一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定方法与流程

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1.本发明属于铝冶炼领域，具体涉及一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定方法。

背景技术：

2.现行hall-herout铝电解槽采用消耗性碳素阳极，不仅消耗大量以优质石油焦为主体的炭素材料，排放大量温室效应气体co2、强温室气体碳氟化合物(cf4、c2f6)、so2，而且在现行铝电解过程中，需要不断地更换预焙阳极碳块，导致电解生产不稳定，并增加了劳动强度、工人面对高温熔体的人身风险和氟化物的无组织排放；预焙碳阳极生产过程中也会排放致癌性的芳香族化合物(pah)、so2、粉尘，这些都是pm2.5的主要来源之一；此外，采用碳素阳极也是现行铝电解工艺的高能耗、高成本等问题的主要原因之一。
3.采用非碳阳极或称惰性阳极实现氧气与原铝联产电解新工艺，可以解决上述排放与污染问题，并可提高生产效率、减少占地面积、降低生产成本，而成为国际铝业界和材料界的关注焦点和研究热点。非碳阳极使用在氧铝联产电解过程中有以下优点：(1)电解过程中电极几乎不消耗，材料消耗量不到碳阳极的百分之一，无需附属的炭素加工厂和碳阳极组装厂，降低了生产成本，消除了由炭素阳极生产与使用带来的环境影响与污染；(2)电极不消耗，极距稳定，易于控制，阳极更换频率减少十倍以上，劳动强度和职业风险大为降低；(3)可以采用更高的单位体积电流，使电解槽产能增加；(4)阳极的产品为氧气，避免了环境污染，氧气还可以作为副产品。
4.采用非碳阳极使铝电解反应方程式由al2o3+c＝al+co2，e＝1.2v转为al2o3＝al+o2，e＝2.2v；后者的理论分解电压比前者大1v，因此采用非碳惰性阳极必须使用更保温的电解槽结构，需要采用竖式结构电解槽。采用电极竖式布置的惰性阳极铝电解槽，由于电极面积可以成倍的增加，加上惰性阳极与惰性阴极的尺寸小，从而减少电解槽体积、增加产率、减少散热，弥补惰性阳极理论分解电压高于炭阳极的缺点。
5.基于竖式结构电解槽对侧部保温要求严苛的特点，较好的炉帮，能起到电解槽的保温，降低电解槽的热损，减少能量的输入，从而降低电压，能减少侧部水平电流的走向，降低电流空耗，电解槽的生产应紧紧围绕炉帮的变化进行参数调整，确保指标的稳定和电解槽的平稳运行。因此需要获取资料用于全面分析与优化电解槽设计(特别是热场设计)，或全面分析与优化槽况及工艺技术条件时，往往需要进行此项测定。
6.然而立于槽底的竖式惰性阴极在电解槽运行过程中会因为热膨胀、钠/钾膨胀、铝水与电解质的流动等原因而发生倾斜，影响电流分布，造成电解槽运行不正常、非碳阳极腐蚀加大等不利后果，因此需要在电解槽运行过程对倾斜阴极进行现场检测和判断。

