一种用于铝电解槽液面和界面测量的装置及使用方法与流程

本发明涉及高温熔体测量领域，尤其是涉及一种用于铝电解槽液面和界面测量的装置及使用方法。

背景技术

电解槽内高温熔融电解质的液面及与下层铝液间界面是两个重要的工艺参数，上述两个工艺参数直接影响电解槽的热平衡、电解效率、电解能耗和安全性能。而现有技术中参数测量的困难在于以下几个方面：高温腐蚀、高低温冲击、粉尘、强磁、空间受限的现场环境，和难以肉眼分辨的界面。

事实上，目前的测量装置都是人工手持探杆进行测量，还没有自动化液面探测装置，总共包括三类。其中，第一类是对人工测量尺的改进；第二类是使用不接触式传感器的自动测量，例如在熔融金属上方一米左右安装涡流传感器；采用雷达实时监测铝电解槽内熔融铝液界面的装置，在熔融金属上方安装雷达以探测界面；第三类是采用插入式探杆进行测量，例如用浸入式探头插入熔融液体中，在未达到热平衡前就拔出并计算温度，及探头测量电势以计算液面；或者采用一个石墨柱电极内嵌钨丝探针，用螺杆机构匀速将电极和探针插入到槽底，利用电阻率的差异测量液面。

上述测量装置均未解决空间受限、打壳机干涉、强磁干扰和界面难分辨等问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是目前的高温熔融电解质的液面及与下层铝液间界面的参数测量装置存在着空间受限、打壳机干涉、强磁干扰和界面难分辨等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于铝电解槽液面和界面测量的装置，包括铝电解装置、打壳装置和测量装置；其中，

所述铝电解装置包括基底、设置在所述基底四周的侧壁以及设置在所述侧壁上的外罩，所述基底上的侧壁内水平设置有阴极钢棒，所述阴极钢棒上设置有槽底石墨阴极，所述槽底石墨阴极四周围成倒梯形的电解槽空间；

所述电解槽空间从下到上依次设置有被电解的铝液和用于电解的电解液，所述电解液和所述铝液与所述电解槽空间之间通过矿渣隔开，所述电解液上方设置有若干石墨阳极，若干所述石墨阳极通过矿渣连接并将所述电解液与所述外罩内的空气隔开；

每个所述石墨阳极上连接有贯通所述石墨外罩的阳极立柱，所述阳极立柱的一侧连接有阳极母线；

所述电解液正中央正对上方的矿渣处开设有火孔，所述火孔上方设置有打壳装置，所述测量装置设置在所述打壳装置的一侧，所述测量装置包括导向管，所述导向管的下端连接有探测装置，所述导向管的一侧连接有驱动装置，所述驱动装置包括驱动机构和电子控制单元，所述驱动机构和所述电子控制单元之间电信号连接，所述电子控制单元外还连接有一条接地线，所述接电线与所述基底连接。

优选地，所述导向管包括导向槽和伸展槽，所述导向槽包括依次连通的导向槽上段、导向槽中段和导向槽下段，所述导向槽上段和所述伸展槽同轴设置，所述导向槽上段和所述导向槽下段平行，所述导向槽中段倾斜设置。

