤二：控制显示装置中的数据采集板将采集的高精度电子尺的电阻(电压)信号进行计算，可以得出阳极母线的适时位置，阳极母线在某时间段的位移量，可以计算出阳极消耗的速度。显示在控制显示装置上；
步骤三：高精度电子尺的滑块行程可以设定运行极限位置，到达位置时，控制器报警，提示进行母线转接操作；
步骤四：电解槽内膛测量部分：可编程闭环控制一体化步进电机根据自定义的时间、速度、行程自动启动运行，也可以根据上位机控制程序的指令启动运行，通过丝杠旋转带动高精度滑台上下移动；
步骤五：测量杆固定在高精度滑台上，随高精度滑台进行移动，按程序的设定完成测量工作；
步骤六：测量杆前端的耐高温耐腐蚀绝缘保护套管及耐高温耐腐蚀导电测量头，保护其中的热电偶，从上向下逐步运行到电解质、铝水中，然后返回到起始位置，完成对电解质温度、电解质初晶温度、电解质等距压降、电解质高度、铝水高度、电解槽炉底压降各数据的测量；
步骤七：控制显示装置中的数据采集板将采集的数据进行计算，将测量结果显示在控制显示装置上。
本发明提供的一种铝电解槽工艺多参数在线测量方法，在具体进行母线测量部分时，高精度电子尺的滑块将随着连接机构移动，当滑块移动到高精度电子尺的不同位置时，会产生电压信号，控制显示装置将根据高精度电子尺产生的电压信号计算得到阳极母线的实时位置，母线在任一时间段的位移量，且计算出阳极消耗的速度。在具体进行电解槽内膛测量部分时，先将测量杆处于设定的起始位置，然后启动可编程闭环控制一体化步进电机，随着测量杆向下移动，依次进入到电解质上面，然后进入到电解质与铝水介面，再一步进入到铝水中10公分位置，然后反转可编程闭环控制一体化步进电机，测量杆将由下向上移动，再次返回电解质，返回到起始位置，完成对铝电解槽内膛电解质温度，电解质初晶温度，电解质等距压降，电解质高度、铝水高度、电解槽炉底压降各数据的测量。
本发明的有益效果是：通过本发明的测量装置很好的解决了现在生产测量存在弊端，能够适时真实的反映槽运行状态，具有以下优势：
(1)不需要人工参与，能够按预先设置的程序或根据槽上位机控制系统的指令进行全自动测量。
(2)一次性测量的参数齐全，可以同时测量电解质温度、电解质初晶温度、电解质等距压降、电解质高度、铝水高度、电解槽炉底压降，阳极位置及阳极位移量。从而推导出电解槽内电解质的过热度、炉膛的变化情况、阳极消耗速度，以实现对电解槽生产过程精确控制。
(3)数据具有即时性，测量数据是同一状态下的，具有极高的参考意义。
(4)测量精度远远超出人工测量，能够精确反应电解槽状态和变化情况。
(5)多工艺参数的即时数据，具备精细比较计算和推论，从而准确判断电解槽的运行状态，各参数的变化趋势，实现对电解槽的精细分析和控制。
(6)控制显示装置部分可建立数据库，对测量的历史数据可以进行趋势分析，从而进行趋势控制，保证电解槽长期稳定运行。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对本发明的描述将变得明显和容易理解。
图1本发明的整体结构示意图。
图中符号说明：1一高精度电子尺，2一滑块，3一拉杆，4一阳极平衡母线固定件，5一可编程闭环控制一体化步进电机，6一高精度滑台，7一测量杆，8一壳面保温装置，9一电解槽炉帮，10一耐高温耐腐蚀导电测量头，11一电解槽炉底，12一铝水，13一电解质，14一耐高温耐腐蚀绝缘保护套管，15一控制显示装置。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
下面参照图1来描述根据本发明的实施例提供的一种铝电解槽工艺多参数在线测量装置及测量方法。
如图1所示，用于全自动测量铝电解槽工艺多参数，包括：阳极母线位移量在线实时精确测量装置、电解槽内膛各工艺参数在线测量装置、壳面保温装置(7)、和控制显示装置(14)四个部分。阳极母线位移量在线实时精确测量装置包括：高精度电子尺或拉绳编码器(1)、滑块(2)、拉杆(3)、阳极平衡母线固定件(4)。高精度电子尺(1)一端固定在阳极平衡母线固定件(4)上，另一端固定在电解槽上部结构上。