技术实现要素：

7.本发明的目的就是提供一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的
快速测定的方法。(所述氧铝联产电解槽采用竖式布置的惰性阳极与惰性阴极，惰性阳极与惰性阴极交错排列，竖式阳极悬挂在电解槽上部，竖式阴极安置于电解槽底部基底上)
8.所述现场测量操作方法是利用旋转角度传感器测得的旋转角，通过机械式定位方法，测定棒可以升降、旋转，自动记录高度，利用旋转角度传感器测得的旋转角，根据旋转角算出距离基准轴的距离，计算出炉帮形状或阴极倾斜状态。或通过温度传感器测量出的温度计算出传感器到高温液体的距离，然后根据每个点位距离的不同，计算绘制出炉帮形状。
9.上述发明是通过下述方案实现的：
10.一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定的方法，具体操作为：
11.通过旋转角度传感器进行升降、旋转测定棒，自动记录旋转角，根据旋转角与测定棒的固有尺寸计算出炉帮或阴极距离基准轴的距离，从而确定阴极炉帮形状或阴极的倾斜角；所述旋转角度传感器包括刻度轴、角度旋转器、角度值显示器、轴套、支撑杆和支撑桩；
12.所述测定棒包括主体棒和辅助棒，主体棒的一端和辅助棒的一端活动连接，两者所形成的夹角为30～90
°
，当夹角为90
°
时，即为l型棒；
13.所述角度旋转器通过连接线与角度值显示器相连；角度旋转器的下部连接刻度轴，刻度轴上设有轴套；轴套通过支撑杆与支撑桩连接；
14.所述测定棒包括主体棒和辅助棒，主体棒的一端和辅助棒的一端活动连接，所述主体棒的另一端与刻度轴固定连接，处于同一直线，两者同步工作；通过旋转测定棒，其旋转角则可以通过角度值显示器显示。
15.(1)设定水平方向和垂直方向分别为x与y方向；将炉帮的垂直距离，即沿y方向平均分为n个部分，n为正整数(至少10段以上，n≥10)，在提升测定棒时根据平分距离进行逐段提升；
16.(2)采用测定棒进行探测，以阳极组上部耐火保温材料侧面为基准，先插到电解槽底，保持垂直，然后旋转测定棒，测定接触炉帮内壁时的旋转角，随后根据步骤(1)炉帮划分的n段距离，沿y方向逐段提升测定棒，测得每一段所对应的旋转角，记为θ；
17.通过旋转角度θ与测定棒的辅助棒长度(记为l1)，计算出炉帮内壁距离基准轴的垂直距离，记为h3；炉帮外壁到基准轴的距离可以直接测量得出，记为h1，炉帮内衬厚度也为已知，记为h2；通过h1减去h2，再减去h3，即可得到此处炉帮厚度h，确定厚度点；每一段测的一个厚度点，最终得到n个点，连接在一起即可得到炉帮的形状；
18.优选的，步骤(2)中所述基准轴即为测定棒的旋转轴。
19.优选的，步骤(2)中所述h3为l1乘以sinθ，h3取值时保留小数点后2位。
20.(3)测定棒进行探测，以一组阳极组上部耐火保温材料侧面为基准，保持垂直，先插到电解槽底部，确定阴极的底部端点，记为c点，随后将测定棒沿y方向提升至顶部，然后旋转该测定棒，接触阴极上部的顶点，记为b点，测定此时的旋转角，记为θ1；通过旋转角度θ1与阴极的垂直高度计算出b点距离基准轴的距离x，利用b、c这两点画出一条线，记为直线l；即可测得阴极是否倾斜与阴极倾斜度θ2。
21.如果直线l平行于两侧阳极，则说明阴极未倾斜；
22.如果直线l与两侧阳极不平行，则说明阴极产生倾斜，此时的倾斜角记为θ2；阴极上部的顶点距离阳极的距离记为x，由此距离与已知的极距，计算得出阴极顶部离开阴极自
身基准平面的距离为：x-极距，再通过已知阴极高度，计算出阴极倾斜角θ2。
23.优选的，步骤(3)中所述基准轴即为测定棒的旋转轴。
