一种铝电解初晶温度测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种铝电解初晶温度测量方法及系统；所述的方法包括以下步骤：步骤1：参数获取：将多路K型热电偶同时插入位于炉体内的铝电解槽内熔体的不同深度处，并采用其中的一路K型热电偶测量炉体温度；另外的多路K型热电偶用于电解质样温度的测量，以获取铝电解槽中电解质温度梯度分布参数；步骤2：基于电解质温度曲线获取电解质初晶温度值：根据电解质温度与时间的关系绘制曲线，即电解质温度曲线，将电解质温度曲线的首尾端点连成直线，在该电解质温度曲线上，位于直线左边并距离直线最远点对应的温度值即为电解质初晶温度值。该铝电解初晶温度测量方法及系统易于实施，且测量数据准确。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种铝电解初晶温度测量方法及系统；所述的方法包括以下步骤：步骤1：参数获取：将多路K型热电偶同时插入位于炉体内的铝电解槽内熔体的不同深度处，并采用其中的一路K型热电偶测量炉体温度；另外的多路K型热电偶用于电解质样温度的测量，以获取铝电解槽中电解质温度梯度分布参数；步骤2：基于电解质温度曲线获取电解质初晶温度值：根据电解质温度与时间的关系绘制曲线，即电解质温度曲线，将电解质温度曲线的首尾端点连成直线，在该电解质温度曲线上，位于直线左边并距离直线最远点对应的温度值即为电解质初晶温度值。该铝电解初晶温度测量方法及系统易于实施，且测量数据准确。【专利说明】—种铝电解初晶温度测量方法及系统
本专利技术涉及一种铝电解初晶温度测量方法及系统。
技术介绍
近年来，我国铝冶金工业有了飞速发展，现在已经成为世界产铝大国。全球电解铝增产动力主要来自中国。铝电解质初晶温度是铝电解生产中重要的工艺研究参数之一。初晶温度即铝电解质初始结晶(凝固)时的温度，在电解过程中电解槽的温度(电解质温度)应高于初晶温度，电解才可以顺利地进行。电解质温度高出初晶温度的部分称为过热度，一般认为最佳过热度是10°c左右。电解质温度主要由电解槽的电流效率、热收入、电解槽内的铝量决定；初晶温度由电解质成分决定。物料平衡可由氧化铝浓度的控制来解决，能量平衡控制则没有很好控制，能量平衡控制的目标，就是把铝电解质温度控制在适当的低温范围内。通常电解质温度介于910°c至980°C之间。当电解质温度降低时，能极大地减少电能的损耗，铝的重量损失大为减小，其原因是随着温度的降低，金属的溶解度减小；但温度过低，将导致电解质结晶严重，影响整个电解槽不能运行，造成“病槽”或者“死槽”，因而在电解槽稳定运行与节能降耗之间存在着矛盾。测量时，6路K型高精度热电偶同时插入槽内熔体不同深度处，其中I路用于炉体温度测量，其余5路K型高精度热电偶同时插入槽内熔体不同深度处，深度依次相差5cm，用于电解质样温度的测量，自动地获取铝电解槽中电解质温度梯度分布情况等参数，但检测过程存在一些干扰，如生产过程中液面波动等。实践证明，铝电解质温度的高低，与电流效率的高低有直接关系。在保持电解槽正常运行的条件下，电解质温度降低10°c，则电流效率将提高I?1.5%。实时准确测量电解质温度，根据实际情况当过热度每降低10°C，即可降低电能损耗达2%?3%，对一个年产几十万吨原铝的企业来说，就可节约成本数千万元。对于电解铝生产企业而言，可最大程度地降低每吨原铝的生产成本，获取显著的经济效益；对于社会而言，可减少能源消耗与浪费，获得显著的社会效益。因此，有必要设计一种铝电解初晶温度测量方法及系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种铝电解初晶温度测量方法及系统，该铝电解初晶温度测量方法及系统易于实施，且测量数据准确。专利技术的技术解决方案如下:本专利技术依据的理论如下:当一个冷的物体快速地浸入到高温熔盐中时，其表面立即冷凝一层凝固物。由于该过程相当于部分电解质进行“骤冷”，因此凝固物成份与溶盐相同，在物体温度不断升高的过程中，凝固层经历了加厚、稳定、减薄直至全部熔化这一过程。如果物体的体积足够小，而且导热性能又相当好，则在任何时刻可以认为物体的温度是均匀的，那么在凝固层熔化完这一瞬间，物体的温度就是熔盐的初晶点(对于纯熔盐则为熔点)。根据传热原理，在凝固物全部熔化完的瞬间，物体的温度变化率突然上升，出现一个突变点，这一突变点所对应的温度就是熔盐的初晶点温度。依据以上情况，设计多个热电偶组成的阵列，同时插入槽内熔体不同深度处，自动地获取铝电解槽中电解质温度梯度分布情况等参数，并通过上位机软件确定电解质温度与时间的曲线，根据电解质温度曲线前后两点形成的直线，判定位于直线左边并距离直线最远点为初晶温度点。