专利名称：铝电解初晶温度检测炉系统装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝电解温度检测设备，特别是涉及一种铝电解初晶温度检测炉系统装置。
背景技术：
从国内铝电解工业目前的生产状况看，还没有实现与生产同步的对电解质初晶温度的检测装置。电解温度是铝电解生产过程中的重要技术参数之一，其包括电解质初晶温度和过热度两部分(电解温度＝初晶温度+过热度)。如果能够准确得到每个电解槽的初晶温度，就能准确把握电解温度，对每个电解槽的耗电量就能定量控制，对节能降耗有很大帮助。而当前各电解铝厂在实际生产中只能检测电解槽的瞬时电解温度，无法定量得知初晶温度和过热度以及三者之间的数量关系，只好依靠操作管理人员的经验和其它技术参数(如分子比)加以大致判断，使电解槽不能处于最佳的工作状态，还造成能量浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铝电解初晶温度检测炉系统装置，以克服现有技术中存在的不能对铝电解初晶温度进行检测的不足。
本发明是这样构成的它包括电源(1)，电源(1)与初晶温度检测炉(2)、炉温控制柜(3)、数据采集系统(4)、工控机(5)为电连接，初晶温度检测炉(2)、炉温控制柜(3)、数据采集系统(4)、工控机(5)之间为电连接。
初晶温度检测炉(2)是本系统的核心设备，所有对电解质样品的加热、冷却、更换操作均在炉体中完成。炉温控制柜直接与检测炉相连，通过炉温控制柜的面板操作，可以方便灵活的调节检测炉的各种机械动作。操作员使用操作面板也可以控制检测炉的动作，可以方便地进行更换坩埚和样品的工作。炉体采用较好的保温措施，保证外壁温度在60摄氏度以下，保证了生产安全。
初晶温度检测炉(2)主要由取放试样机械手(6)、(11)，旋转换位机构(7)，测温室(8)、(12)，炉盖(9)、(13)，冷却仓(10)，加热仓(14)；其中冷却仓(10)、加热仓(14)为分体式结构，炉盖(9)、(13)位于旋转换位机构(7)的底部、炉体台面的上方，炉盖(9)、(13)下部安装有隔热材料。
加热仓(14)位于炉体的右侧底部，冷却仓(10)位于炉体的左侧底部，冷却仓(10)与加热仓(14)成180°夹角，旋转换位机构(7)位于炉体的中间，主轴与炉体中轴重合。
初晶温度检测炉的测温室(8)、(12)、冷却仓(10)内壁为不锈钢制造。
初晶温度检测炉(2)炉体采用硅酸铝纤维。
初晶温度检测炉(2)电炉内胆为碳化硅。
加热仓(14)用于将电解质样品加热熔化，最高加热温度可达1100℃。加热仓由炉温控制柜直接控制，根据需要可以设定恒温区，控制器使用智能调节控制，效率较高。炉膛根据坩埚的大小进行定制，保证提升机构能够方便灵活的工作。
冷却仓(10)为常温室，采用自然冷却，用于更换坩埚，放置样品，保持检测系统连续工作。加热炉、冷却炉内各配置一个坩埚，在测量一个样品时就可以准备另一个样品，提高了工作效率。
取放试样机械手(6)、(11)采用精密机械传动结构，可以自由的上下行走，在测试过程中，通过人工操作或者自动控制，可以将盛有样品的坩埚从加热仓中提出至测温室，也可以将更换过的样品由冷却仓提升至测温室，机械手的行走控制包括精确定位、行程判断，超限保护等等。
旋转换位机构(7)是为了方便工业化生产中大规模测量作业而专门设计的，它可以180°转向，快速的将待测样品由冷却仓(10)转移到加热仓(14)，也可以将加热好的样品由加热仓(14)转移到冷却仓(10)。因此，旋转换位机构(7)是本设备的关键组成部分。
