專利名稱:無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝置，所述裝置包括樣品輸送單元和測量單元，以及用于控制測量單元中的加熱爐內溫度的控溫單元、用于控制樣品輸送單元和測量單元傳動結構的運動控制單元和用于溫度數(shù)據(jù)采集和處理的數(shù)據(jù)采集處理單元。該裝置適用于各種成分的鋁電解質初晶溫度測量，高靈敏、抗干擾、實現(xiàn)實時變化溫度的ms級響應測量，測量使用耗材少，同時能極大限度的減少人員安排，解放勞動力。
【專利說明】無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電解質冶煉技術，特別是涉及一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解 質初晶溫度的裝置。

【背景技術】
[0002] 鋁電解質電解溫度和初晶溫度是鋁電解生產(chǎn)中重要的工藝參數(shù)。電解溫度和初晶 溫度之間的差熱（過熱度）與電解過程的電解槽熱平衡有很密切的關系。如果能夠準確得 到每個電解槽的初晶溫度，就能準確把握電解溫度，對每個電解槽的耗電量就能定量控制， 電解槽溫度每降低10°c，電流效率可提高2%，對節(jié)能降耗有很大幫助。目前國內有廠家 生產(chǎn)測量電解質初晶溫度的設備，其設備原理是采用自然冷卻曲線法，因此加熱爐需要不 斷升溫-降溫才能進行多個鋁電解質試樣初晶溫度的測量，測量效率不高。且每個試樣的 測量過程需要人工手動操作上料、測量、卸料，人工勞動強度大，危險系數(shù)高，增加了生產(chǎn)成 本、裝置維護，效率較低。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，提供一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝 置，該裝置能夠在無人值守的情況下自動的完成測量，并能實時的將測量數(shù)據(jù)傳送到生產(chǎn) 線，指導生產(chǎn)工作，適用于各種成分的鋁電解質初晶溫度測量，高靈敏、抗干擾、實現(xiàn)實時變 化溫度的ms級響應測量。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術方案：
[0005] -種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝置，所述裝置包括樣品輸 送單元和測量單元，所述樣品輸送單元包括料槽18,所述料槽18內疊加放置若干個坩堝3， 若干個坩堝3中任一坩堝的底部設置隔熱墊19,所述疊加放置的若干個坩堝3形成坩堝柱， 所述坩堝柱頂部放置自重塊17 ;
[0006] 所述樣品輸送單元還包括可開合的第一卡環(huán)15和第二卡環(huán)16,所述第一卡環(huán)15 用于卡住坩堝柱底部的第一個坩堝，所述第二卡環(huán)16用于卡住坩堝柱底部的第二個坩堝；
[0007] 所述樣品輸送單元還包括一用于測量自重塊17的限位傳感器20,所述限位傳感 器20設置于料槽18的底部并與運動控制單元相連。
[0008] 進一步地,所述測量單元包括內有空腔10的加熱爐5,加熱爐5頂端軸心處設置與 空腔10相通的小孔11，加熱爐5下方設置可放入空腔10的托架7,所述托架7底部設置密 封圈12,用于托架7放入空腔10時封閉空腔10,所述托架7設置在高度調節(jié)器8上，所述 高度調節(jié)器8由相連的第一傳動結構2和第二傳動結構4協(xié)同驅動進行高度調節(jié)和旋轉；
[0009] 所述測量單元還包括第三傳動結構6,所述第三傳動結構6驅動上料擺臂9,將放 置在上料擺臂9運動端的坩堝3放置在托架7上，從而使坩堝進入空腔10進行加熱； [0010] 所述測量單元還包括非接觸式溫度傳感器1，所述非接觸式溫度傳感器1設置在 小孔11上方，用于測量坩堝3中鋁電解質樣品的溫度；
