本發(fā)明涉及電解液阻抗測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種在高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中基于阻抗變化的熔融電解質(zhì)液位、熔融電解鋁界位的自動(dòng)測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前電解鋁主要采用熔鹽電解工藝。其中，原材料為氧化鋁和氟化鹽，電解反應(yīng)所用的直流電由整流所供給。將原料加到預(yù)焙陽極電解槽內(nèi)，在電解槽中通過預(yù)焙陽極導(dǎo)入強(qiáng)大直流電，在約950℃高溫條件下，溶解在電解質(zhì)中的氧化鋁經(jīng)過復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，在槽底陰極上析出液態(tài)金屬鋁。

電解槽內(nèi)熔融電解質(zhì)的液位及與底層鋁液之間的界位是兩個(gè)重要的工藝參數(shù)。液位和界位不僅是決定電解槽熱平衡的重要因素，也影響電解過程的能耗和裝置的安全性。

目前，電解槽內(nèi)電解質(zhì)熔液、鋁液的液位和界位均由人工測(cè)量。操作人員在槽內(nèi)插入一根豎直探棒，然后取出探棒。由于鋁液、電解質(zhì)熔液存在顯著的比熱差異，粘附在探棒上的液體的凝固速率將顯著不同，迅速呈現(xiàn)出兩段不同亮度的分界線。分別測(cè)量探棒上兩段凝固層的長度，就是槽內(nèi)兩層液體的深度。這種人工測(cè)量存在一些問題：探棒表面分界線粗糙，位置判別的主觀誤差大，人工讀數(shù)的分辨率約為1cm；讀數(shù)必須迅速，待亮度消褪后無法分辨；操作探棒和測(cè)量長度需要兩個(gè)人協(xié)同工作，費(fèi)時(shí)、低效；以筆、紙記錄數(shù)據(jù)，與企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)不兼容；完成一次測(cè)量后，需要對(duì)探棒進(jìn)行摔打清理，以備再次使用。因此，亟需開發(fā)一種自動(dòng)的電解槽內(nèi)液位、界位測(cè)量系統(tǒng)。

所發(fā)明的系統(tǒng)必需能夠工作在近千度的高溫環(huán)境里，這對(duì)所有電子電氣部件都是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。同時(shí)，數(shù)百高斯的強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的鋼鐵部件產(chǎn)生很強(qiáng)的吸引力，這往往會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)造成干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于阻抗變化的電解槽液位在線自主測(cè)量系統(tǒng)及方法，能夠可靠、快捷、自動(dòng)、精確地測(cè)得電解槽液位和界位，為鋁電解生產(chǎn)過程提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于阻抗變化的電解槽液位在線自主測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括由底板和背板構(gòu)成的角形測(cè)試架、推桿及電子元件；所述底板下方設(shè)置滾輪和U型基準(zhǔn)框架，所述底板上方設(shè)置傾角傳感器，所述底板右側(cè)設(shè)置與所述推桿配合的滑槽；還包括電機(jī)和阻抗探桿，所述阻抗探桿設(shè)置于所述背板前方，所述電機(jī)設(shè)置于其后方，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述阻抗探桿運(yùn)動(dòng)；所述電子元件安裝于背板后方，分別與所述傾角傳感器、電機(jī)、阻抗探桿及推桿電連接。

優(yōu)選的，所述電機(jī)與阻抗探桿通過背板中間的蝸輪、背板前面的蝸桿及聯(lián)接頭相連。

優(yōu)選的，在所述背板前方的下端安裝有環(huán)繞所述阻抗探桿的C型環(huán)。

優(yōu)選的，所述阻抗探桿由高溫不銹鋼材料制成。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種基于阻抗變化的電解槽液位在線自主測(cè)量方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-4所述任一裝置，具體包括以下步驟：

步驟一、所述角形測(cè)試架整體與火孔方向?qū)R，通過所述電子元件控制所述推桿持續(xù)向左推動(dòng)所述角形測(cè)試架到達(dá)測(cè)試位置；