电解槽内膛各工艺参数在线测量装置，包括：可编程闭环控制一体化步进电机(5)、高精度滑台(6)、测量杆(7)、耐高温耐腐蚀绝缘保护套管管(14)、耐高温耐腐蚀导电测量头(10)、内置热电偶，其中，可编程闭环控制一体化步进电机(5)固定在高精度滑台(6)上端，能够通过丝杠旋转带动高精度滑台(6)上下移动；测量杆(7)上端固定在高精度滑台(6)上，测量杆(7)下端与耐高温耐腐蚀绝缘保护套管(14)上端相连，随高精度滑台(6)上的滑块进行移动；耐高温耐腐蚀绝缘保护套管(14)由氮化硼材质或氮化硅和碳化硅复合材质制成，耐高温耐腐蚀绝缘保护套管(14)上端连接测量杆(7)，下端与耐高温耐腐蚀导电测量头(10)相连；耐高温耐腐蚀导电测量头(10)由石墨体和铠装热电偶构成，与耐高温耐腐蚀绝缘保护套管(14)相连，且在耐高温耐腐蚀导电测量头(10)一侧开圆形凹槽；耐高温耐腐蚀导电测量头(10)内置有热电偶；
壳面保温装置(8)包括保温框架、保温材料；壳面保温装置(8)由电解质或氧化铝粉或电解质和氧化铝粉两者混合料加沥青保温材料经焙烧而成；壳面保温装置形状为圆形或多边型。
在上述技术方案中，控制显示装置(15)包括电源、数据采集板、温度变送器，显示器、控制面板、线缆。
结合图1对本发明提出的一种铝电解槽工艺多参数在线测量方法进一步说明，包括以下步骤：
步骤一：阳极母线测量部分，母线在生产过程中，根据控制进行移动，通过连接机构带动高精度电子尺(1)的滑块(2)移动，滑块(2)在高精度电子尺(1)的不同位置，会产生正比例的电阻(电压信号)；
步骤二：控制显示装置(15)中的数据采集板将采集的高精度电子尺(1)的电阻(电压信号)进行计算，可以得出阳极母线的适时位置，阳极母线在某时间段的位移量，可以计算出阳极消耗的速度，显示在控制显示装置(15)上；
步骤三：高精度电子尺(1)的滑块(2)行程可以设定运行极限位置，到达位置时，控制器报警，提示进行母线转接操作；
步骤四：电解槽内膛测量部分，可编程闭环控制一体化步进电机(5)根据自定义的时间、速度、行程自动启动运行，也可以根据上位机控制程序的指令启动运行，通过丝杠旋转带动高精度滑台(6)上下移动；
步骤五：测量杆(7)固定在高精度滑台(6)上，随高精度滑台(6)进行移动，按程序的设定完成测量工作；
步骤六：测量杆(7)前端的耐高温耐腐蚀绝缘保护套管(14)及耐高温耐腐蚀导电测量头(10)，保护其中的内置热电偶，从上向下逐步运行到电解质(13)和铝水(12)中，然后返回到起始位置，完成对电解质(13)温度、电解质(13)初晶温度、电解质(13)等距压降、电解质高度(13)、铝水(12)高度、电解槽炉底(11)压降各数据的测量；
步骤七：控制显示装置(15)中的数据采集板将采集的数据进行计算，将测量结果显示在控制显示装置(15)上。
测量方法实施例：
在某电解铝厂400KA系列工业电解槽上某一时刻测量的具体实例如下：
测量时，调整耐高温耐腐蚀导电测量头(10)的初始位置距电解槽炉底(11)上面的高度为600mm.。耐高温耐腐蚀导电测量头(10)初始位置为0mm.。此时耐高温耐腐蚀导电测量头(10)悬空，数据采集板采集到0V电压信号，控制程序启动可编程闭环控制一体化步进电机(5)向下运行，随着高精度滑台(6)向下移动，当耐高温耐腐蚀导电测量头(10)接触到电解质(13)时，数据采集板采集到2.3V电压信号，此时记录耐高温耐腐蚀导电测量头(10)位置为131mm，随着耐高温耐腐蚀导电测量头(10)进入电解质(13)后不断向下移动，数据采集板采集到的电压信号呈线性递减，数据采集板采集到的电解质(13)温度为967C°，当耐高温耐腐蚀导电测量头(10)进入铝水(12)后，数据采集板采集到的电压信号维持一个395mv电压值不变，此值为电解槽炉底(11)压降。耐高温耐腐蚀导电测量头(10)初始接触到铝水(12)时的位置为316mm。可以计算得到：电解质(13)高度＝316-131＝185mm；铝水(12)高度＝600-316＝284mm；电解质(13)等距压降为12mv/1mm；电解质(13)温度967C°；电解槽炉底(11)压降395mv。