[0011] 所述裝置還包括控溫單元14、運動控制單元和數(shù)據(jù)采集處理單元，所述控溫單元 控制空腔10內的溫度，所述運動控制單元用于控制傳動結構的傳動、非接觸式溫度傳感器 1的移動和卡環(huán)的開合，所述數(shù)據(jù)采集單元用于電解質溫度數(shù)據(jù)采集和處理。
[0012] 優(yōu)選地，所述非接觸式溫度傳感器1為紅外溫度儀，本領域技術人員可以根據(jù)需 要選擇其他非接觸式溫度傳感器的種類。
[0013] 優(yōu)選地，所述空腔10內設置有保溫內膽13。
[0014] 優(yōu)選地，所述加熱爐5、非接觸式溫度傳感器1和托架7同軸設置。
[0015] 優(yōu)選地，所述第一傳動結構2、第二傳動結構4和第三傳動結構6中的任一個傳動 結構為氣動裝置驅動的直線運動和旋轉運動機構，或電機驅動的滾珠絲杠直線運動和旋轉 運動機構。
[0016] 優(yōu)選地，所述限位傳感器20為接近開關或光電傳感器。但不限于此
[0017] 優(yōu)選地，所述料槽18為筒壁開口的圓筒。但不限于此。
[0018] 優(yōu)選地，所述自重塊17為鐵塊。本領域技術人員還可以選擇其他能被磁性材料吸 附的金屬塊。
[0019] 優(yōu)選地，所述隔熱墊19的制作材料為保溫棉或石棉。但不限于此。
[0020] 優(yōu)選地，所述第一卡環(huán)15和第二卡環(huán)16均為氣動裝置驅動的直線運動和旋轉運 動機構，或電機驅動的滾珠絲杠直線運動和旋轉運動機構。但不限于此。
[0021] 優(yōu)選地，所述坩堝3為不銹鋼坩堝或石墨坩堝，但不限于此。
[0022] 本發(fā)明裝置的各單元部件固定在機架上。
[0023] 本發(fā)明還提供了一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的方法，所述 方法包括以下步驟：
[0024] 1)開始測量工作時，將鋁電解質樣品置于坩堝3中，若干個坩堝3置于料槽18中， 此時，第一卡環(huán)15處于閉合夾緊狀態(tài)，第二卡環(huán)16處于打開狀態(tài)；
[0025] 2)按下"啟動"按鈕后，上料擺臂9運動至料槽18軸線下方的"等待上料位"，此 時，第一卡環(huán)15處于打開狀態(tài)，第二卡環(huán)16處于閉合夾緊狀態(tài)，將料槽18底部的第一個坩 堝置于上料擺臂9工位上，進行第一個坩堝內鋁電解質初晶溫度的測量，料槽18底部的第 一個坩堝上樣后，料槽18底部的第二個坩堝下降成為第一個坩堝；
[0026] 3) -次測量完成后，托架7將坩堝3傳送至卸料位，上料擺臂9實現(xiàn)坩堝3的自動 卸料，卸料后上料擺臂9返回到"等待上料位"進行步驟2)的上料和測量過程；
[0027] 4)當限位傳感器20檢測到自重塊17時，停止上料過程，并繼續(xù)完成最后一次測量 過程。
[0028] 本發(fā)明中鋁電解初晶溫度的測量過程為：上料擺臂9通過第三傳動結構6由"等 待上料位"旋轉或移動到"上料位"，托架7由第二傳動結構4上升至"取料位"后托住坩堝 3,上料擺臂9回到"等待上料位"，接下來第一傳動結構2將托架7與坩堝3 -同傳送至加 熱爐5的空腔10內的"測量位"，"測量位"可通過高度調節(jié)器8調節(jié)托架7從而進行微調， 托架7底部的密封圈12將空腔10封住形成封閉；
[0029] 坩堝3進入加熱爐5后，加熱爐5由控溫單元14控制開始升溫，將電解質樣品加熱 至電解質熔融溫度，恒溫，然后以5-10°C /min的勻速降溫到待機溫度，在電解質達到熔融 溫度及降溫到待機溫度過程中，非接觸式溫度傳感器1監(jiān)測電解質溫度的變化，并通過數(shù) 據(jù)采集處理單元建立溫度-時間關系曲線，數(shù)據(jù)采集處理單元自動識別和判定曲線拐點， 曲線拐點處溫度即為鋁電解質初晶溫度；
[0030] 本發(fā)明的升溫過程采用PID控制加熱溫度的方法實現(xiàn)。
[0031] 本發(fā)明中電解質選用CR = 2. 72的鋁電解質，電解質熔融溫度為980°C，待機溫度 為880°C，初晶溫度為954. 7°C。
