確定生電極電阻率的方法與制作電極的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本專(zhuān)利申請(qǐng)是在2012年12月31日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61/747,742以及在 2013年3月14日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61/783, 933的非臨時(shí)申請(qǐng)，并且要求它們的優(yōu)先 權(quán)，這兩個(gè)申請(qǐng)全文并入本文，以作參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開(kāi)內(nèi)容涉及一種裝置以及在電極（陽(yáng)極）處理中使用該裝置的方法。更特別 地，本公開(kāi)內(nèi)容涉及用于測(cè)量電極（例如，陽(yáng)極）的生坯的電阻率并利用生坯電阻率來(lái)調(diào)整 (若需要）電極的處理參數(shù)（例如，混合參數(shù)、陽(yáng)極組分/瀝青含量、形成參數(shù)，以及它們的 組合）的裝置。
【背景技術(shù)】
[0004] 電解鋁的生產(chǎn)效率受陽(yáng)極質(zhì)量影響。按常規(guī)，測(cè)試對(duì)焙燒電極來(lái)進(jìn)行并且對(duì)所生 產(chǎn)的少量完全陽(yáng)極來(lái)完成。而且，測(cè)試通常在陽(yáng)極已經(jīng)被運(yùn)到熔爐或者已在熔爐中使用后 的很長(zhǎng)時(shí)間之后才完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鋁的生產(chǎn)效率受陽(yáng)極質(zhì)量影響。在某些實(shí)施例中，在陽(yáng)極（焙燒陽(yáng)極（baked anode)和/或生陽(yáng)極（green anode))內(nèi)的微結(jié)構(gòu)變化反映于陽(yáng)極的電導(dǎo)率上。本公開(kāi)內(nèi) 容涉及一種裝置，該裝置被配置用于以非破壞性的方法來(lái)測(cè)量電極（例如，生陽(yáng)極）的電阻 率以便表征陽(yáng)極（例如，生陽(yáng)極的質(zhì)量）和/或量化陽(yáng)極生產(chǎn)工藝/工藝參數(shù)對(duì)陽(yáng)極的影 響。在某些實(shí)施例中，陽(yáng)極（例如，碳?jí)K）的性質(zhì)（如密度和電阻率）與陽(yáng)極的基礎(chǔ)微結(jié)構(gòu) 相關(guān)聯(lián)。在某些實(shí)施例中，陽(yáng)極內(nèi)的電阻率的變化與包括（但不限于）形成/制造步驟、材 料、陽(yáng)極組分或設(shè)計(jì)在內(nèi)的處理參數(shù)相關(guān)。在某些實(shí)施例中，裝置、系統(tǒng)及相應(yīng)的方法被配 置用于提供陽(yáng)極的電阻率的測(cè)量值，這些測(cè)量值對(duì)于測(cè)量包括例如各向異性行為、成型胚 (molded forms)的效果和/或邊緣區(qū)域的影響內(nèi)的微結(jié)構(gòu)變化是有效的。
[0006] 在某些實(shí)施例中，裝置、系統(tǒng)和方法被配置用于提供可覆蓋大部分的陽(yáng)極（例如， 生陽(yáng)極）體積或表面積（例如，陽(yáng)極地圖）的電阻率測(cè)量。
[0007] 在本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種方法。該方法包括：經(jīng)由被定位 為與生陽(yáng)極表面接觸的電阻率器件來(lái)確定跨生陽(yáng)極表面的測(cè)得的電壓降；由該電壓降關(guān)聯(lián) 出測(cè)得的電阻率；將測(cè)得的電阻率與目標(biāo)電阻率比較；并且基于比較步驟來(lái)調(diào)整（若需要） 至少一個(gè)陽(yáng)極處理參數(shù)。在某些實(shí)施例中，基于比較步驟，沒(méi)有進(jìn)行調(diào)整（即，測(cè)量值在目 標(biāo)值之內(nèi)或者為目標(biāo)值）。