步驟二、所述電子單元發(fā)出液位測(cè)量指令，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪帶動(dòng)所述蝸桿向下旋轉(zhuǎn)，所述聯(lián)接頭將所述蝸桿向下的轉(zhuǎn)動(dòng)變換成所述阻抗探桿向下的滑動(dòng)，所述阻抗探桿從所述電解槽的上方經(jīng)火孔插入到槽內(nèi)，并依次進(jìn)入熔融的電解質(zhì)層和鋁液層測(cè)量阻抗并反饋給所述電子單元，同時(shí)，將電機(jī)轉(zhuǎn)角信號(hào)反饋到電子單元，以記錄阻抗探桿的下滑行程；

步驟三、完成測(cè)量后，所述電子單元發(fā)出所述探桿回收指令，此時(shí)所述電機(jī)反轉(zhuǎn)，則所述蝸桿反向旋轉(zhuǎn)，將所述阻抗探桿從所述電解槽內(nèi)拔出；

步驟四、所述電子單元發(fā)出撤離指令，所述推桿開始向右收縮，所述角形測(cè)試架依照與就位過程相反的動(dòng)作，被逐步拉離所述電解槽，回到初始的路面位置上。

優(yōu)選的，所述步驟一中，具體的到位過程為：所述推桿通過所述滑槽推動(dòng)所述角形測(cè)試架向左移動(dòng)，直到所述滾輪抵住所述電解槽幫的右側(cè)面，所述推桿繼續(xù)向左伸長，所述角形測(cè)試架的所述底板將圍繞所述滾輪逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，直到所述U型基準(zhǔn)框架下降并抵住所述電解槽幫的頂面，所述推桿繼續(xù)向左伸長，所述角形測(cè)試架將圍繞所述U型基準(zhǔn)框架與所述槽幫頂面的接觸線而逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，所述滾輪被逐漸懸空，在上述過程中所述傾斜角由傾角傳感器連續(xù)測(cè)量并反饋到所述電子單元，當(dāng)達(dá)到水平狀態(tài)時(shí)，所述電子單元發(fā)出停止指令，所述推桿停止外伸并鎖定位置。

優(yōu)選的，在所述步驟二中，如果阻抗大于幾兆歐姆，表明阻抗探桿前端還未接觸到融液；如果阻抗由幾兆歐姆突降到幾百歐姆，表明阻抗探桿前端開始接觸到電解質(zhì)融液；如果阻抗由幾百歐姆再次突降，低至幾十歐姆以下，表明阻抗探桿14前端開始接觸到鋁液，所述電子單元記錄下第一次、第二次阻抗突降時(shí)阻抗探桿的下滑行程l、L，按照所述角測(cè)試架的底板與背板之間的固定夾角θ換算成垂直行程，再結(jié)合所述U型基準(zhǔn)框架的高度C，通過公式h＝lsinθ-C，H＝Lsinθ-C，計(jì)算出相對(duì)于所述基準(zhǔn)面的電解質(zhì)融液液面h和鋁液界面H。

優(yōu)選的，所述步驟三，在拔出過程中，通過所述C型環(huán)15有效刮除附帶礦渣。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果在于：

本發(fā)明充分考慮了高溫、強(qiáng)磁、刮渣、基準(zhǔn)面等實(shí)際問題，能夠可靠、快捷、自動(dòng)、精確地測(cè)得電解槽液位和界位，為鋁電解生產(chǎn)過程提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)節(jié)能、優(yōu)化、安全運(yùn)行具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是測(cè)試過程流程圖；

