專利名稱：鋁電解電解質初晶溫度及分子比槽前在線測定儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁電解冶煉技術及裝置，尤其是一種鋁電解電解質初晶溫度及分子比測定儀器。
背景技術：
鋁電解生產(chǎn)的實踐證明，在采用霍爾—埃魯法煉鋁時，鋁電解質的組成和鋁電解操作溫度，對鋁電解生產(chǎn)的經(jīng)濟技術指標具有重要的影響。初晶溫度是鋁電解體系的一個重要的性質，它與鋁電解操作溫度有直接的關系。當電解質溫度降低10℃，電流效率可提高2％。熔體的溫度過高或過低，都將影響冶金生產(chǎn)作業(yè)的正常進行，及時檢測和控制熔體的溫度，是保證冶金生產(chǎn)正常作業(yè)的重要條件之一。由于鋁電解質溫度高、腐蝕性強，因此如何及時、快速、準確地測定其電解溫度和初晶溫度，是鋁電解作業(yè)中的重要課題，特別是初晶溫度的測定，基本上只限于在實驗室進行，目前尚無專用的儀器電解質組分不同，其分子比也不同。電解質的分子比適當降低，其初晶溫度也隨之下降，這有利于降低電解溫度，提高電流效率。低分子比操作是現(xiàn)代高效節(jié)能鋁電解槽的重要標志?，F(xiàn)在電解鋁工業(yè)上對電解質分子比的測定主要采用大型的衍射儀測定和化學分析方法進行測定。儀器分析中所用的衍射儀屬于大型的分析儀器，價格昂貴，工作條件和環(huán)境要求嚴格，需要投入大量的財力和人力才能開展。現(xiàn)在大部分的電解鋁廠沒有購置該類設備。化學分析法操作步驟煩鎖，分析時間長，難以滿足生產(chǎn)需要。也有采用偏光顯微鏡進行人工觀察定值的，但該法不實用于低分子比和組成復雜的電解質。
電解質的初晶溫度、化學組成和分子比之間存在某些相關性，已有研究者得出了相關的經(jīng)驗公式，但適用性不強。由于各個電解鋁廠的電解質組成不同，因此很難用一個統(tǒng)一的初晶溫度數(shù)學模型來描述之。而且使用已有的經(jīng)驗公式來計算初晶溫度依賴于電解質組分化學分析的準確性，而化學分析往往要花費很長的時間，導致分析結果不能及時得到反饋用以控制生產(chǎn)。
直接測定電解質初晶溫度，并由其預報分子比值也由于初晶溫度測定上的困難而沒有進入實用階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)鋁電解電解質質初晶溫度的定義，通過引入計算機的控制和數(shù)據(jù)處理的強大功能，設計出了專用自動化的鋁電解電解質初晶溫度測定儀，其中的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以在實際數(shù)據(jù)的基礎上建立符合實際情況的電解質成份與初晶溫度的關系，電解質成份與其分子比的關系，電解質初晶溫度與其分子比的關系，從而實現(xiàn)了通過測定電解質初晶溫度這個物理量來測定電解質的分子比，使電解質分子比的槽前在線測定變?yōu)楝F(xiàn)實。
本發(fā)明所采取的技術方案是本發(fā)明所能達到的主要技術指標為電源～220V，50Hz-60Hz電爐功率2KW分析儀輸出電流≤9A溫度測量控制范圍0～1050℃控溫精度≤0.3％FS±1dig顯示方式LCD數(shù)字、圖形顯示(初晶溫度T、分子比CR及步冷曲線；日期、時間、槽號)測量精確度①初晶溫度誤差≤±2℃；②分子比預報誤差≤±0.03一次完整測量時間≤15min整體重量15公斤本發(fā)明所具有的主要功能(1)測定鋁電解質初晶溫度(T)、預報分子比(CR)及其它有關參數(shù)。
(2)在LCD上顯示步冷曲線，求出初晶溫度、分子比數(shù)值并在LCD上顯示；并顯示測定日期和時間。
(3)可用微型打印機按要求輸出已被測量樣品的參數(shù)。
(4)輸入一定的參數(shù)能顯示樣品的組成、含量和槽號?？筛鶕?jù)用戶提供的不同初晶溫度及初晶溫度數(shù)學模型推導電解質組成及其含量①輸入X1、X2、X3等物質的含量，求出其它物質的含量并在LCD上顯示各組分的含量值；②給定任意組分的濃度范圍，求出剩余組分所有可能的濃度并在LCD顯示。
(5)具備一個與計算機通訊的接口，以完成數(shù)據(jù)存儲查詢的功能。