[0008] 在一種實(shí)施例中，調(diào)整步驟選自：改變?yōu)r青-焦炭比（pitch to coke ratio); 改變混合溫度；改變混合時(shí)間；改變混合RPM ;或者改變經(jīng)由混合的攪拌量（amount of agitation via mixing);改變陽(yáng)極的粒度；改變一個(gè)或多個(gè)形成參數(shù)；以及它們的組合。
[0009] 在一種實(shí)施例中，調(diào)整形成參數(shù)包括改變：溫度、循環(huán)時(shí)間、所施加的壓力、壓力施 加的保壓時(shí)間、振動(dòng)頻率、振動(dòng)幅度、真空度、波紋管壓力，以及它們的組合。
[0010] 在一種實(shí)施例中，關(guān)聯(lián)、比較及調(diào)整步驟經(jīng)由特定編程的計(jì)算機(jī)來(lái)完成。
[0011] 在一種實(shí)施例中，該方法還包括經(jīng)由測(cè)得的電阻率來(lái)指示生陽(yáng)極的質(zhì)量（例如， 高、中等、低）。作為一個(gè)非限制性的實(shí)例，使用參照?qǐng)D16所獲得的數(shù)據(jù)，具有作為具有在特 定的瀝青重量百分比下制造的一組陽(yáng)極的電阻率的高測(cè)量值（與該分組的統(tǒng)計(jì)平均值相 比）的統(tǒng)計(jì)異常值（例如，在標(biāo)準(zhǔn)差或95%的置信水平之外）的電阻率測(cè)量值的陽(yáng)極是低 質(zhì)量的。在該實(shí)施例中，在具有特定瀝青含量（重量百分比）的一組生陽(yáng)極的平均值附近 的值為中等質(zhì)量，而在具有特定瀝青含量的一組生陽(yáng)極的平均值以下的值為高質(zhì)量。在一 種實(shí)施例中，當(dāng)在生陽(yáng)極上獲得多個(gè)電阻率值時(shí)，將這些值與類(lèi)似制造的生陽(yáng)極（例如，具 有相同的瀝青重量百分比）的每次測(cè)量的平均值比較，并且質(zhì)量通過(guò)"陽(yáng)極地圖"與平均值 或其他統(tǒng)計(jì)度量的比較來(lái)量化。
[0012] 在一種實(shí)施例中，該方法還包括：經(jīng)由特定設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)來(lái)指示生陽(yáng)極質(zhì)量。
[0013] 在本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種方法，包括：混合包含一定量的 焦炭和一定量的瀝青的第一組分；在模具內(nèi)形成其內(nèi)具有第一組分的生陽(yáng)極；將電阻率器 件定位于生陽(yáng)極附近以界定至少一個(gè)電流通路，其中該電阻率器件包含：適合于與陽(yáng)極的 陽(yáng)極表面的一部分接觸的并配置用于測(cè)量跨電流通路的電壓降的至少兩個(gè)探針，以及按照 與該至少兩個(gè)探針成間隔關(guān)系定位的至少一個(gè)電流源，其中該電流源適合于接觸表面的另 一個(gè)部分，其中該電流源被配置用于發(fā)送從電流入口起穿過(guò)陽(yáng)極體到電流出口的電流；經(jīng) 由電阻率器件來(lái)確定在跨生陽(yáng)極表面的測(cè)得的電壓降；由在該至少一個(gè)跨電流通路的電流 和電壓降關(guān)聯(lián)出電阻率；將測(cè)得的電阻率與目標(biāo)電阻率比較；并且基于比較步驟來(lái)調(diào)整混 合步驟或形成步驟中的至少一項(xiàng)。
[0014] 在一種實(shí)施例中，確定包括：將不大于5安培的電流輸出從電流入口引導(dǎo)至電流 出口。