测温室分冷却炉测温室(8)和加热炉测温室(12)，分别位于冷却炉和加热炉上方，电解质温度的测量工作是在这两个测温室中完成的，按照步冷曲线方法的原理，随着初晶点的出现，将会在降温曲线中出现明显的曲线拐点，通过高速采样装置，将这个拐点捕捉下来，就可以准确的判断出电解质的初晶温度。
炉盖(9)、(13)位于旋转换位机构的底部，炉体台面的上方，炉盖(9)、(13)下部安装有隔热材料。在旋转换位机构(7)动作时，炉盖(9)、(13)可以保护操作人员不被加热炉烫伤，防止其他物品掉入加热炉而导致危害。
初晶温度检测炉(2)炉体操作说明如下1.将加热仓通电预热到设定温度。
2.将冷却仓侧的炉盖降下，从冷却仓门内将第一坩埚置于坩埚架上，将测温热电偶插入坩埚内，完成后炉盖升起，进行旋转换位。
3.旋转换位后使装有待测样品坩埚的测温室对准加热仓，装有测试过的样品坩埚的测温室对准冷却仓。
4.两侧炉盖同时降下，加热第一坩埚，同时将第二坩埚从冷却仓门置于测温室炉盖坩埚架上。
5.待第一坩埚内测温热电偶到达设定温度，将炉盖升起，同时测温热电偶开始记录降温曲线，当达到设定点，记录完成。
6.将第一坩埚再次降下，再次加热样品。
7.待达到设定温度后，人工将热电偶提出，防止热偶与样品粘连。
8.等待冷却仓的新样品更换完毕后，两侧炉盖同时升起，等待旋转换位。
9.旋转换位完成后，进行下一个周期的测量。以上过程可以循环往复进行。
炉温控制柜(3)是本系统的功率单元，为加热炉提供电能，并且控制加热炉的加热过程。
每个加热炉均可以单独控制，根据需要测试的样品数可以确定投入的加热炉数目。通过温度显示屏既可以监视当前的温度值，又可以更改温度参数。电压表与电流表指示出控制柜当前的工作状态。通过温度传感器输入温度信号从而控制功率的强弱，使得炉温达到要求。使用信号端子可以将多个温度控制器与检测控制单元连接起来，可以直接通过上位机软件设定各加热通道的参数值。
智能型温度控制器作为炉温控制柜的中心控制单元，根据温度的不同采用不同的调节方式，使得加热炉可靠，温度值准确，功耗较低。根据不同的室温还可以进行温度补偿调节。对于信号线故障可以进行报警。
数据采集系统(4)将测温传感器检测到的温度信号变换为数字信号后供计算机进行处理。检测控制单元是进行温度校正，数据处理、存储、显示和打印，以及工作过程控制的主控装置。其以单片机做为主控制单元，是初晶温度检测系统的智能核心。检测得到的数据可以通过标准RS-232接口传送至上位机。通过上位机软件实现铝电解质样品温度变化曲线数据的存储，并计算初晶形成时温度曲线拐点，从而得出初晶温度。
工控机(5)作为上位机来处理散热及冷却过程的信息。开发平台采用Windows 2000/Xp系统、DELPHI 7.0和SQL Server 2000数据库。应用软件系统主要由参数设定、加热及冷却过程控制、温度曲线计算及显示、初晶点捕捉、历史数据查询、统计分析和报表打印等功能模块组成。
工控机(5)连接到数据采集系统(4)。对本套设备而言，一台数据采集系统可连接多台炉温控制柜，每台炉温控制柜又与一台初晶温度检测炉相连，从而达到控制检测炉动作，进行初晶温度测量的目的。
