[发明专利]铝电解槽铝液面波动和极距的测量方法与测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及铝电解技术领域，特别是一种铝电解槽铝液面波动和极距的测量方法与测量装置。

背景技术

目前工业上的纯铝是由熔盐电解法生产。铝电解的阳极是由炭质材料制成，阳极悬挂在上部结构上。阴极炭铺设在槽底。而实际生产时，铝液作为阴极。阳极底表面与阴极铝液之间距离（极距）为3～5cm。极距越大，槽电压越高，电能消耗越高，故生产中往往要求将极距尽可能地降低。然而由于阳极底掌下阳极气体CO₂生成、运动、排放过程对电解质熔体的扰动，以及电解槽电磁场对铝液的影响，导致铝液面波动，制约了电解槽极距的降低。因此，电解槽极距的测量以及铝液面波动状况成为人们关注的焦点。

目前工业上测量极距的常用方法为钎插法，该方法忽略了铝液面的波动，误差较大。用阳极导杆等距离压降虽可判断不同槽况铝液波动相对大小，但无法确定铝液面波动的高低。

中国专利CN 101008659 B公开了一种测量铝液波动的方法，采用单位高度电解质电压降、槽电压及除电解质压降以外的电压降计算实时极距，并计算铝液高度。该方法以电解槽工况稳定，系列电流一定为前提，认为槽电压的变化为电解质电压降变化。该方法一方面忽略了阳极底掌下阳极气体层电压降（0～0.3伏）对槽电压波动产生的影响；另一方面，其所用电解槽电压平衡得到的电压降（Ustatic）实则为所测阳极底掌下对应区域的平均电解质电压降，从而其计算得出的实时铝液面高度和极距实际为所测阳极下对应区域的铝液面高度、铝液面波动高度和极距的平均值，并不是对应测量位置的铝液面高度、铝液面波动高度和极距的实际值。实际上，铝液面波动的总高度、波峰和波谷时的电解槽极距，以及电解槽有效极距等数据，对铝电解实现高电流效率下低极距生产指导意义更大。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷提供一种铝电解槽铝液面波动和极距的测量方法，利用该方法可准确获得铝电解槽铝液面波动的总高度、波峰和波谷时的电解槽极距，以及电解槽有效极距等数据。

本发明的另一目的是针对该方法提供一种铝电解槽铝液面波动和极距的测量装置。

本发明基于电解槽内铝液的电阻率极其微小，相对于电解质熔体的电阻率可忽略不计，以及铝液面波动存在一定的周期和规律性。

基于上述原理，本发明提供的铝电解槽铝液面波动和极距的测量方法，包括以下步骤：

1）在电解槽内熔体中沿竖直方向设置三个不同高度的测试探头M、N、P，使上方探头M与阳极底掌接触；

2）将三个探头同步下降，并同时测量各探头的电压，当中间探头N位于电解质层、下方探头P位于铝液中时停止下降，记下探头下降高度H_OM；

3）同时测量上方探头M与中间探头N之间的电压降U_MN、中间探头N与下方探头P之间的电压降U_NP和上方探头M与下方探头P之间的电压降U_MP，得出U_MP 、U_MN 和U_NP随时间变化曲线；

4）根据上方探头M与中间探头N之间的距离H_MN和电压降U_MN计算出单位电解质高度电压降Va / H_MN；

5）根据步骤3）中U_MP曲线找出铝液面波峰和波谷相对应的U_MP 最大值Vb和最小值Vc，利用上述单位电解质高度电压降分别计算出铝液面到达波峰时极距d₁ = H_OM + Vc/（Va/H_MN）；铝液面到达波谷时极距d₂ = H_OM + Vb/（Va/H_MN）；铝液面波动总高度h=d₂ - d₁ = (Vb - Vc) /（Va/H_MN）；电解槽有效极距d=d₁ + 1/2 h = H_OM + 1/2×(Vb - Vc) /（Va/H_MN）和铝液面波动周期T = t1ˊ–t1。