[0015] 在一種實(shí)施例中，形成步驟包括：將第一組分澆注到模具內(nèi)，并且擠壓模具內(nèi)的第 一組分以形成生陽(yáng)極。
[0016] 在一種實(shí)施例中，擠壓步驟包括振動(dòng)壓實(shí)。
[0017] 在又一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種方法，包括：混合包含焦炭和瀝青的第一組 分；在模具內(nèi)形成其內(nèi)具有第一組分的生陽(yáng)極；將多個(gè)電阻率器件定位于生陽(yáng)極附近，其 中每個(gè)電阻率器件被配置用于接觸陽(yáng)極表面以界定每個(gè)電阻率器件的電流通路，其中每個(gè) 電阻率器件都包含：適合于與陽(yáng)極的陽(yáng)極表面的一部分接觸的并配置用于測(cè)量跨電流通 路的電壓降的至少兩個(gè)探針，以及按照與該至少兩個(gè)探針成間隔關(guān)系定位的至少一個(gè)電流 源，其中該電流源適合于接觸表面的另一個(gè)部分，其中該電流源被配置用于發(fā)送從電流入 口起穿過(guò)陽(yáng)極體到電流出口的電流；為每個(gè)電阻率器件確定在跨陽(yáng)極表面的測(cè)得電壓降； 由在每個(gè)電阻率器件的該至少一個(gè)跨電流通路的電流和電壓降關(guān)聯(lián)出電阻率；提供指示生 陽(yáng)極上的各個(gè)部分的從測(cè)得的電阻率測(cè)量值匯集出的電阻率的陽(yáng)極地圖。
[0018] 在一種實(shí)施例中，定位包括：將至少四個(gè)電阻率器件定位于陽(yáng)極表面上以在頂面、 底面以及沿著陽(yáng)極表面的水平和垂直方向上獲得電阻率測(cè)量值。
[0019] 在一種實(shí)施例中，定位還包括：經(jīng)由將一個(gè)電探針和電流入口定位為與另一個(gè)電 探針和電流出口正交來(lái)定位該多個(gè)電阻率器件中的至少一個(gè)，以提供在生陽(yáng)極的兩側(cè)間的 電阻率測(cè)量值。
[0020] 在一種實(shí)施例中，該定位步驟橫跨生陽(yáng)極的角部。
[0021] 在一種實(shí)施例中，該定位步驟橫跨生陽(yáng)極的兩個(gè)相對(duì)面。
[0022] 在一種實(shí)施例中，定位、關(guān)聯(lián)、確定及提供步驟對(duì)陽(yáng)極生產(chǎn)線(xiàn)上的生陽(yáng)極來(lái)完成。
[0023] 在一種實(shí)施例中，該確定還包括電氣控制系統(tǒng)，該電氣控制系統(tǒng)被配置用于依次 激活該多個(gè)電阻率器件中的每一個(gè)，以獲得在生陽(yáng)極上的每個(gè)電阻率器件的電阻率測(cè)量 值。
[0024] 在一種實(shí)施例中，定位、關(guān)聯(lián)、確定及提供步驟通過(guò)被配置為與該多個(gè)電阻率器件 電通信的特定編程的計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行。
[0025] 在一種實(shí)施例中，該多個(gè)測(cè)量按順序來(lái)完成。在一種實(shí)施例中，該多個(gè)測(cè)量通過(guò)使 用不同頻率的交變電流來(lái)同時(shí)完成（其中每個(gè)電阻率器件都包含具有彼此間不同的單獨(dú) 的AC頻率（電阻率器件的電流頻率）的電流入口）。在該實(shí)施例中，對(duì)這些同時(shí)測(cè)量進(jìn)行 電子過(guò)濾（經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)電子過(guò)濾器（例如，每個(gè)電阻率器件一個(gè)）以提供每個(gè)測(cè)得的 電壓降（特定于每個(gè)陽(yáng)極部分），該測(cè)得的電壓降與電阻率（特定于每個(gè)陽(yáng)極部分）相關(guān)。 在某種實(shí)施例中，同時(shí)測(cè)量以特定編程的計(jì)算機(jī)（例如，該計(jì)算機(jī)還與電子過(guò)濾器電通信） 來(lái)完成和跟蹤。