圖3是角測(cè)試架的就位過程示意圖，左圖為測(cè)試架就位前的姿態(tài)，右圖為就位后的姿態(tài)；

圖4是液位測(cè)量過程示意圖，左圖為阻抗探桿伸出前的狀態(tài)，右圖為阻抗探桿伸出后的狀態(tài)；

圖5是C型環(huán)的結(jié)構(gòu)示意。

附圖標(biāo)記說明：

1、電子單元；

2、推桿；

3、滑槽；

4、底板；

5、背板；

6、滾輪；

7、電解槽幫；

8、U型基準(zhǔn)框架；

9、傾角傳感器；

10、電機(jī)；

11、蝸輪；

12、蝸桿；

13、聯(lián)接頭；

14、阻抗探桿；

15、C型環(huán)；

16、電解槽；

17、火孔；

18、電解質(zhì)融液；

19、鋁融液；

15-1、豁口；15-2、安裝螺孔。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

參見圖1所示，一種基于阻抗變化的電解槽液位在線自主測(cè)量系統(tǒng)，包括由底板4和背板5構(gòu)成的角形測(cè)試架、推桿2及電子元件1；所述底板4下方設(shè)置滾輪6和U型基準(zhǔn)框架8，所述底板4上方設(shè)置傾角傳感器9，所述底板4右側(cè)設(shè)置與所述推桿2配合的滑槽3；還包括電機(jī)10和阻抗探桿14，所述阻抗探桿14設(shè)置于所述背板5前方，所述電機(jī)10設(shè)置于其后方，所述電機(jī)10驅(qū)動(dòng)所述阻抗探桿14運(yùn)動(dòng)；所述電子元件1安裝于背板5后方，分別與所述傾角傳感器9、電機(jī)10、阻抗探桿14及推桿2電連接，其中，這種角形結(jié)構(gòu)便于其在電解槽16上方的狹小空間內(nèi)靈活移動(dòng)，此夾角的大小根據(jù)具體電解槽16上方的空間及火孔位置而確定，一般地說同一車間內(nèi)的情況是基本相同的，另外，背板5結(jié)構(gòu)將前面的火孔熱輻射與后面的電子電氣部件有效地隔離開，避免了電子電氣部件的熱損壞，此種測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使得當(dāng)外部裝置將測(cè)試架拖到與火孔對(duì)齊的路面位置后，只需在單自由度的推桿2的推動(dòng)下，借助電解槽槽幫7、基準(zhǔn)面的運(yùn)動(dòng)約束，就能將測(cè)試架的底板4置于基準(zhǔn)面之上恒定高度的水平面內(nèi)，從而為高度測(cè)量提供了基準(zhǔn)。

具體的，所述電機(jī)10與阻抗探桿14通過背板5中間的蝸輪11、背板5前面的蝸桿12及聯(lián)接頭13相連，將電機(jī)10的正、反轉(zhuǎn)動(dòng)變換成阻抗探桿14的上下滑動(dòng)。

具體的，如圖5所示，在所述背板5前方的下端安裝有環(huán)繞所述阻抗探桿14的C型環(huán)15，既作為阻抗探桿14的導(dǎo)向孔，也作為阻抗探桿14的刮渣孔，以刮除凝結(jié)在探桿上的高溫礦渣；此C型環(huán)15留有一個(gè)斷口，保證其受力后容易擴(kuò)張，不會(huì)出現(xiàn)高溫探桿被卡死的現(xiàn)象。

具體的，考慮到所述阻抗探桿14被頻繁插入到電解槽16內(nèi)實(shí)施阻抗測(cè)量，需要具有耐高溫的性能，因此所述阻抗探桿14由高溫不銹鋼材料制成。

為了明確操作方式，本發(fā)明還給出了一種基于阻抗變化的電解槽液位在線自主測(cè)量方法，采用上述裝置，如圖2所示，具體包括以下步驟：

步驟一、所述角形測(cè)試架整體與火孔方向?qū)R，通過所述電子元件1控制所述推桿2持續(xù)向左推動(dòng)所述角形測(cè)試架到達(dá)測(cè)試位置；

具體來說，如圖3所示，過程如下：所述推桿2通過所述滑槽3推動(dòng)所述角形測(cè)試架向左移動(dòng)，直到所述滾輪6抵住所述電解槽幫7的右側(cè)面，所述推桿2繼續(xù)向左伸長，所述角形測(cè)試架的所述底板4將圍繞所述滾輪6逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，直到所述U型基準(zhǔn)框架8下降并抵住所述電解槽幫7的頂面，所述推桿2繼續(xù)向左伸長，所述角形測(cè)試架將圍繞所述U型基準(zhǔn)框架8與所述槽幫7頂面的接觸線而逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，所述滾輪6被逐漸懸空，在推桿2不斷伸長的過程中，測(cè)試架底板4依靠不同支點(diǎn)而不斷地逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，逐漸趨向水平狀態(tài)，在上述過程中所述傾斜角由傾角傳感器9連續(xù)測(cè)量并反饋到所述電子單元1，當(dāng)達(dá)到水平狀態(tài)時(shí)，所述電子單元1發(fā)出停止指令，所述推桿2停止外伸并鎖定位置；