初晶温度检测炉系统装置的特点为它是一种专用检测设备，针对电解质初晶温度的测量特点与技术要求，通过专用检测炉完成对电解质加热和降温过程的检测，辅以先进的操作控制机构，配备高速、高精度的数据采集系统，完成对电解质降温过程的精确监测；该检测炉具有加热、冷却两仓室，两套带有测温腔的取放试样机械手，一套试样换位机构及高速温度检测系统和动作控制系统，可快速加热、提取、检测试样，在加热仓温度始终高温衡定状态下实现试样连续快速检测。该系统装置通过采用自行研制的铝电解初晶温度检测炉，配置炉温控制与数据采集设备，根据步冷曲线法原理用数据采集单元对冷却过程进行监控并采集数据，将铝电解质的冷却过程信息传送至上位机进行数据处理，完成对电解质降温过程的精确监测；通过控制软件，利用相应的算法，绘制出降温曲线，就可以得出电解质的初晶形成点温度。
初晶温度检测炉系统装置工作原理及过程如下1、通电，将炉温控制柜温控开关设定到操作需要的工作温度。
2、将初晶温度检测炉的测温室(8)炉盖降下，从常温仓门将第一坩锅置与坩锅架上，炉盖升起。
3、将测温热电偶插入坩锅内。
4、旋转换位将测温室(8)对准电炉，测温室(12)对准冷却仓(常温室)。
5、初晶温度检测炉两侧炉盖同时降下，加热第一坩锅，同时将第二坩锅从常温仓门置于测温室(12)炉盖坩锅架上。
6、将初晶温度检测炉的测温室(12)炉盖升起，将测温热电偶插入坩锅内。
7、待第一坩锅内测温热电偶到达设定温度，将测温室(8)炉盖升起，同时测温热电偶开始记录降温曲线。
8、旋转换位将测温室(12)对准电炉，测温室(8)对准冷却仓(常温室)。
9、两侧炉盖同时降下，加热第二坩锅，等待第一坩锅降温至设定点，记录降温曲线完成。
10、将初晶温度检测炉的测温室(8)炉盖再升起。
11、待第二坩锅内测温热电偶到达设定温度，将测温室(2)炉盖升起，同时测温热电偶开始记录降温曲线。
12、旋转换位将测温室(8)对准电炉，测温室(12)对准冷却仓(常温室)。
13、初晶温度检测炉两侧炉盖同时降下，再加热第一坩锅，同时等待第二坩锅降温至设定点，记录降温曲线完成。将测温室(12)炉盖再升起
14、第一坩锅内铝液熔化时，拔出测温热电偶，将测温室(8)炉盖再升起。
15、旋转换位将测温室(12)对准电炉，测温室(8)对准冷却仓(常温室)。
16、初晶温度检测炉装置两侧炉盖同时降下，再加热第二坩锅。同时从冷却仓(常温室)门，将第一坩锅取出，换装第三坩锅。将测温室(8)炉盖再升起。
17、第二坩锅内铝液熔化时，拔出测温热电偶，将测温室(12)炉盖再升起。
18、以上过程循环往复进行。
铝电解生产过程中，主要成份配比发生变化时电解初晶温度和过热度将发生变化。通过这一装置得到的检测数据能够真实反映铝电解的初晶温度及变化情况，从而实现对铝电解生产过程的控制。
从国内外铝工业目前的状况看，没有实现实时在线检测铝电解槽壳温度，从国内铝工业目前的状况看，也没有实现铝电解初晶温度的检测。因此本发明可以帮助管理者进一步认识铝电解生产过程中的各种变化机理，寻找铝电解生产过程中电解槽槽壳温度及初晶温度变化的规律性以及相关影响因素、影响的方向和程度，将槽壳温度作为控制变量纳入控制，将初晶温度作为控制变量纳入温度控制，进一步提高铝电解槽的自动控制水平。本发明适用于各铝电解生产厂对铝电解初晶温度的检测，从而精确控制铝电解生产过程中电解温度、过热度。因而具有很好的推广应用前景和产业化价值。
综上所述，与现有技术相比，本发明能够检测和计算出铝电解初晶温度，实现对电解温度、分子比、电压、系列电流等技术条件之间的关系较为准确的判断，有利于铝电解技术条件的进一步稳定控制，从而有效保证铝电解生产的平稳运行，最大限度地发挥其电能效率，最终达到进一步推动铝电解生产管理水平和技术进步，并能为提高铝电解效率，改进铝电解工艺具有重要意义。
