鋁電解槽槽膛內型監測技術研究

劉君鵬

（新疆生產建設兵團第八師天山鋁業股份有限公司，新疆石河子 832000）

1 引言

測溫工作是鋁冶煉生產過程中的重要工作組成部分，主要目的就是技術管理者能夠通過觀察從而判定電解槽的運行狀態，保證電解槽安全生產的需要。電解槽槽膛形狀的厚薄與好壞是了解鋁電解槽冷熱狀態、保溫性能、能耗狀況的重要手段。

鋁電解槽槽殼側部溫度是爐幫厚度和電解槽側流熱密度的表征體現；陰極方鋼棒溫度是槽膛伸腿大小、鋁液溫度和電解槽底部熱流量的表征體現；槽底鋼板溫度是鋁液溫度和底部熱流密度的表征體現[1]。因而，通過對電解槽陰極鋼棒、側部槽殼、底部鋼板溫度進行監測，根據溫度變化了解電解槽運行狀況，利于探索電解槽自我調節規律，為電解槽運行狀態提供判斷依據。

2 槽膛內形監測技術現狀

2.1 槽膛內型變化原因

鋁電解生產實屬于一種動態的物理化學反應過程。一般而言，電解槽的各種工藝操作，譬如物料消耗、電解原料的補充，均會造成電解槽物料平衡破壞。電解參數電壓、電流的波動變化均會打破電解槽熱平衡狀態[2]。一旦能量平衡遭到破壞，就會影響槽幫的形狀，導致熱槽或冷槽的出現[3]。對于電解槽熱平衡的變化，必須要及時做出調整，通過調整相關技術參數，以確保電解槽達到相對平衡的能量狀態。

圖1 鋁電解槽內襯結構示意圖

2.2 槽膛內型監測

正常鋁電解生產溫度920～960℃之間，覆蓋料中露出的鋼爪與導桿表面溫度接近330～420℃，而電解槽周圍空間由于熱傳導、熱輻射、熱擴散作用致使臨近槽體周圍溫度可達50℃以上。由于槽體外形結構特點及高溫磁場充斥、熔體流動等原因，作業者很難精確、持續性地測量，根本無法直接觀測到槽膛內型，除此之外觀察槽膛內型需要打破氧化鋁結殼覆蓋料，既耗費人力物力，又破壞了正常工況，造成熱量損失，存在較大安全隱患，故而電解鋁企均在尋求間接方式判定槽膛內型。

2.3 間接槽膛內型監測方式

2.3.1 紅外線測溫

此種方式主要為人工手持紅外測溫槍并選擇某些具有代表性的點進行測量。很顯然，由于槽體空間環境及溫度環境的限制，該種方法無法實現實時連續溫度監測，盡管能夠通過測溫槍屏幕讀寫溫度數據，但此方式易受磁場干擾，每次僅能斷續測量，耗時長，測量量大，無疑加重了作業者對數據的記錄、存儲、分析等工作，長時間穿梭在高溫磁場環境下的電解槽底部，既影響職工身體健康，又存在較大的安全風險。

2.3.2 溫度傳感器測溫

部分鋁企中，采用熱電偶進行間斷測溫，每隔特定時間就進行一次測量，周頻次1～2次。由于電解槽內電解質的強烈腐蝕性與電解槽內部的高溫，熱電偶使用壽命極低、使用量巨大。熱電偶雖然可以用來測量高溫，測量工具與被測量對象之間的相對尺寸懸殊，因而不易構成多點分布式測量，另外，熱電偶的測溫采用電信號測量方案，容易受到現場強電磁干擾，難以直接為計算機提供數據輸入，因此在電解槽上不適用。

3 在線測溫技術及分析

在線測溫技術是將溫度傳感器通過卡箍在電極方鋼上，溫度傳導體將電極和周邊的溫度變化傳送到傳感器，再由溫度變送器模塊轉換成數字信號。采用對信號回路和供電回路隔離裝置屏蔽強電磁干擾。整個測溫系統包括前端感知系統（磁吸式感溫探頭、隔熱罩、溫度異常及故障指示燈等組成部件）、傳輸單元（傳輸網關、數據處理終端）和后端數據處理預警平臺三部分。

每個電解槽的溫度檢測分為兩側，分別是A 側和B 側，每側有24個測點，分為12組，每組2個測點。因為采用的雙隔離模塊的輸入點數為4點，每個電解槽采用12 個采集模塊，采用RS-485 數據通信線，傳輸數據，通信速度9600bt，見圖2所示。

圖2 溫度檢測系統圖

通過對陰極鋼棒溫度數據長期觀測，整個測溫系統可以在強靜磁場下穩定工作；從溫度數據上可以看出，傳感器多日測量的數據（見表1），溫度波動不大。通過在線監測陰極鋼棒溫度，可以實時對電解槽運行狀況進行監測，有效地避免漏槽等事故的發生，同時可為優化鋁電解生產工藝及數據分析提供有效支撐。

表1 部分測點溫度監測數據

4 結論

安全與電解生產息息相關，一旦鋁電解槽發生側漏、熔穿等現象，與之而來的則是電解生產停滯，刨槽大修和重新啟動、固廢堆積等不良后果，這些都將給電解鋁企業帶來巨大的經濟損失。因此，利用在線實時監測技術設計的溫度傳感器系統，可以實現溫度的實時采集、傳輸、歷史數據存儲分析等，作為診斷電解槽運行狀況的依據，為企業安全生產提供可靠保障。