有益效果:本专利技术的铝电解初晶温度测量方法及系统，通过多个热电偶组成的阵列在同时插入槽内熔体不同深度处，自动地获取整槽中电解质温度梯度分布情况等参数，准确地测量出铝电解的初晶温度，当生产过程中电解质温度降低时，能极大地减少电能的损耗，从而能提闻招电解效率。【专利附图】【附图说明】图1为铝电解初晶温度测量系统的结构框图。图2为6路K型闻精度热电偶结构不意图。图3为电解质温度曲线及电解质初晶温度的判定示意图。标号说明:1_炉体装置，2-K型热电偶，3-温度信号处理电路，4-按键，5-炉温控制电路，6-主控制器，7-声光报警电路，8-上位机；，1-炉体部分，12-控制电路部分，13-上位机部分。【具体实施方式】以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明:实施例1:如图1，铝电解初晶温度测量系统，主要由炉体部分、控制电路部分和上位机部分三部分构成。每个炉体装含有6路K型高精度热电偶，响应时间为30ms?30s，本系统采用了 MAXM公司新近推出的MAX6675，MAX6675是一个集成了热电偶放大器、冷端补偿、A/D转换器及SPI串口的热电偶放大器与数字转换器，测量温度范围在O?1023.5°C，其温度分辨能力达0.25°C。测量时，6路K型高精度热电偶同时插入槽内熔体不同深度处，深度依次相差5cm。I路用于炉体温度测量，5路用于电解质样温度的测量，自动地获取铝电解槽中电解质温度梯度分布情况等参数。确定电解质温度与时间的曲线关系，根据电解质温度曲线前后两点形成的直线，判定位于直线左边并距离直线最远点为初晶温度点并加以标注，并存储数据生成报表。本专利技术能够实现炉体温度在一定范围内调节，并能准确的检测和计算出招电解初晶温度。炉体温度控制在940°C?1010°C的可调范围，电解质样的温度测量范围为910°C?970°C，电解质的初晶温度为910°C?940°C。炉温的控制为从起始温度加热至设定炉温，断开炉体加热电源，开始测量电解质样的温度，一个周期约12分钟，进入炉温下限且新试样更换完成后，合上炉体加热电源，进入下一个测量周期；整套测量装置为半自动设计，炉体温度的控制和电解质样温度的采集为全自动方式工作，电解质样的运动机械装置为纯手动。其中控制电路部分由温度信号处理电路、炉温控制电路(为现有成熟技术)及按键与声光报警电路组成，完成铝电解质温度采集、炉体温度自动控制、相关参数显示、提醒及报警等功能；上位机通过计算机来实现，主要用于接收和处理下位机(即控制电路部分)传过来的数据，准确计算出初晶温度值并加以标注，并存储数据生成报表；炉体装置主要用于完成铝电解质加热。整个装置的工作原理如下:工作人员在上位机的软件系统界面上输入炉温上限、各槽内熔体的样品编号、样品温度上下限后，向下位机发送启动命令，主控制器接收到上位机的命令后，通过炉温控制电路对炉体进行加热，温度信号处理电路开始采集炉体温度，当炉体加热到940°C时候，工作时炉体温度控制在940°C?1010°C的可调范围，声光报警电路产生声光报警提示工作人将铝电解质样品放入炉体装置并开始采集铝电解质温度；继续对炉体加热，当加热到炉体设置温度上限时维持炉温不变，直到各铝电解质温度达到设置上限，停止加热，声光报警电路提示测量开始，每隔3秒钟左右采集一次铝电解质温度并记录下来，直到铝电解质温度下降为设置下限，停止采集数据，将记录本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝电解初晶温度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：参数获取：采用其中的一路K型热电偶测量炉体温度，并将多路K型热电偶同时插入位于炉体内的铝电解槽内熔体的不同深度处，多路K型热电偶用于电解质样温度的测量，以获取铝电解槽中电解质温度梯度分布参数，步骤2：基于电解质温度曲线获取电解质初晶温度值：如果物体的体积足够小，而且导热性能又相当好，则在任何时刻可以认为物体的温度是均匀的，那么在凝固层熔化完这一瞬间，物体的温度就是熔盐的初晶点(对于纯熔盐则为熔点)，根据传热原理，在凝固物全部熔化完的瞬间，物体的温度变化率突然上升，出现一个突变点，这一突变点所对应的温度就是熔盐的初晶点温度，根据电解质温度与时间的关系绘制多条曲线，即电解质温度曲线，将电解质温度曲线的首尾端点连成直线，在该电解质温度曲线上，位于直线左边并距离直线最远点对应的温度值即为多个电解质初晶温度值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏向阳，李劼，邹忠，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43