Claims (3)
1.一种铝电解槽工艺多参数在线测量装置，用于全自动测量铝电解槽工艺多参数，其特征在于，包括：阳极母线位移量在线实时精确测量装置、电解槽内膛各工艺参数自动测量装置、壳面保温装置、和控制显示装置，其中，
所述阳极母线位移量在线实时精确测量装置包括：高精度电子尺或拉绳编码器(1)，滑块(2)，拉杆(3)，阳极平衡母线固定件(4)；所述高精度电子尺或拉绳编码器(1)一端固定在阳极平衡母线固定件(4)上，另一端固定在电解槽上部结构上；
所述电解槽内膛各工艺参数在线测量装置，包括：可编程闭环控制一体化步进电机(5)、高精度滑台(6)、测量杆(7)、耐高温耐腐蚀保护套管(14)、耐高温耐腐蚀导电测量头(10)、内置热电偶，其中，所述可编程闭环控制一体化步进电机(5)固定在所述高精度滑台(6)上端，能够通过丝杠旋转带动高精度滑台(6)上下移动；所述测量杆(7)上端固定在高精度滑台(6)上，测量杆(7)下端与所述耐高温耐腐蚀绝缘保护套管(14)上端相连，随高精度滑台(6)上的滑块进行移动；所述耐高温耐腐蚀绝缘保护套管(14)由氮化硼材质或氮化硅和碳化硅复合材质制成，耐高温耐腐蚀绝缘保护套管(14)上端连接测量杆(7)，下端与耐高温耐腐蚀导电测量头(10)相连；所述耐高温耐腐蚀导电测量头(10)由石墨体和铠装热电偶构成，与耐高温耐腐蚀绝缘保护套管(14)相连，且在耐高温耐腐蚀导电测量头(10)一侧开圆形凹槽；耐高温耐腐蚀导电测量头(10)内置有热电偶；
所述壳面保温装置(8)包括保温框架、保温材料；壳面保温装置由电解质或氧化铝粉或两者混合料加沥青等保温材料经焙烧而成；壳面保温装置形状为圆形或多边型。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽工艺多参数在线测量装置，其特征在于，所述控制显示装置(15)包括电源、数据采集板、温度变送器，显示器、控制面板、线缆。
3.采用权利要求1所述的一种铝电解槽工艺多参数在线测量装置进行测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：阳极母线测量部分，母线在生产过程中，根据控制进行移动，通过连接机构带动所述高精度电子尺(1)的滑块(2)移动，滑块(2)在高精度电子尺(1)的不同位置，会产生正比例的电阻(电压信号)；
步骤二：所述控制显示装置(15)中的数据采集板将采集的所述高精度电子尺(1)的电阻(电压信号)进行计算，可以得出阳极母线的适时位置，阳极母线在某时间段的位移量，可以计算出阳极消耗的速度，显示在所述控制显示装置(15)上；
步骤三：所述高精度电子尺(1)的滑块(2)行程可以设定运行极限位置，到达位置时，控制器报警，提示进行母线转接操作；
步骤四：电解槽内膛测量部分，所述可编程闭环控制一体化步进电机(5)根据自定义的时间、速度、行程自动启动运行，也可以根据上位机控制程序的指令启动运行，通过丝杠旋转带动高精度滑台(6)上下移动；
步骤五：所述测量杆(7)固定在高精度滑台(6)上，随高精度滑台(6)进行移动，按程序的设定完成测量工作；
步骤六：所述测量杆(7)前端的耐高温耐腐蚀绝缘保护套管(14)及耐高温耐腐蚀导电测量头(10)，保护其中的内置热电偶，从上向下逐步运行到电解质(13)和铝水(12)中，然后返回到起始位置，完成对电解质(13)温度、电解质(13)初晶温度、电解质(13)等距压降、电解质高度(13)、铝水(12)高度、电解槽炉底(11)压降各数据的测量；
步骤七：所述控制显示装置(15)中的数据采集板将采集的数据进行计算，将测量结果显示在控制显示装置(15)上。
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