[0032] 本發(fā)明適用于各種成分的鋁電解質初晶溫度測量，也適用于除鋁電解質以外的其 他電解質的初晶溫度的測量。本發(fā)明采用的溫度傳感器，高靈敏、抗干擾、實現(xiàn)實時變化溫 度的ms級響應測量，降低了變化溫度中熱電偶測量的延遲誤差，同時避免了熱電偶作為耗 材更換的浪費性。
[0033] 本發(fā)明采用全自動的上料-卸料整體傳動機構，一次完成上料，全程無需管理，自 動檢測試樣坩堝結束時報警提醒，高效可靠，不需要人員干預，解放勞動力，消除人員在高 溫操作的安全隱患。
[0034] 本發(fā)明的裝置具有測量結果準確，結構簡單，重復性和再現(xiàn)性穩(wěn)定，便于操作，從 而有效保證鋁電解生產(chǎn)的平穩(wěn)運行，最大限度地發(fā)揮其電能效率，最終達到進一步推動鋁 電解生產(chǎn)的管理水平和技術進步，并能為提高鋁電解效率，改進鋁電解工藝具有重要意義。

【附圖說明】

[0035] 圖1為本發(fā)明裝置的整體結構示意圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明裝置中樣品輸送單元的分解結構示意圖；
[0037] 圖3為本發(fā)明裝置中測量單元的結構示意圖；
[0038] 圖4為本發(fā)明裝置中測量單元的工作狀態(tài)示意圖；
[0039] 圖5為本發(fā)明實施例2的溫度-時間曲線；
[0040] 附圖標記：1、非接觸式溫度傳感器；2、第一傳動結構；3、坩堝；4、第二傳動結構； 5、加熱爐；6、第三傳動結構；7、托架；8、高度調節(jié)器；9、上料擺臂；10、空腔；11、小孔；12、 密封圈；13、保溫內膽；14、控溫單元；15、第一卡環(huán)；16、第二卡環(huán)；17、自重塊；18、料槽； 19、隔熱墊；20、限位傳感器。

【具體實施方式】
[0041] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步地介紹，但不作為對本發(fā)明的限 定。
[0042] 實施例1
[0043] 如圖1和圖2所示，一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝置，所 述裝置包括樣品輸送單元，所述樣品輸送單元包括料槽18,所述料槽18內疊加放置若干個 坩堝3,若干個坩堝3中任一坩堝的底部設置隔熱墊19,所述疊加放置的若干個坩堝3形成 坩堝柱，所述坩堝柱頂部放置自重塊17 ;
[0044] 所述樣品輸送單元還包括可開合的第一卡環(huán)15和第二卡環(huán)16,所述第一卡環(huán)15 用于卡住坩堝柱底部的第一個坩堝，所述第二卡環(huán)16用于卡住坩堝柱底部的第二個坩堝；
[0045] 所述樣品輸送單元還包括一用于測量自重塊17的限位傳感器20,所述限位傳感 器20設置于料槽18的底部并與運動控制單元相連。
[0046] 如圖1、圖3、圖4所示，所述裝置還包括測量單元，所述測量單元包括內有空腔10 的加熱爐5,加熱爐5頂端軸心處設置與空腔10相通的小孔11，加熱爐5下方設置可放入 空腔10的托架7,所述托架7底部設置密封圈12,用于托架7放入空腔10時封閉空腔10， 所述托架7設置在高度調節(jié)器8上，所述高度調節(jié)器8由相連的第一傳動結構2和第二傳 動結構4協(xié)同驅動進行高度調節(jié)和旋轉；
[0047] 所述測量單元還包括第三傳動結構6,所述第三傳動結構6驅動上料擺臂9,將放 置在上料擺臂9運動端的坩堝3放置在托架7上，從而使坩堝進入空腔10進行加熱；
[0048] 所述測量單元還包括非接觸式溫度傳感器1，所述非接觸式溫度傳感器1設置在 小孔11上方，用于測量坩堝3中鋁電解質樣品的溫度；
[0049] 所述裝置還包括控溫單元14、運動控制單元和數(shù)據(jù)采集處理單元，所述控溫單元 控制空腔10內的溫度，所述運動控制單元用于控制傳動結構的傳動、非接觸式溫度傳感器 1的移動和卡環(huán)的開合，所述數(shù)據(jù)采集單元用于電解質溫度數(shù)據(jù)采集和處理。
[0050] 所述非接觸式溫度傳感器1為紅外溫度儀。