[0026] 在一種實(shí)施例中，該方法包括：經(jīng)由特定設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)來(lái)指示生陽(yáng)極質(zhì)量。
[0027] 在本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種方法，包括：經(jīng)由定位為與陽(yáng)極表 面接觸的電阻率器件來(lái)確定跨生陽(yáng)極表面的測(cè)得的電壓降；由該電壓降關(guān)聯(lián)出測(cè)得的電 阻率；將測(cè)得的電阻率與目標(biāo)電阻率比較；并且基于比較步驟來(lái)調(diào)整至少一個(gè)陽(yáng)極處理參 數(shù)。
[0028] 在本公開(kāi)內(nèi)容的另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種方法，包括：混合包含焦炭和瀝 青的第一組分（例如，可任選地，陽(yáng)極殘極（butt));在模具內(nèi)形成其內(nèi)具有第一組分的生 陽(yáng)極；將電阻率器件定位于生陽(yáng)極附近以界定至少一個(gè)電流通路，其中電阻率器件包含： 適合于與陽(yáng)極的陽(yáng)極表面的一部分接觸并配置用于測(cè)量跨電流通路的電壓降的至少兩個(gè) 探針，以及按照與該至少兩個(gè)探針成間隔關(guān)系定位的至少一個(gè)電流源，其中該電流源適合 于接觸表面的另一個(gè)部分，其中該電流源被配置用于發(fā)送從電流入口起穿過(guò)陽(yáng)極體到電流 出口的電流（AC或DC);確定跨陽(yáng)極表面的測(cè)得的電壓降；由該至少一個(gè)跨電流通路的電流 和電壓降關(guān)聯(lián)出電阻率（例如，取決于陽(yáng)極和探針的幾何形狀）；將測(cè)得的電阻率與目標(biāo)電 阻率比較；并且基于比較步驟來(lái)調(diào)整混合步驟或形成步驟中的至少一項(xiàng)。
[0029] 在某些實(shí)施例中，電阻率器件具有1~100安培的電流輸出。在某些實(shí)施例中，電 流源提供：至少約為IA ;至少約為5A ;至少約為IOA ;至少約為15A ;至少約為20A ;至少約 為25A ;至少約為30A ;至少約為35A ;至少約為40A ;至少約為45A ;至少約為50A ;至少約 為55A ;至少約為60A ;至少約為65A ;至少約為70A ;至少約為75A ;至少約為80A ;至少約為 85A ;至少約為90A ;至少約為95A ;或者至少約為100A的電流。在某些實(shí)施例中，電流源提 供超過(guò)100A的電流。
[0030] 在某些實(shí)施例中，電流源提供：至少約為0. 25A ;至少約為0. 5A ;至少約為0. 75A ; 至少約為IA ;至少約為I. 25A ;至少約為I. 5A ;至少約為I. 75A ;至少約為2. OA ;至少約為 2. 25A ;至少約為2. 5A ;至少約為2. 75A ;至少約為3A ;至少約為3. 25A ;至少約為3. 5A ;至 少約為3. 75A ;至少約為4A ;至少約為4. 25A ;至少約為4. 5A ;至少約為4. 75A ;或者至少約 為5A的電流。
[0031] 在某些實(shí)施例中，電阻率器件具有1~100安培的電流輸出。在一種實(shí)施例中，電 流源提供：不大于大約IA ;不大于大約5A ;不大于大約IOA ;不大于大約15A ;不大于大約 20A ;不大于大約25A ;不大于大約30A ;不大于大約35A ;不大于大約40A ;不大于大約45A ; 不大于大約50A ;不大于大約55A ;不大于大約60A ;不大于大約65A ;不大于大約70A ;不大 于大約75A ;不大于大約80A ;不大于大約85A ;不大于大約90A