铝电解槽铝液界面波动和极距在线监测方法及其装置

摘要

本发明公开了一种铝电解槽铝液界面波动和极距在线监测方法及其装置，它是利用一根载波信号线连接阳极导杆（1）的夹具和载波装置（2）、另一根信号线连接预装在阴极钢棒爆炸焊块（5）和信号接收装置（3）；载波装置（2）O端与信号接收装置（3）N端连接形成一测量回路；载波装置（2）向测量回路载入一特定频率f的正弦信号，对极距进行测量；信号接收装置（3）与工控机（4）连接；信号接收装置（3）接收输入电压UAO与输出电压UMN数据，并将处理后的数据传输至工控机（4）；从而将电解槽等效为一个LCR电路，通过计算输出电压UMN与输入电压UAO幅值比，即可计算出极距。

说明书

技术领域

本发明涉及铝电解监测技术领域，尤其涉及一种基于载波法的铝电解槽铝液界面波动和极距在线监测方法及其监测装置。

背景技术

铝电解生产中，极距是指铝电解槽阳极底掌到阴极铝液与电解质的界面之间的距离。它既是电解过程中的电化学反应区域，又是维持电解温度的热源中心，因此，调节极距的变化是铝电解生产控制的重要手段。增大极距，虽然能够提高电流效率，但是槽电压也随之增大，能耗就越高，所以，铝电解槽只有保持一定的极距才能正常生产。另外，由于反应过程中，阳极底掌下阳极气体CO₂的生产、运动和排放以及磁场的作用会扰动铝液界面，形成铝液界面波动，也会造成能耗的增大。综上所述，实现铝电解铝液界面波动和极距的实时监测对于铝电解生产的节能降耗具有十分重要的意义。

目前，工业上大多数采用钎插法对极距进行测量，该方法是人工将特制的钎子从出铝口插入槽中，抽出然后记录下极距的高度。这种方法不仅忽略了铝液界面的波动，误差很大，而且只能粗略的反应电解槽某一处的极距，不能反映整个电解槽极距的变化情况；也有采用阳极导杆等距压降法判断不同槽况铝液界面波动的相对大小，但该方法不能确定铝液界面波动的高低；还有采用单位高度电解质电压降、槽电压几初电解质压降以外的电压降计算实时极距并计算铝液高度，但该方法是以电解工况和系列电流不变为前提的，不能真实反映实际生产中极距和铝液界面波动的情况；也有采用组合式测试探头插入电解槽熔体中，从各探头获取从阳极底掌到阴极之间各部分电压降数据来计算极距和铝液界面波动情况的方法，但该方法也是只能测量出电解槽一定区域的极距值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于载波法的铝电解槽铝液界面波动和极距的在线监测方法及其监测装置，以解决现有技术测量误差大，不能实时反映全槽铝液界面波动和极距变化，导致电解生产控制水平低等问题。

本发明的技术方案如下：

本发明是这样一种基于载波法的铝电解槽铝液界面波动和极距在线监测方法，它包括以下步骤：

步骤1：自制载波信号线（高温屏蔽线），带接线端子一端连接安装在阳极导杆的夹具上（信号载入点），带航空插头一端接载波装置A端；

步骤2：另一根信号线（高温屏蔽线）带接线端子一端接入预装在阴极钢棒爆炸焊块上的接线柱，带航空插头一端接信号接收装置M端；

步骤3：载波装置O端与信号接收装置N端连接形成一测量回路；

步骤4：载波装置向测量回路载入一特定频率f的正弦信号，对极距进行测量；

步骤5：信号接收装置与工控机电连接；

步骤6：信号接收装置接收输入电压U_AO与输出电压U_MN数据，并将处理后的数据传输至工控机；

步骤7：将电解槽等效为一个LCR电路，工控机根据公式：

通过计算输出电压U_MN与输入电压U_AO幅值比，即可计算出极距。式中：C_x为极距等效电容；ε为相对介电常数；ε₀为真空介电常数；Z₁为电解槽等效电路的总阻抗；Z为测量回路的总阻抗；其中，测量回路既可为电解槽进电侧或出电侧阳极导杆与其对应阴极钢棒头进电侧或出电侧之间的回路计算极距，也可为进电侧阳极导杆与其相邻的阴极钢棒头进电侧或与其对应的阴极钢棒的出电侧形成回路监测铝液界面波动情况。

用于上述方法的本发明一种基于载波法的铝电解槽铝液界面波动和极距在线监测装置，它包括载波装置、信号接收装置与工控机，载波装置与信号接收装置电连接，信号接收装置与工控机连接；自制载波信号线，带接线端子一端连接安装在阳极导杆的夹具上（信号载入点），带航空插头一端接载波装置A端；另一根信号线带接线端子一端接入预装在阴极钢棒爆炸焊块上的接线柱，带航空插头一端接信号接收装置M端；载波装置O端与信号接收装置N端连接形成测量回路。载波装置可根据槽型不同产生不同的载波信号；所述信号接收装置，它还包括参数调整电路、滤波电路和数据采集卡；信号接收装置至少为4通道。

本发明有益效果：

利用本发明提供的在线监测方法和装置，可在线准确获取电解槽各区域的实时极距和铝液界面波动情况为铝电解槽的优化管控提供了强大的数据支持；本发明解决了现有技术测量不精确，很难对各种工况下的极距和铝液界面波动状态变化进行实时监测，导致电解生产控制水平低等问题。

附图说明

图1为本发明监测装置结构示意图；

图2为本发明监测方法原理等效电路示意图；

图3为本发明监测方法不同测量回路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的这种基于载波法的铝电解槽铝液界面波动和极距在线监测装置，它包括载波装置2、信号接收装置3与工控机4，载波装置2与信号接收装置3电连接，信号接收装置3与工控机4连接；自制载波信号线，该载波信号线为高温屏蔽线，其一端带接线端子，另一端带航空插头。将载波信号线带接线端子一端连接安装在阳极导杆1的夹具上（信号载入点），带航空插头一端接载波装置2的A端；另一根信号线带接线端子一端接入预装在阴极钢棒爆炸焊块5上的接线柱，带航空插头一端接信号接收装置3的M端；载波装置2的O端与信号接收装置3的N端连接形成测量回路。载波装置可根据槽型不同产生不同的载波信号；信号接收装置3包括参数调整电路、滤波电路和数据采集卡；信号接收装置3至少为四通道。

如图2所示，图2展示了本发明监测方法原理等效电路示意图。本发明的监测方法是这样的：将自制载波信号线（高温屏蔽线），带接线端子一端连接安装在阳极导杆1的夹具上（信号载入点），带航空插头一端接载波装置2的A端；另一根信号线（高温屏蔽线）带接线端子一端接入预装在阴极钢棒爆炸焊块5上的接线柱，带航空插头一端接信号接收装置3的M端；载波装置2的O端与信号接收装置3的N端连接形成一测量回路；载波装置2向测量回路载入一特定频率f的正弦信号，对极距进行测量；信号接收装置3与工控机4电连接；信号接收装置3接收输入电压U_AO与输出电压U_MN数据，并将处理后的数据传输至工控机4；通过计算输出电压U_MN与输入电压U_AO幅值比，即可计算出极距。

实施本发明监测方法的一种测量回路如图3所示：电解槽进电侧阳极导杆A1与其对应阴极钢棒头进电侧0或出电侧1之间的回路计算极距，也可为进电侧阳极导杆A1与其相邻的阴极钢棒头进电侧2或与其对应的阴极钢棒的出电侧3形成回路监测铝液界面波动情况。

当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。