图1本发明的组成示意图；图2本发明的初晶温度检测炉(2)结构示意图。
具体实施例方式
具体实施例方式初晶温度检测炉2主要由取放试样机械手6、11，旋转换位机构7，测温室8、12，炉盖9、13，冷却仓10，加热仓14所组成，按照图2所示进行连接，其中冷却仓10、加热仓14为分体式结构，加热仓14位于炉体的右侧底部，冷却仓10位于炉体的左侧底部，冷却仓10与加热仓14成180°夹角，旋转换位机构7位于炉体的中间，主轴与炉体中轴重合，炉盖9、13位于旋转换位机构7的底部、炉体台面的上方，炉盖9、13下部安装有隔热材料，测温室8、12、冷却仓10内壁为不锈钢制造，其余为碳钢；初晶温度检测炉2炉体采用硅酸铝纤维隔热保温，电炉内胆采用碳化硅。
初晶温度检测炉系统装置如图1所示，电源1与初晶温度检测炉2、炉温控制柜3、数据采集系统4、工控机5为电连接，初晶温度检测炉2、炉温控制柜3、数据采集系统4、工控机5之间为电连接。
权利要求
1.一种铝电解初晶温度检测炉系统装置，它包括电源(1)，其特征在于初晶温度检测炉(2)、炉温控制柜(3)、数据采集系统(4)、工控机(5)与电源(1)为电连接，初晶温度检测炉(2)、炉温控制柜(3)、数据采集系统(4)、工控机(5)之间为电连接。
2.根据权利要求1所述的铝电解初晶温度检测炉系统装置，其特征在于初晶温度检测炉(2)的结构包括取放试样机械手(6)、(11)，旋转换位机构(7)，测温室(8)、(12)，炉盖(9)、(13)，冷却仓(10)，加热仓(14)；其中冷却仓(10)、加热仓(14)为分体式结构，炉盖(9)、(13)位于旋转换位机构(7)的底部、炉体台面的上方，炉盖(9)、(13)下部安装有隔热材料。
3.根据权利要求2所述的铝电解初晶温度检测炉系统装置，其特征在于加热仓(14)位于炉体的右侧底部，冷却仓(10)位于炉体的左侧底部，冷却仓(10)与加热仓(14)成180°夹角，旋转换位机构(7)位于炉体的中间，主轴与炉体中轴重合。
4.根据权利要求2所述的铝电解初晶温度检测炉系统装置，其特征在于初晶温度检测炉的测温室(8)、(12)、冷却仓(10)内壁为不锈钢制造。
5.根据权利要求1或2所述的铝电解初晶温度检测炉系统装置，其特征在于初晶温度检测炉(2)炉体采用硅酸铝纤维。
6.根据权利要求1或2所述的铝电解初晶温度检测炉系统装置，其特征在于初晶温度检测炉(2)电炉内胆为碳化硅。
全文摘要
本发明公开了一种铝电解初晶温度检测炉系统装置，其电源与初晶温度检测炉、炉温控制柜、数据采集系统、工控机为电连接，初晶温度检测炉2、炉温控制柜3、数据采集系统4、工控机5之间为电连接。初晶温度检测炉主要由取放试样机械手、旋转换位机构、测温室、炉盖、冷却仓、加热仓所组成，其中冷却仓、加热仓为分体式结构，炉盖位于旋转换位机构的底部、炉体台面的上方，炉盖下部安装有隔热材料，加热仓位于炉体的右侧底部，冷却仓位于炉体的左侧底部，冷却仓与加热仓成180°夹角，旋转换位机构位于炉体的中间，其主轴与炉体中轴重合。本发明能够检测和计算出铝电解初晶温度，有利于铝电解技术条件的进一步稳定控制。
文档编号G01N25/02GK101055145SQ200610110208
公开日2007年10月17日 申请日期2006年12月11日 优先权日2006年12月11日
发明者黎云, 邹韶宁, 龚春雷, 杨孟刚, 田维红, 李世军, 刘彬, 崔健, 王先黔, 朱健, 田海军, 谭廷忠, 黄志兵, 宗良黔, 姚启飞 申请人:中国铝业股份有限公司