(6)該儀器具有自檢功能并能在LCD上顯示故障性質。
(7)具有升溫控溫功能。
(8)加熱輸出功率可任意調(diào)節(jié)。
(9)控制精度高，性能穩(wěn)定。
(10)具備參數(shù)設置功能。(可設置初晶溫度數(shù)學模型，分子比計算公式)(11)具有電流、電壓顯示表頭。
該測定儀結構緊湊、小巧便攜、測定快捷、結果準確、價格便宜。
為了較具體地理解本發(fā)明地實體，對儀器詳細敘述如下


圖1是本發(fā)明的工作原理圖。
圖2為本發(fā)明的爐子結構示意圖。
圖3是本發(fā)明的結構框圖。
具體實施例方式整個儀器分為三大部分由爐子IX及溫度傳感器IV組成的信號采集系統(tǒng)；由工控機I、RAM存貯器V、EPROM存貯器X、液晶顯示器VI、鍵盤VII、A/D轉換器II、D/A轉換器III組成的測量處理系統(tǒng)；由驅動單元VIII、電爐IX組成的升溫控溫系統(tǒng)。
工控機I通過數(shù)據(jù)線與RAM存貯器V、EPROM存貯器X、D/A轉換器相連III；工控機通過輸出控制線與液晶顯示器VI、驅動單元VIII相連；鍵盤VII、A/D轉換器II通過輸出數(shù)據(jù)線與工控機I相連；驅動單元VIII輸出與電爐IX相連。整個儀器以工控機I為控制中心，通過RAM存貯器V及EPROM存貯器X調(diào)用數(shù)據(jù)、程序，并在液晶顯示器VI上顯示測定過程中的數(shù)據(jù)及最終結果，所有的控制參數(shù)可通過鍵盤VII輸入，電爐IX溫度通過傳感器IV采集并通過A/D轉換器II轉為數(shù)字信號傳到工控機，工控機將數(shù)字信號進行比較、處理，在顯示器VI上進行顯示，并通過D/A轉換器III轉換為模擬信號后傳到驅動單元VIII，而達到控制電爐升溫、降溫的目的。打開電源后，工控機I啟動，運行分析程序后，工控機通過RAM存貯器V及EPROM存貯器X調(diào)用程序設計中參數(shù)，電爐IX溫度通過傳感器IV，由A/D轉換器轉為數(shù)字信號反饋給工控機，工控機將爐子溫度顯示在液晶顯示器VI上，并對反饋回的信號與調(diào)用的參數(shù)進行比較處理后通過D/A轉換器III給驅動單元VIII發(fā)出指令，來控制爐子IX溫度的升降，在分析過程中可通過鍵盤VII輸入指令來干預分析的中斷及重新輸入?yún)?shù)，工控機可將輸入的參數(shù)存貯到RAM存貯器V中，以便分析程序調(diào)用，當液晶顯示器上顯示的步冷曲線觀察到初晶點后，可通過鍵盤發(fā)出指令來顯示初晶點的溫度，儀器自動記錄下初晶溫度，再通過鍵盤發(fā)出指令來分析分子比，并將初晶溫度及分子比的結果顯示在顯示器上，輸入打印指令后可將分析結果打印并存貯。
本發(fā)明的電熱爐結構為a為基座，為不銹鋼包裹的耐火磚；b為石墨坩堝，用于裝分析試樣，可從c上的開口處放入取出；c為材質為不銹鋼的支撐座，用于支撐可上下移動的爐體j；d為加熱絲，在e內(nèi)繞成一圈，用于加熱使爐子升溫；e為耐火磚砌成的爐子；f為托把，用作上下移動爐體時的把手；g為爐蓋，上開有小孔h，用于調(diào)節(jié)爐子散熱速率，以調(diào)節(jié)測定時降溫速度；i為熱電偶插孔，用于插入熱電偶取出信號送到計算機；j為爐體外殼，為不銹鋼材質，整個爐體可上下移動，以方便坩堝取出放入，j往上移動一段后可左右旋轉一下以便落在c上而不往下掉。k為電源插口，它由計算機控制供給電源的大小及通斷。
供電部分的說明如下其中(1)為外接電源，接入220伏交流電后，分兩路給儀器供電，其中一路通過保險絲(2)，開關(3)后又分為三個支路一路直接給風扇(4)供電，將儀器內(nèi)部的熱氣排出；一路輸出到變壓器(5)輸入端、變壓器輸出端接可控硅控制器(7)、電流表(8)、可控硅(9)給爐子(11)通電，(10)為電壓表，用于監(jiān)視本路電壓值，通過電位器(6)來調(diào)整供給爐子的電流大小來控制爐子升溫速度；一路給程序控制器(12)供電。另一路通過保險絲(14)、開關(15)、計算機電源(16)后，分別給計算機主板(17)、打印機(18)、顯示器(19)供電。