优选地，所述探测装置包括探杆，所述探杆上端连接有用于上下移动和左右转动0-90°的吊耳装置，所述探杆顶部设置有用于传导检测信号的信号线。

优选地，所述探杆包括探杆上段、探杆中段和探杆下段，所述探杆上段和所述探杆中段之间呈直角设置，所述探杆中段和所述探杆下段之间呈直角设置。

优选地，所述探杆中段的长度与所述导向槽中段的长度匹配设置，以使所述探测装置的底端移动到所述火孔内。

优选地，所述伸展槽的两侧壁之间的距离与所述探杆的直径相匹配，以使所述伸展槽的两侧壁刮掉所述探杆下端粘结的矿渣。

优选地，所述电子控制单元与所述信号线电信号连接，所述驱动机构与所述信号线卷绕连接。

优选地，所述打壳装置包括用于在所述矿渣中打出所述火孔的打壳头。

优选地，所述导向管为内壁较厚、具有足够机械强度的圆管或矩形管。

一种用于铝电解槽液面和界面测量的装置使用方法，其特征在于，包括测试前的准备过程、探测装置的下降测量过程和探测装置的上升刮渣过程，具体步骤如下：

所述测试前的准备过程包括控制打壳装置垂直向下反复砸下，直至在已经结壳的矿渣中打出火孔，之后控制所述打壳装置垂直向上回复到砸下之前的状态；

所述探测装置的下降测量过程包括探测装置的下降及探测装置对铝电解槽液面和界面的测量；

所述探测装置的下降是通过电子控制单元控制驱动装置驱动所述探测装置向下移动和左右转动，并使得所述探测装置的下端位于所述火孔的正上方；继续驱动所述探测装置向下移动，使得所述探测装置的下端依次穿过火焰、电解液和铝液；

所述探测装置的测量是通过所述探测装置的下端和所述电子控制单元来实现的，所述探测装置的下端在依次穿过火焰、电解液和铝液时会测得相应的电压信号和行程信号并传递到所述电子控制单元，所述电子控制单元将接收到的电压信号和行程信号分别作为纵坐标和横坐标并以图表的形式输出，其中最高峰值的起始变动值对应的高度为电解液和铝液的界面位置，最高峰值的终末变动值对应的高度为电解液的液面位置；

所述探测装置的上升刮渣过程包括所述探测装置的下端依次从铝液、电解液和火焰中穿过直至回复到起始状态的过程，所述过程中伴随有对所述探测装置的下端粘附矿渣的去除过程。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明用于铝电解槽液面和界面测量的精准测量，可避免空间受限、打壳机干涉、强磁干扰和界面难分辨等因素的影响，实现了铝电解槽中高温熔融电解质的液面、电解质与铝液之间的界面的测量自动化。

附图说明

图1是本发明的用于铝电解槽液面和界面测量的装置整体结构示意图；

图2是本发明的导向管的主视图；

图3是本发明的导向管的沿圆周方向展开后的开槽状况示意图；

图4是本发明的探测装置的主视图；

图5是本发明的探测装置的侧视图；

图6是本发明的测量装置的结构示意图；

图7是本发明的探测装置上下移动时自动避开打壳装置下端的过程示意图，其中：图a为吊耳装置位于导向槽上段的上端，图b为吊耳装置移动到导向槽上段的下端、导向槽中段的上端，图c为吊耳装置移动到导向槽中段的下端、导向槽下段的上端，图d为吊耳装置移动到导向槽下段的下端；

图8是本发明的电子控制单元对所测得电压信号和高度信号分析后输出的图表。

[主要元件符号说明]

1、基底；

2、侧壁；

21、阴极钢棒；

22、槽底石墨阴极；

23、铝液；

24、电解液；

25、矿渣；

26、第一石墨阳极；

261、第一阳极立柱；

262、第一阳极母线；

27、第二石墨阳极；

271、第二阳极立柱；

272、第二阳极母线；

28、火孔；

281、打壳装置；

282、测量装置；

2821、探测装置；

28211、信号线；

28212、吊耳装置

28213、探杆；

2822、导向管；

28221、导向槽；

28222、伸展槽；

283、电子控制单元；

2831、接地线；

3、外罩。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明要解决的技术问题是现有的难变形金属薄板在等温轧制过程中，堆叠板坯边缘和中心的热处理状态相差较大，单层铺放轧制效率低，生产成本高，轧制方式不合理。

如图1所示，为解决上述技术问题，本发明提供一种用于铝电解槽液面和界面测量的装置，其特征在于，包括铝电解装置、打壳装置281和测量装置282；其中，

所述铝电解装置包括基底1、设置在基底1四周的侧壁2以及设置在侧壁2上的外罩3，基底1上的侧壁2内水平设置有阴极钢棒21，阴极钢棒21上设置有槽底石墨阴极22，槽底石墨阴极22四周围成倒梯形的电解槽空间；