步驟二、如圖4所示，所述電子單元1發(fā)出液位測(cè)量指令，所述電機(jī)10驅(qū)動(dòng)蝸輪11帶動(dòng)所述蝸桿12向下旋轉(zhuǎn)，所述聯(lián)接頭13將所述蝸桿12向下的轉(zhuǎn)動(dòng)變換成所述阻抗探桿14向下的滑動(dòng)，所述阻抗探桿14從所述電解槽16的上方經(jīng)火孔插入到槽內(nèi)，并依次進(jìn)入熔融的電解質(zhì)層和鋁液層測(cè)量阻抗并反饋給所述電子單元1，同時(shí)，將電機(jī)10轉(zhuǎn)角信號(hào)反饋到電子單元1，以記錄阻抗探桿的下滑行程；

具體測(cè)量過程為：如果阻抗大于幾兆歐姆，表明阻抗探桿14前端還未接觸到融液18；如果阻抗由幾兆歐姆突降到幾百歐姆，表明阻抗探桿14前端開始接觸到電解質(zhì)融液18；如果阻抗由幾百歐姆再次突降，低至幾十歐姆以下，表明阻抗探桿14前端開始接觸到鋁液19，所述電子單元1記錄下第一次、第二次阻抗突降時(shí)阻抗探桿的下滑行程l、L，按照所述角形測(cè)試架的底板4與背板5之間的固定夾角θ換算成垂直行程，再結(jié)合所述U型基準(zhǔn)框架8的高度C，通過公式h＝lsinθ-C，H＝Lsinθ-C，計(jì)算出相對(duì)于所述基準(zhǔn)面的電解質(zhì)融液18液面h和鋁液19界面H；

步驟三、完成測(cè)量后，所述電子單元發(fā)出所述探桿回收指令，此時(shí)所述電機(jī)反轉(zhuǎn)，則所述蝸桿反向旋轉(zhuǎn)，將所述阻抗探桿從所述電解槽16內(nèi)拔出，即當(dāng)阻抗探桿14接觸到鋁液19后，見圖4右，電子單元1將發(fā)出探桿回收指令，此時(shí)電機(jī)10反轉(zhuǎn)，則蝸桿12反向旋轉(zhuǎn)，將阻抗探桿14從電解槽內(nèi)拔出；

步驟四、所述電子單元1發(fā)出撤離指令，所述推桿2開始向右收縮，所述角形測(cè)試架依照與就位過程相反的動(dòng)作，被逐步拉離所述電解槽16，回到初始的路面位置上，至此測(cè)試過程完全結(jié)束。

具體的，所述步驟三拔出過程中，通過所述C型環(huán)15有效刮除附帶礦渣，在拔出過程中，阻抗探桿14的表面將凝結(jié)大量的礦渣。在背板5下方接近火孔處所設(shè)置的C型環(huán)15將有效刮除這些礦渣，保證了阻抗探桿14的潔凈及下次能夠正常使用；C型環(huán)的結(jié)構(gòu)見圖5，所留出的豁口15-1增大了變形量，避免了高溫膨脹后的阻抗探桿14不被卡死；兩個(gè)螺孔15-2用于將其固定安裝在測(cè)試架的背板5上。

本發(fā)明充分考慮了高溫、強(qiáng)磁、刮渣、基準(zhǔn)面等實(shí)際問題，能夠可靠、快捷、自動(dòng)、精確地測(cè)得電解槽液位和界位，為鋁電解生產(chǎn)過程提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)節(jié)能、優(yōu)化、安全運(yùn)行具有重要意義。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。