信號傳輸說明如下供電后，計算機啟動，爐子(11)的溫度通過熱電偶(13)進行測量，信號反饋給程序控制器(12)進行模數(shù)轉換，再將溫度數(shù)字信號傳給計算機(17)，計算機進行處理后，可在顯示器上(19)顯示，也可通過打印機(18)打印出來，計算機機將測量的溫度值與設定的升溫上限值進行比較，如果達到上限值，則通過程序控制器(12)、可控硅控制器(7)來斷開電爐電源，如果未達到上限值，則繼續(xù)給爐子供電，使溫度不斷上升，這一過程中，可通過調(diào)節(jié)電位器(6)來控制爐子溫度上升速度。爐子溫度值通過熱電偶測量經(jīng)程序控制器傳到計算機主板，并在顯示器上顯示溫度曲線，通過鼠標(20)或鍵盤(21)可給計算機輸入控制指令，通過測量程序來中斷測量過程或顯示初晶溫度，并可根據(jù)實際情況輸入指令對測量過程進行干預。
信息采集系統(tǒng)和測量處理系統(tǒng)可安裝在一個有電磁屏蔽功能的手提箱中。
實施例(1)取10個保留樣用本發(fā)明的儀器測定其初晶溫度、預測分子比，用已有的化學成分數(shù)據(jù)計算分析比，預測和計算的分子與用衍射儀測定的分子比相吻合，分析結果與電解生產(chǎn)控制趨勢吻合，每個樣品的測定時間小于20分鐘。具體結果如下表1 分子比測定結果(原留樣)

(2)把本發(fā)明的測定儀搬到電解廠電解槽前，在現(xiàn)場取10個槽的樣品，用本儀器測定電解質的初晶溫度，預測分子比；同時取樣，用衍射儀分析分子比，兩個分子比結果相吻合，分析結果與電解生產(chǎn)控制趨勢吻合，每個樣品的測定時間小于20分鐘。電解廠的高磁場、高溫、粉塵環(huán)境不影響XCA-1B型鋁電解質槽前分析儀的現(xiàn)場分析測定。具體結果如下表2 現(xiàn)場取樣測定結果

權利要求
1.一種鋁電解電解質初晶溫度及分子比槽前在線測定儀，其特征在于通過測定鋁電解質步冷曲線，來測定初晶溫度，再通過初晶溫度分析電解質分子比；測定儀由電熱爐及溫度傳感器組成的信息采集系統(tǒng)及升溫控溫系統(tǒng)、測量處理系統(tǒng)構成。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋁電解電解質初晶溫度及分子比槽前在線測定儀，其特征在于電熱爐包括用于支撐可上下移動、旋轉的爐體(j)的支撐座(c)固定在基底(a)上，支撐座(c)的開口處可活動放入、取出石墨坩堝裝樣器(b)，連有托把(f)的爐子(e)內(nèi)繞有加熱絲(d)，爐頂?shù)臓t蓋(g)上開有若干小孔(h)，爐子(e)中間設有熱電偶插孔(i)。
3.根據(jù)權利要求1所述的鋁電解電解質初晶溫度及分子比槽前在線測定儀，其特征在于所有的控制參數(shù)可通過鍵盤VII輸入，在分析過程中可通過鍵盤VII輸入指令來干預分析的中斷及重新輸入?yún)?shù)；在液晶顯示器上顯示的步冷曲線觀察到初晶點后，可通過鍵盤發(fā)出指令來顯示初晶點的溫度，儀器中自動記錄下初晶溫度，再通過鍵盤發(fā)出指令來分析分子比，并將分析結果顯示、打印、存貯。
全文摘要
一種鋁電解電解質初晶溫度及分子比槽前在線測定儀。本發(fā)明通過功能集成，能在實際數(shù)據(jù)的基礎上建立符合實際情況的電解質成份與初晶溫度的關系，電解質成份與其分子比的關系，電解質初晶溫度與其分子比的關系，從而實現(xiàn)了通過測定電解質初晶溫度這個物理量來測定電解質的分子比。本發(fā)明包括信號采集系統(tǒng)的爐體和溫度傳感器；測量處理系統(tǒng)由工控機I、RAM存貯器V、EPROM存貯器X、液晶顯示器VI、鍵盤VII、A/D轉換器II、D/A轉換器III組成；升溫控溫系統(tǒng)由驅動單元VIII、電爐IX組成。本發(fā)明結構緊湊、小巧便攜、測定快捷、結果準確。
文檔編號C25C3/00GK1546735SQ20031011159
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月10日 優(yōu)先權日2003年12月10日
發(fā)明者劉永剛, 任鳳蓮, 秦文忠, 練文柳, 楊韻屏, 宋鴿, 甘霖, 李向群, 曾廣欽, 黃運生 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司, 中南大學