所述电解槽空间从下到上依次设置有被电解的铝液23和用于电解的电解液24，电解液24和铝液23与所述电解槽空间之间通过矿渣25隔开，电解液24上方设置有若干石墨阳极，若干所述石墨阳极通过矿渣25连接并将电解液24与外罩3内的空气隔开；

每个所述石墨阳极上连接有贯通所述石墨外罩的阳极立柱，所述阳极立柱的一侧连接有阳极母线；

所述电解液正中央正对上方的矿渣25处开设有火孔28，火孔28上方设置有打壳装置281，打壳装置281包括用于在矿渣25中打出火孔28的打壳头；测量装置282设置在打壳装置281的一侧，测量装置282包括导向管2822，导向管2822的下端连接有探测装置2821，导向管2822的一侧连接有驱动装置，所述驱动装置包括驱动机构和电子控制单元283，所述驱动机构和电子控制单元283之间电信号连接，电子控制单元283外还连接有一条接地线2831，接电线2831与基底1连接。

如图2-3所示，导向管2822包括导向槽28221和伸展槽28222，导向槽28221包括依次连通的导向槽上段、导向槽中段和导向槽下段，所述导向槽上段和伸展槽28222同轴设置，所述导向槽上段和所述导向槽下段平行，所述导向槽中段倾斜设置。

如图4-5所示，探测装置2821包括探杆28213，探杆28213上端连接有用于上下移动和左右转动0-90°的吊耳装置28212，探杆28213顶部设置有用于传导检测信号的信号线28211；探杆28213包括探杆上段、探杆中段和探杆下段，所述探杆上段和所述探杆中段之间呈直角设置，所述探杆中段和所述探杆下段之间呈直角设置；所述探杆中段的长度与所述导向槽中段的长度匹配设置，以使探测装置2821的底端移动到所述火孔内。

如图6所示，伸展槽2824的两侧壁之间的距离与探杆28213的直径相匹配，，以使所述伸展槽的两侧壁刮掉所述探杆下端粘结的矿渣；电子控制单元283与信号线28211电信号连接，所述驱动机构与信号线28211卷绕连接；导向管2822为内壁较厚、具有足够机械强度的圆管或矩形管。

如图1所示，用于铝电解槽液面和界面测量的装置使用方法，其特征在于，包括测试前的准备过程、探测装置2821的下降测量过程和探测装置2821的上升刮渣过程，具体步骤如下：

所述测试前的准备过程包括控制打壳装置281垂直向下反复砸下，直至在已经结壳的矿渣25中打出火孔28，之后控制打壳装置281垂直向上回复到砸下之前的状态；

所述探测装置2821的下降测量过程包括探测装置2821的下降及探测装置2821对铝电解槽液面和界面的测量；

所述探测装置2821的下降是通过电子控制单元283控制驱动装置驱动探测装置2821向下移动和左右转动，并使得探测装置2821的下端位于火孔28的正上方；继续驱动探测装置2821向下移动，使得探测装置2821的下端依次穿过火焰、电解液24和铝液23，如图7的图a→图b→图c→图d；

所述探测装置2821的测量是通过探测装置2821的下端和电子控制单元283来实现的，探测装置2821的下端在依次穿过火焰、电解液24和铝液23时会测得相应的电压信号和行程信号并传递到电子控制单元283，电子控制单元283将接收到的电压信号和行程信号分别作为纵坐标和横坐标并以图表的形式输出，其中最高峰值的起始变动值对应的高度为电解液和铝液的界面位置，最高峰值的终末变动值对应的高度为电解液的液面位置，如图8所示；

所述探测装置2821的上升刮渣过程包括探测装置2821的下端依次从铝液23、电解液24和火焰中穿过直至回复到起始状态的过程，所述过程中伴随有对探测装置2821的下端粘附矿渣的去除过程。

综上可见，本发明用于铝电解槽液面和界面测量的精准测量，可避免空间受限、打壳机干涉、强磁干扰和界面难分辨等因素的影响，实现了铝电解槽中高温熔融电解质的液面、电解质与铝液之间的界面的测量自动化。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。