[0051] 所述空腔10內設置有保溫內膽13。
[0052] 所述加熱爐5、非接觸式溫度傳感器1和托架7同軸設置。
[0053] 所述第一傳動結構2、第二傳動結構4和第三傳動結構6中的任一個傳動結構為 氣動裝置驅動的直線運動和旋轉運動機構，或電機驅動的滾珠絲杠直線運動和旋轉運動機 構。
[0054] 所述料槽18為筒壁開口的圓筒。
[0055] 所述自重塊17為鐵塊。
[0056] 所述隔熱墊19的制作材料為保溫棉。
[0057] 所述第一卡環(huán)15和第二卡環(huán)16均為為氣動裝置驅動的直線運動和旋轉運動機 構，或電機驅動的滾珠絲杠直線運動和旋轉運動機構。
[0058] 所述坩堝3為石墨坩堝。
[0059] 本實施例中傳動機構與運動控制單元連接按照控制單元的指令運動；所述的樣品 輸送單元、測量單元、控溫單元、運動控制單元、數(shù)據(jù)采集處理單元協(xié)同工作形成一套完整 裝直。
[0060] 本發(fā)明的各單元固定在支架上。
[0061] 實施例2
[0062] 一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的方法，所述方法包括以下步 驟：
[0063] 1)開始測量工作時，將鋁電解質樣品置于坩堝3中，若干個坩堝3置于料槽18中， 此時，第一卡環(huán)15處于閉合夾緊狀態(tài)，第二卡環(huán)16處于打開狀態(tài)；
[0064] 2)按下"啟動"按鈕后，上料擺臂9運動至料槽18軸線下方的"等待上料位"，此 時，第一卡環(huán)15處于打開狀態(tài)，第二卡環(huán)16處于閉合夾緊狀態(tài)，將料槽18底部的第一個坩 堝置于上料擺臂9工位上，進行第一個坩堝內鋁電解質初晶溫度的測量，料槽18底部的第 一個坩堝上樣后，料槽18底部的第二個坩堝下降成為第一個坩堝；
[0065] 3)測量開始時，上料擺臂9通過第三傳動結構6由"等待上料位"旋轉或移動到 "上料位"，托架7由第二傳動結構4上升至"取料位"后托住坩堝3,上料擺臂9回到"等待 上料位"，接下來第一傳動結構2將托架7與坩堝3 -同傳送至加熱爐5的空腔10內的"測 量位"，"測量位"可通過高度調節(jié)器8調節(jié)托架7從而進行微調，托架7底部的密封圈12將 空腔10封住形成封閉；
[0066] 4)坩堝3進入加熱爐5后，加熱爐5由PID控制升溫，將電解質樣品加熱至980°C， 恒溫，然后以5-10°C /min的勻速降溫到880°C，在電解質達到980°C及降溫到880°C過程 中，紅外溫度儀監(jiān)測電解質溫度的變化，并通過數(shù)據(jù)采集處理單元建立溫度-時間關系曲 線，如圖5所示，數(shù)據(jù)采集處理單元自動識別和判定曲線拐點，曲線拐點處溫度即為電解質 初晶溫度，由曲線得出電解質的電解溫度為972. 6°C，初晶溫度為954. 64°C ;
[0067] 5) -次測量完成后，托架7將坩堝3傳送至卸料位，上料擺臂9實現(xiàn)坩堝3的自動 卸料，卸料后上料擺臂9返回到"等待上料位"進行步驟2)的上料和測量過程；
[0068] 6)當限位傳感器20檢測到自重塊17時，停止上料過程，并繼續(xù)完成最后一次測量 過程。
[0069] 本發(fā)明實施例中采用的紅外溫度儀的測量誤差彡1%。
[0070] 同時采用差熱分析法得到的結果，初晶溫度為955. 3°C。
[0071] 同時采用傳統(tǒng)熱電偶測溫步冷曲線法測得的結果，初晶溫度為954. 0°C。
[0072] 測量結果與其他實驗技術獲得的結果近似，測量誤差在非接觸式溫度傳感器的誤 差范圍內。
[0073] 實施例3
[0074] 采用實施例1的裝置和實施例2的方法，選取不同的樣品進行測定，電解質樣品由 氟化鈉、氟化鋁、氟化鈣和氧化鋁組成，氟化鈣占電解質總重量的5 %，氧化鋁占電解質的總 重量5%，其余為氟化鈉和氟化鋁（分子比為2. 4:1)，稱樣量為20g。
[0075] 測得電解質初晶溫度為951. 1°C，同時采用熱電偶測溫步冷曲線法得到的結果為 950. 6 ?。