24.优选的，步骤(3)中所述x为已知阴极高度乘以tanθ1，x取整数。
25.本发明的有益效果：
26.本发明提出的阴极炉帮形状与阴极倾斜角的快速测定方法简单，操作方便，且测定精度较高，检测方式也容易实现，易推广。
附图说明
27.图1为实施例1利用旋转角度传感器测量示意图；
28.图2为实施例2测量阴极倾斜角示意图。
29.附图标记说明：1-刻度轴，2-旋转角度传感器，3-阳极，4-炉帮，5-阴极，8-侧部炭块，9-测定棒，2-1角度旋转器，2-2角度值显示器，2-3轴套，2-4支撑桩，2-5支撑杆。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明作进一步描述，但并非对其保护范围的限制。
31.如图1所示，所述旋转角度传感器2为常规仪器，包括刻度轴1、角度旋转器2-1、角度值显示器2-2、轴套2-3、支撑桩2-4和支撑杆2-5；
32.所述角度旋转器2-1通过连接线与角度值显示器2-2相连；角度旋转器2-1的下部连接刻度轴1，刻度轴1上设有轴套2-3；轴套2-3通过支撑杆2-5与支撑桩2-4连接；
33.所述测定棒包括主体棒和辅助棒，主体棒的一端和辅助棒的一端活动连接，所述主体棒的另一端与刻度轴1固定连接，处于同一直线，两者同步工作；通过旋转测定棒，其旋转角则可以通过角度值显示器2-2显示。
34.实施例1：
35.一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状快速测定的方法，阴极炉帮测量示意图，如图1所示，
36.具体包括如下步骤：
37.(1)设定水平方向和垂直方向分别为x与y方向；将炉帮的垂直距离，即沿y方向平均分为n个部分，n取15，在提升测定棒时根据平分距离进行升高旋转；
38.(2)采用测定棒进行探测，以阳极组上部耐火保温材料侧面为基准，先插到电解槽底，保持垂直，旋转测定棒，测定辅助棒接触炉帮内壁时的旋转角，随后根据步骤(1)炉帮划分的15段距离，沿y方向逐段提升测定棒，测得每一段所对应的旋转角θ；
39.以接触炉帮内壁时的a点为例，通过旋转角度θ与测定棒的辅助棒长度l1计算出，炉帮内壁a点距离基准轴的垂直距离，记为h3，h3＝l1
.
sinθ，h3取值时保留小数点后2位；
40.炉帮外壁到基准轴的距离可以直接测量得出，记为h1，炉帮内衬厚度也为已知，记为h2；通过h1减去h2，再减去h3，即可得到此处炉帮厚度h，每一段测的一个厚度点，最终得到15个点，连接在一起即可得到炉帮的形状；所述基准轴即为测定棒的旋转轴；
41.实施例2：
42.一种氧铝联产电解槽竖式阴极倾斜角测定的方法，阴极倾斜角测量示意图如图2所示，包括如下步骤：
43.以测定棒进行探测，以一组阳极组上部耐火保温材料侧面为基准，保持垂直，先插到电解槽底部，确定阴极的底部端点，记为c点，随后将测定棒沿y方向提升至顶部，旋转该测定棒，辅助棒接触阴极上部的顶点，记为b点，测定此时的旋转角，记为θ1；通过旋转角度θ1与阴极的垂直高度计算出b点距离基准轴的距离x，所述x为已知阴极高度乘以tanθ1，x取整数；
44.利用b、c这两点画出一条线，记为直线l；即可测得阴极是否倾斜与阴极倾斜度θ2；所述基准轴即为测定棒的旋转轴。
45.如果直线l平行于两侧阳极，则阴极未倾斜；
46.如果直线l与两侧阳极不平行，则阴极产生倾斜，此时的倾斜角记为θ2；阴极上部距离阳极的距离为x，由此距离与已知的极距计算得出阴极顶部离开阴极自身基准平面的距离为：x-极距，再通过已知阴极高度，计算出阴极倾斜角θ2。
47.说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

