專利名稱：一種鋁電解槽陰極和陽極之間距離的測量方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于鋁電解技術領域，特別涉及一種應用于鋁電解槽中陰極和陽極之間距離的測量方法和裝置。
背景技術：
目前，鋁電解工業一直采用傳統的Hall-Heroult法。所用的電解質為冰晶石-氧化鋁熔鹽體系，陽極和陰極上下放置，陽極為預焙炭素陽極，陰極為炭素，目前向石墨化陰極發展。電解時，陰極鋁液沉積在電解槽的底部，不斷累積的金屬鋁液成為實際的陰極，一般大型鋁電解槽的鋁液水平高度達到20cm左右。由于電解過程存在強大的電場把鋁液攪動，使得鋁液平面波動較大。而目前的極距測定方法——釬插法，該法采用鋼釬插入熔體中，再提出來確定鋁液的位置，然后也同樣的方法確定陽極底部的位置，根據這兩個位置的距離來確定極距。釬插法的準確度較差，主要是因為電解質與鋁液交界面難以確定準確，而且人為誤差很大所致。
發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種用于測量鋁電解槽陰極和陽極之間距離的方法及裝置。
本方法的原理如下鋁電解槽的極距指的是槽底鋁液的上表面到陽極底掌之間的距離。精確測量極距的關鍵在于精確測量這兩個面的位置，尤其是鋁液的上表面。在電解過程中鋁液的上表面是變化的，同時還存在著波動的因素，因此測量電解槽中鋁液上表面的位置比較困難。
本發明方法是基于電解質的電導率與鋁液的電導率差別在10000倍，通過測量電勢隨槽膛深度的變化規律來確定鋁液的上表面。即當探頭由鋁液中上升到與電解質的界面后，電勢的變化出現一個拐點，這個拐點的位置就是鋁液和電解質的界面。
陽極底掌的位置也可通過電位的變化來確定。由于陽極極化電壓較大，因此在探頭接觸到陽極底掌前，測量的電位還包括陽極的極化電壓，但當探頭一接觸到陽極上，測量的電壓就不包括極化電壓了，因此在陽極底掌位置上也將出現一個電位拐點。這兩個點的位置確定了，電解槽的極距的測量就準確了。
本發明的測試裝置包括測試架、測量控制箱、升降機構和電極探頭，升降機構裝在測試架的可移動小車上，控制箱和電極探頭裝在測試架上，控制箱核心為單片機，單片機內嵌入了控制操作程序，單片機通過接口電路分別與電解槽陽極、電極探頭和測試架升降機構相連，并控制測距過程。
具體測量方法和過程如下，操作控制箱6，將小車11駛入指定位置，將陽極連線5接到陽極上，探頭1放到電解槽底部的鋁液2中的某一位置S1，操作控制箱6，自動記下探頭1在S1位置時的電壓值V1，然后以每分鐘1cm的速度抬升探頭1，這時電位表上的電壓幾乎不變，當探頭上升到鋁液與電解質的界面S2時，電位變化出現拐點。繼續以每分鐘2cm-5cm的速度抬升探頭，當探頭1接近陽極底掌S3時，電壓值為V2，放慢抬升速度為每分鐘0.2cm-1cm，當電壓出現拐點，即到陽極底表面S3，電壓值為V3，即可測量出極距d＝S3-S2，同時可得到陽極過電壓η陽極＝V3-V2。以上的電壓值，位移值等數據由控制箱6中的單片機進行采集，然后通過編程，根據相鄰亮兩點連線的斜率比較，找到數據點中的S1、S2和S3及其對應的V1、V2和V3。自動計算出極距d和陽極過電壓η陽極。
本發明的優點是，能夠快捷方便的用于工業電解槽極距的測量和過電壓測試。
圖1為本發明極距測量裝置圖；圖2為本發明極距測量原理說明圖；圖3為本發明實施例中鉑探頭結構示意圖；圖4為本發明極距測量流程圖。
圖中1、探頭，2、鋁液，3、陽極，4、陽極導桿，5、陽極連線，6、控制箱，7、絲桿，8、可移動絲套，9、加強套環，10、升降機構，11、可移動小車，12、小車移動傳動控制箱，13、連線，14、加強桿，A1、鉑片，A2、密封結構，A3、保護管，A4、導線。
具體實施例方式
本發明測量電解槽極距的裝置如圖1所示測試架由可移動小車11、絲桿7、可移動絲套8組成，用于固定安裝測量系統和電極升降機構，小車底部安裝有可移動的輪子，便于設備的移動。
電極探頭如圖3所示，用于伸到電解槽中的部分，前部有一個鉑探頭，用于精確測量電位。
電極探頭材料A1為金屬鉑；A2的密封結構材料為氮化硼或高溫水泥制成；A3為絕緣保護管，采用氮化硼管或剛玉管制成；A4探頭連線采用鉑絲或者鎳鉻絲制成。