[0076] 測量結果與傳統(tǒng)實驗技術獲得的結果近似，測量誤差在非接觸式溫度傳感器的誤 差范圍內。
[0077] 實施例4
[0078] 采用實施例1的裝置和實施例2的方法，隨機選取鋁電解質樣品，不同點在于：共 測量6次，每次稱取的電解質質量不一樣，分別為IOg共2次，20g共2次，30g共2次。測 得電解質初晶溫度結果如表1所示：
[0079] 表1同一樣品不同重量的測量結果
[0080]

【權利要求】
1. 一種無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝置，其特征在于，所述裝置 包括樣品輸送單元和測量單元，所述樣品輸送單元包括料槽（18)，所述料槽（18)內疊加放 置若干個坩堝（3)，若干個坩堝（3)中任一坩堝的底部設置隔熱墊（19)，所述疊加放置的若 干個坩堝（3)形成坩堝柱，所述坩堝柱頂部放置自重塊（17); 所述樣品輸送單元還包括可開合的第一卡環(huán)（15)和第二卡環(huán)（16)，所述第一卡環(huán) (15)用于卡住坩堝柱底部的第一個坩堝，所述第二卡環(huán)（16)用于卡住坩堝柱底部的第二 個坩堝； 所述樣品輸送單元還包括一用于測量自重塊（17)的限位傳感器（20)，所述限位傳感 器（20)設置于料槽（18)的底部。2. 根據(jù)權利要求1所述的無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝置，其特 征在于，所述測量單元包括內有空腔（10)的加熱爐（5)，加熱爐（5)頂端軸心處設置與空腔 (10)相通的小孔（11)，加熱爐（5)下方設置可放入空腔（10)的托架（7)，所述托架（7)底 部設置密封圈（12)，用于托架（7)放入空腔（10)時封閉空腔（10)，所述托架（7)設置在高 度調節(jié)器（8)上，所述高度調節(jié)器（8)由相連的第一傳動結構（2)和第二傳動結構（4)協(xié) 同驅動進行高度調節(jié)和旋轉； 所述測量單元還包括第三傳動結構（6)，所述第三傳動結構（6)驅動上料擺臂（9)，將 放置在上料擺臂（9)運動端的坩堝（3)放置在托架（7)上，從而使坩堝進入空腔（10)進行 加熱； 所述測量單元還包括非接觸式溫度傳感器（1)，所述非接觸式溫度傳感器（1)設置在 小孔（11)上方，用于測量坩堝⑶中鋁電解質樣品的溫度； 所述裝置還包括控溫單元（14)、運動控制單元和數(shù)據(jù)采集處理單元，所述控溫單元控 制空腔（10)內的溫度，所述運動控制單元用于控制傳動結構的傳動、非接觸式溫度傳感器 (1)的移動和卡環(huán)的開合，所述數(shù)據(jù)采集單元用于電解質溫度數(shù)據(jù)采集和處理。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝置， 其特征在于，所述料槽（18)為筒壁開口的圓筒。4. 根據(jù)權利要求1或2所述的無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝置， 其特征在于，所述自重塊（17)為鐵塊。5. 根據(jù)權利要求1或2所述的無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝置， 其特征在于，所述隔熱墊（19)的制作材料為保溫棉或石棉。6. 根據(jù)權利要求1或2所述的無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝置， 其特征在于，所述第一卡環(huán)（15)和第二卡環(huán)（16)均為氣動裝置驅動的直線運動和旋轉運 動機構，或電機驅動的滾珠絲杠直線運動和旋轉運動機構。7. 根據(jù)權利要求1所述的無人值守全自動連續(xù)性測量鋁電解質初晶溫度的裝置，其特 征在于，所述坩堝（3)為不銹鋼坩堝或石墨坩堝。
【文檔編號】G01N25-12GK204269580SQ201420361789
【發(fā)明者】陳洪, 李龍, 曹功武, 馮紹杰, 張春光 [申請人]北京嘉品源軟件有限公司