专利名称：一种铝电解槽电解质过热度检测仪的制作方法
技术领域：
本发明属于铝电解槽的自动控制或调节装置的技术领域，具体涉 及到一种铝电解槽电解质过热度检测仪。
背景技术：
电解质过热度是指电解质温度与其初晶温度的差值。研究表明 过热度过高，不利于电解槽内炉帮的形成和保持；过热度过低，对于氧化铝的溶解和生产稳定不利。在一定的电解温度下，过热度越低， 电流效率越高。因此，对于过热度的测量和控制越来越受到重视。
中国专利200320128760.8、 200420030787.8和200520091983.0先后公开过多种电解质过热度测试仪。这些仪器的测试方法均是利用 专用探头从槽内取出少量熔融电解质，由浸入电解质内的测温元件跟 踪电解质的温度变化过程，根据电解质相变过程中出现的温度阶跃以 确定其初晶温度，进而计算出其过热度。
中国专利200720010200.0公开了《一种铝电解槽电解质过热度 在线检测仪》，该装置的测温探头保护管由一种耐熔融电解质腐蚀的 材料制成，能够长期浸泡在熔融电解质中，可根据需要随时启动控制 程序测量电解质的过热度。然而，它的工作原理与上述专利一样，仍 然只是通过检测电解质的降温曲线，由降温曲线上出现的平台和拐点 来确定电解质的初晶温度和过热度。问题在于在检测实践中，有时候 电解质降温曲线上平台和拐点并不明显出现，这就会影响到检测电解质初晶温度和过热度时的灵敏度和准确性，看来要解决这一问题，还 需要从原理上提出新的构思。
发明内容
本发明的目的是寻求一种精确测定电解质过热度方法的新的构 思。在此基础上，相应地提出一种新型的铝电解质过热度检测仪。发 明人注意到，在测量铝电解质凝固的温度变化曲线时，其拐点的出现 往往并不明显，而其电阻变化却是极其明显，因为熔融电解质是离子 导体，而一旦电解质凝固，它立即便成为绝缘体，故此时电阻便会出 现突变。因此通过观测电解质电阻随温度变化，便能精确地测定电解 质的初晶温度，从而精确地测定电解质的过热度。
本发明的铝电解槽电解质过热度检测方法，其特征在于通过在电 解质冷却时，同时检测铝电解质的温度下降和相应电阻发生的变化曲 线来确定电解质的过热度。
本发明还提出了一种实施铝电解槽电解质过热度检测方法的检 测仪，包括测温热电偶、测温桶和记录装置，其特征在于除了测温 热电偶外，另安有一对插入到测温桶熔融电解质中的电极和测量该两 电极间电阻的装置，以及由单片计算机控制的电信号采集和处理的电 子电路。
本发明的铝电解槽电解质过热度检测仪，所说的由单片计算机控 制的电信号采集电子电路，包括(1)同测温热电偶相连接的信号放 大器和滤波器；和(2)同电极相连接的电控变阻器和信号取样器。
本发明的铝电解槽电解质过热度检测仪，所说的由单片计算机控片计算机控制的电信号处理电子电路，包括(1)同电极相连接的方
波输出电路和电控变阻器信号输出电路；和(2)显示模块。
本发明的铝电解槽电解质过热度检测仪在检测时，将热电偶和测 电阻的两电极插入由坩埚容器所做的测温桶内， 一同插入电解质中同 时测量测温桶内的温度，当温度保持稳定不变时，将坩埚拿离电解质， 此时电解质开始降温，同时测量电解质的温度和电阻，并记录测量的 温度和电阻曲线，当电解质开始结晶时熔盐电解质的电阻出现明显的 变化，此时的所测点的温度值即为电解质的初晶点温度。同样通过电 解质的电阻也可以计算出电解质的温度。
本发明的方法其基本原理是，当电解质熔体达到初晶温度时，电 解质熔体中有冰晶石固体颗粒开始析出，电解质由液相开始向固相发 生变化，同时电解质的物理特性和化学特性相应地也会发生较大的变
化，电解质的电性能逐步由导体向绝缘体变化；虽然各种添加剂对电 解质电导率的影响有所不同，但它们对电导率的综合影响通常满足以 下对数关系式
<formula>see original document page 5</formula> 其中a,b，c，d,e,f,h，i为常数，k为电解质的电导率，T为电解 质的温度，CR为电解质的分子比，w%为质量百分比。 上述各系数的取值范围为0<a，b<9; 0.01<c<0. 09; 0. 001<d， e， f, g<0. 09;0. 001<h<0. 009; 1000<i<3000;
由上式求导可以得出熔体在结晶前电导的变化率， 一般情况下电导率随着电解温度的增加而增大。温度升高1℃，电解质的电导率大约增加0. 003S/cm。
当电解质的电导率发生突变时，说明结晶开始。本发明的过热度 检测仪在所测电阻在结晶前满足上面的电导关系式，当电阻出现拐点时，此时所测温度为结晶温度。
本发明的方法其优点是当电解质熔体出现结晶时，物质结构发生变化，同时有热量放出，但此时释放的热量较小，故仅仅看温度冷却曲线，其怪点可能会不明显。现在同时记录电解质的电阻曲线和温度冷却曲线，电阻曲线的拐点明显得多，当电阻曲线上出现拐点，该拐点温度即为电解质的初晶温度，当然也可以通过温度冷却曲线的拐点来验证。因为电阻的拐点非常明显，避免了由于热电偶稳定性慢有 时没有明显拐点的弊端。埘埚内的温度分布并不是均匀的，在电解质熔体的冷却过程中靠近坩埚内壁的温度总是低于熔体内部的温度，凝固也是要从坩埚内壁开始。因此热电偶在坩埚熔体内部的定位对数据 的准确性就显得非常重要。如果热电偶不靠近坩埚内壁电解质开始出现结晶的位置，则所测的初晶温度低于电解质熔体的实际初晶温度。 因此，本发明采用小试样的半球形坩埚测量电解质初晶温度的测量方法。