電極的升降機構本實施例采用齒輪組傳動，也可采用液壓傳動，可根據需要自動升降陽極探頭，升降速度可調，電極的位置可精確測量。
控制箱6，控制箱含單片機或可編程控制器組成，具有計算和實現功能，并能夠輸出指令控制小車移動，其控制測量程序如圖4所示，從探測區的起點位置順序取兩個相鄰坐標(X1，Y1)，(X2，Y2)，計算這兩點之間的斜率K1=Y2-Y1X2-X1,]]>保存K1，同理，取(X2，Y2)，(X3，Y3)兩點，計算K2=Y3-Y2X3-X2,]]>保存K2，按此方法，可以保存若干個斜率數據Ki。在斜率數據Ki中找到Ki發生突變的位置，即可判定為曲線的拐點。查找拐點的實現方法為，設計計數器i，當i＝0時，判斷K1是否等于0，當K1＝0時，判斷K2是否大于K1，如果是，則可根據K1，K2是拐點所在兩點的坐標之間的斜率定下第一個拐點位置。如果K2≥K1，那么i＝i+1，比較下一組斜率K2和K3，直到找出拐點，之后記下相應坐標值。同理判斷Ki若等于∞，可找到第二拐點。兩個拐點的位置對應鋁液與電解質的界面和陽極底部所處位置。兩個位置之差即為極距。
采用本發明裝置進行測量，在3000A電解試驗槽中進行大型實驗研究時，電解采用的電解質體系為NaF-AlF3-4Al2O3-2CaF2(wt.％)，其中NaF/AlF3物質的量之比為2.2。電解溫度930℃。
調整好位置，裝置連接好后，操作控制箱6，將探頭1放到電解槽底部的鋁液中位置S1，此時電壓值V1＝2857mV，然后以每分鐘0.8cm的速度抬升探頭1，這時電位表上的電壓幾乎不變為2857mV，當探頭上升到鋁液與電解質的界面S2時(此時在垂直方向上，探頭的位移S2-S1＝12mm)，電位變化出現拐點。繼續以每分鐘5cm的速度抬升探頭，當探頭1快接近陽極底掌S3時，V2＝671mV，放慢抬升速度為每分鐘0.2cm-1cm，當電壓出現拐點，即到陽極底表面S3，電壓值為V3＝204mV，探頭的位移即極距d＝S3-S2＝47mm，同時可以得到陽極過電壓η＝V3-V2＝467mV。
所測得的極距d和過電壓η與采用其他方法相比更加精確。
權利要求
1.一種鋁電解槽陰極和陽極之間距離的測量方法，其特征在于通過測量兩個電極探頭之間的電壓突變位置確定鋁液與電解質的界面及陽極底掌位置，從而確定兩極的極間距離。
2.如權利要求1所述鋁電解槽陰極和陽極之間距離的測量方法，其特征在于具體操作是采用極距測量裝置，按以下步驟進行(1)將裝置控制箱連線與電解槽陽極連接，探頭置于電解槽底部鋁液中某一位置S1，裝置自動記錄探頭在S1位置時的電壓值V1；(2)以每分鐘1cm的速度抬升探頭，當探頭上升到鋁液與電解質的界面S2時，電位變化出現拐點；(3)繼續以每分鐘2cm-5cm的速度抬升探頭，當探頭接近陽極底掌S3時，電壓值為V2；(4)放慢抬速，以每分鐘0.2cm-1cm速度抬升，當電壓出現拐點，即到陽極底表面S3，電壓值為V3；(5)計算極距d＝S3-S2，陽極過電壓η陽極＝V3-V2。
3.權利要求1所述鋁電解槽陰極和陽極之間距離測量方法所用裝置，其特征在于該裝置包括測試架、控制箱、升降機構和電極探頭，升降機構裝在測試架的可移動小車上，控制箱和電極探頭裝在測試架上，控制箱核心為單片機，單片機內嵌入了控制操作程序，單片機通過接口電路分別與電解槽陽極、電極探頭和測試架升降機構相連，并控制測距過程。
全文摘要
一種鋁電解槽陰極和陽極之間距離的測量方法，通過測量兩個電極探頭之間的電壓突變位置確定鋁液與電解質的界面及陽極底掌位置，從而確定兩極的極間距離，具體操作采用極距測量裝置，該裝置包括測試架、控制箱、升降機構和電極探頭，升降機構裝在測試架的可移動小車上，控制箱和電極探頭裝在測試架上，控制箱核心為單片機，單片機內嵌入了控制操作程序，單片機通過接口電路分別與電解槽陽極、電極探頭和測試架升降機構相連，并控制測距過程，本發明的優點是，能夠快捷方便的用于工業電解槽極距的測量和過電壓測試，測量結果更加精確。
文檔編號C25C3/20GK101054687SQ20071001044
公開日2007年10月17日 申請日期2007年2月15日 優先權日2007年2月15日
發明者王兆文, 石忠寧, 高炳亮, 于亞鑫 申請人:東北大學