摘要：槽前快速过热度的测量一直以来都是非常困难的，本文分析了测量的难点，分析了测量过程中需要解决的关键问题，实现了槽前快速简单测量过热度的方法。

关键词：过热度，槽前，电解铝，节能降耗

 

一、前言 

在电解铝生产过程中，“过热度”是衡量电解槽状态的重要参数，“过热度”为电解槽温度与初晶温度的差值，初晶温度是电解质初始结晶温度，即时掌握单槽过热度，对铝电解过程至关重要。过热度低了会影响电解质的流动性，高了会增大能耗。因此，“过热度”是电解铝生产精细化控制的关键参数，对于当前节能降耗，碳排放达标，降低费用，提高市场竞争力，节本增效非常有利。

在电解铝生产成本中，电费占到约一半，控制过热度在10度左右，是电解铝生产过程中电耗的最佳状态。目前电解铝行业的过热度控制水平参差不齐，电解生产过程中，主要依靠人工通过经验来判断槽温是否合适，因此过热度大多都在20℃以上，如果能够降低过热度至10℃左右，就能有效的节能增效，每降低过热度5℃，可以提高电流效率3%至4%，节省电能2%，吨铝节电几十元，降费效果非常可观。

 

二、系统组成 

该测量仪由三部分组成，如下图所示：

                                      图2-1、系统组成

工业级手持平板电脑主要用于接收智能测量手柄的的采集数据，并分析电解槽的初晶温度和槽温，计算过热度，控制手柄的操作状态，防止误操作，下达测量参数，通信控制，数据存储和传输，升级系统软件等。

智能测量手柄是由电脑芯片控制，负责连接过热度测量探头，并进行温度采样，分析返回的温度数据的可用性，并将该数据上传至平板电脑进行分析处理。

过热度测量探头由多支温度传感器同时测温，提高测温的可靠性，同时，探头有温度惯性模块，可以在探头进入电解槽测温时，首先测量并记录探头周围冷凝的电解质的降温曲线，再记录整个升温过程的温度数据曲线，通过多个曲线的比对分析，判断初晶温度特征点，完成“三度”的测量。

三、原理 

电解质初晶温度是指电解质的初始结晶温度（液相线温度），槽温只有在高于初晶温度时，电解质是液态的，电解过程才能顺利进行。槽温高出初晶温度的部分就是过热度，过热度太高，有额外的电耗，过热度太低，电解质粘稠，影响电解质的流动性，对电解铝生产过程不利，因此，准确测量初晶温度特征点是测量过热度的关键。

该测量仪的原理是单次测量时，分别测得电解质的降/升温曲线，并通过数据分析，找出降温过程和升温过程中的初晶温度特征点，再根据测得的槽温，计算出过热度。但是，在线测量电解质时，由于初晶温度特征点不太明显，所以需要在软硬件中，增加相应的措施，来加强和放大特征点，如下图所示：

 

经过放大后的初晶温度特征点明显增强，在对升降温度特征点进行比较后，确定初晶温度值，并得到过热度。

便携式槽前过热度测量仪使用过程和测量电解槽温度时一样简单，其测量探头可重复使用，与普通测温热电偶结构相似，测量一次1-2分钟，它能将日常的槽温测量，用测量过热度，槽温和初晶温度替代。便携式槽前过热度测量仪采用多传感器测量手段，通过各种算法并举，大数据建模，数字滤波抗干扰技术，相似度比对等措施，达到测量初晶温度特征点，测量电解质温度，计算出过热度的目的。

该测量仪使用无线数据连接模式，避免了通常连接方式在电解现场不可靠的情况出现，采用工业手持电脑，使测量仪能够实时记录并保存测量数据，存储数据可导出，方便各企业建立槽温管理数据库。同时，该测量仪还具备扫描（二维码或条形码）识别槽号，在线升级，在线诊断等功能，还可根据使用需求做进一步的功能拓展。

四、测试数据：

    我们对该测量仪进行了现场和实验室的验证测试，测试数据如下：

4.1、某电解厂实测数据一:

使用该过热度测量仪，同一天同一电解槽不同时间段测量

单位：℃

4.2、实验室初晶温度分析数据一：

使用该过热度测量仪，在实验室环境内，同一个电解质试样，使用加热炉将该试样融化，炉体温度960℃，测量过热度。

单位：℃

从上述表中可以看出，测量初晶温度点误差基本在±2℃以内，可以满足槽前过热度的测量需求。

 

六、分析

1、所测量电解槽内电解质的深度为15-20厘米，简单分为上中下三层，上层距液面5厘米左右，中层距页面10厘米左右，下层距页面15厘米左右，不同层的电解质温度不同，上层温度与下层温度的温度差一般在5-10度。

2、上中下三层的初晶温度也不尽相同，从取样实验可知，上层初晶温度偏高且不稳定（受下料间隔影响），中下层电解质成分相对固定，初晶温度值适中，也较稳定。

3、由于流动性影响，测量初晶温度和槽温应在同一时刻和同一水平，否则将出现过热度不准确的情况。

4、一般测槽温在深度10-15厘米处，但是取样时一般在上层，这样导致测得的过热度出现偏差。

5、现场取样测量初晶温度，由于冷却速度快慢不一和热偶导热系数的影响，都会出现一定偏差，最好的办法是使用点式热电偶测量。

我公司的“槽前过热度测量仪”采用高精度温度传感器（1000℃±1℃），很好的解决了上述问题，使得测量的准确性和真实度有了较大提高。

七、结论

便携式槽前过热度即时测量仪是北京核心动力科技有限公司经过多年努力，在原初晶温度测量设备基础上研制成功的，适用于电解槽前使用的在线测量设备，一改以前没有即时、便捷、快速、低成本、方便使用的电解槽前“过热度”测量设备的窘态，使简单测量电解质“三度”（电解质温度、初晶温度和过热度）成为可能。

该过热度测量操作简单，使用方便，可适应电解槽前的恶劣环境，使用成本低，可用于电解铝日常生产管理，为当前电解铝生产的系统优化提供了技术支持，是进一步降低电解铝生产成本的必要手段。槽前过热度测量仪的应用，可以简化电解槽的控制过程，对进一步的系统控制，精细控制，优化控制和电解厂整体管控，提供了广阔的应用前景。

 

 

 

 

参考文献：

1、冯乃祥，电解铝[M]，北京，化学工业出版社，材料科学与工程出版中心，2006年7月第一版。

2、梁学民，张松江，现代铝电解技术与管理，中南大学出版社，2011年11月第一版。