同样，为了保证测量的准确性，温度和电阻的测量同步采用lms的采样速率，采样周期为10ms至10s可调。
本发明的温度采样原理为采用热电偶采集电解质的热变电压， 经放大滤波后输入计算机，去掉测量体系的误差(如测量导线电阻
等系统误差)，再根据所用测量热电偶的热电特性(R＝F (T))转换为 温度值。
本发明的电阻(或电导率)采样原理为采用两根金属电极插入
电解质中，在两电极之间施加电压，通过采集取样电阻的电压来推算 出电解质的电阻值，为了克服所测电解质两端的电极极化问题给测量 带来的误差，利用不断改变电导池常数的方法测定电解质的电阻值， 施加的电压为振幅大小相等极性相反的方波信号，方波信号的振幅和 幅宽自动调节，且为了提高测量精度，取样电阻为一个电控的可变电 阻箱，使取样电阻始终保持和采样电阻在相同的数量级上。
图l、为本发明的铝电解槽电解质过热度检测仪装置方框图2、为本发明的铝电解槽电解质过热度检测仪的测温桶和探头 装置简图3、为电解质凝固过程中所测得的时间一温度曲线。
图4、为电解质凝固过程中所测得的电导率一温度曲线。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的内容作进一步的说明与补充。
如图2所示，采用坩埚1作测温桶，桶内分别插入带套管的测温 热电偶2和一对电极3。电极上部安有保护套管5，电极和热电偶通
过固定支架6连接到电极升降装置7上。怎样装配好，就构成了本发 明的铝电解槽电解质过热度检测仪的测温桶和探头装置。如图1所 示，上述测温热电偶末端通过补偿导线(图中省略未画出)、信号放 大器、滤波器连接到单片计算机的一组接口上；而测量电解质熔体电 阻(或电导率)的电极则通过电控变阻器、信号取样器也连接到单片 计算机的另一组接口上。本发明在检测电解质熔体的电阻(或电导率) 时，一方面，由单片机不停地向两电极上施加方波电压信号；另一方 面，又由单片机调节电控变阻器的阻值，使所测得的电解质的电阻(或 电导率)在一个适当的范围内，以确保从单片机的显示模块上输出的 电导率一温度曲线不致于过大的超出显示屏的范围。
本发明的铝电解槽电解质过热度检测仪在检测时，现将测温热电 偶和测电阻的电极，用固定夹具夹好，通过调节电机升降装置将它们 固定在由坩埚容器所做成的测温桶内。在将测温桶整体浸入电解质熔 池中，测量测温桶内的温度。当温度保持稳定不变时，将测温桶拿离 电解质熔池，此后电解质便会逐步降温，此时连续测量电解质的温度 和电阻，并记录所测得的温度和电阻(即电导率)变化情况。实际检 测所得到的电解质温度一时间曲线如图3所示；而所测得的电解质电 导率一温度曲线则如图4所示。从图4中可以看出，当电解质开始 结晶时，熔盐电解质的电导率出现有明显的突变点，该突变点所对应 的温度值即为电解质的初晶温度。同样，通过电解质的电导率也可以 计算出电解质的初晶温度。
权利要求
1.一种铝电解槽电解质过热度检测方法，其特征在于通过在电解质冷却时，同时检测铝电解质的温度下降和相应电阻发生的变化曲线来确定电解质的过热度。
2. —种实施铝电解槽电解质过热度检测方法的检测仪，包括测温热电偶、 测温桶和记录装置，其特征在于除了测温热电偶外，另安有一对插入到测温 桶熔融电解质中的电极和测量该两电极间电阻的装置，以及由单片计算机控制 的电信号采集和处理的电子电路。
3. 按权利要求2所述的铝电解槽电解质过热度检测仪，其特征在于所说的由单片计算机控制的电信号采集电子电路，包括(1) 同测温热电偶相连接的信号放大器和滤波器；(2) 同电极相连接的电控变阻器和信号取样器。
4. 按权利要求2所述的铝电解槽电解质过热度检测仪，其特征在于所说的 由单片计算机控制的电信号处理电子电路，包括(1) 同电极相连接的方波输出电路和电控变阻器信号输出电路；(2) 显示模块。
全文摘要
一种铝电解槽电解质过热度检测方法，其特征在于通过在电解质冷却时，同时检测铝电解质的温度下降和相应电阻发生的变化曲线来确定电解质的过热度。一种实施铝电解槽电解质过热度检测方法的检测仪，包括测温热电偶、测温桶和记录装置，其特征在于除了测温热电偶外，另安有一对插入到测温桶熔融电解质中的电极和测量该两电极间电阻的装置，以及由单片计算机控制的电信号采集和处理的电子电路。本发明通过检测电解质熔体电阻随温度的变化，更能精确地测定电解质的初晶温度，从而更为精确地测定电解质的过热度。
文档编号C25C3/18GK101343754SQ20081001279
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月15日 优先权日2008年8月15日
发明者戚喜全, 王德全, 班允刚 申请人:东北大学设计研究院(有限公司)