技术特征：

1.一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定方法，其特征在于，步骤如下：通过旋转角度传感器进行升降、旋转测定棒，自动记录旋转角，根据旋转角与测定棒的固有尺寸计算出炉帮或阴极距离基准轴的距离，从而确定阴极炉帮形状或阴极的倾斜角；所述旋转角度传感器包括刻度轴、角度旋转器、角度值显示器、轴套、支撑杆和支撑桩；所述测定棒包括主体棒和辅助棒，主体棒的一端和辅助棒的一端活动连接，两者所形成的夹角为30～90
°
，当夹角为90
°
时，即为l型棒；所述主体棒的另一端与刻度轴固定连接，处于同一直线。2.根据权利要求1所述的一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定方法，其特征在于，所述测定棒的材质为不锈钢、fecral合金、fenial合金、nial、feal、耐蚀合金陶瓷、耐火硬质合金、硼化物陶瓷或氮化物陶瓷中的一种或几种的组合。3.根据权利要求1所述的一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定方法，其特征在于，所述阴极炉帮形状的测定步骤如下：(1)设定水平方向和垂直方向分别为x与y方向；将炉帮的垂直距离，即沿y方向平均分为n个部分，n为正整数，在提升测定棒时根据平分距离进行逐段提升；(2)采用测定棒进行探测，以阳极组上部耐火保温材料侧面为基准，先插到电解槽底，保持垂直，然后旋转测定棒，测定接触炉帮内壁时的旋转角，随后根据步骤(1)炉帮划分的n段距离，沿y方向逐段提升测定棒，测得每一段所对应的旋转角，记为θ；通过旋转角度θ与测定棒的辅助棒长度，计算出炉帮内壁距离基准轴的垂直距离，记为h3；炉帮外壁到基准轴的距离可以直接测量得出，记为h1，炉帮内衬厚度也为已知，记为h2；通过h1减去h2，再减去h3，即可得到此处炉帮厚度h，确定厚度点；每一段测的一个厚度点，最终得到n个点，连接在一起即可得到炉帮的形状。4.根据权利要求3所述的一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定方法，其特征在于，步骤(2)中所述n≥10。5.根据权利要求3所述的一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定方法，其特征在于，步骤(2)中所述基准轴即为测定棒的旋转轴。6.根据权利要求3所述的一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定方法，其特征在于，步骤(2)中所述辅助棒长度即为l1；所述h3为l1乘以sinθ，h3取值时保留小数点后2位。7.根据权利要求1所述的一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定方法，其特征在于，所述阴极倾斜角的测定步骤如下：测定棒进行探测，以一组阳极组上部耐火保温材料侧面为基准，保持垂直，先插到电解槽底部，确定阴极的底部端点，记为c点，随后将测定棒沿y方向提升至顶部，然后旋转该测定棒，接触阴极上部的顶点，记为b点，测定此时的旋转角，记为θ1；通过旋转角度θ1与阴极的垂直高度计算出b点距离基准轴的距离x，利用b、c这两点画出一条线，记为直线l；即可测得阴极是否倾斜与阴极倾斜度θ2；如果直线l平行于两侧阳极，则说明阴极未倾斜；如果直线l与两侧阳极不平行，则说明阴极产生倾斜，此时的倾斜角记为θ2；阴极上部的顶点距离阳极的距离记为x，由此距离与已知的极距，计算得出阴极顶部离开阴极自身基
准平面的距离为：x-极距，再通过已知阴极高度，计算出阴极倾斜角θ2。8.根据权利要求7所述的一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定方法，其特征在于，所述基准轴即为测定棒的旋转轴。9.根据权利要求7所述的一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定方法，其特征在于，所述x为已知阴极的高度乘以tanθ1，x取整数。

技术总结

本发明属于铝冶炼领域，具体涉及一种氧铝联产电解槽竖式阴极炉帮形状或阴极倾斜角的快速测定方法。本发明将旋转角度传感器与测定棒结合，通过旋转角度传感器进行升降、旋转测定棒，自动记录旋转角，根据旋转角与测定棒的固有尺寸计算出炉帮或阴极距离基准轴的距离，从而确定阴极炉帮形状或阴极的倾斜角；本发明提出的阴极炉帮形状与阴极倾斜角的快速测定方法，简单实用、操作方便，且测定精度较高，检测方式也容易实现，易推广。易推广。易推广。