劉君鵬

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師天山鋁業(yè)股份有限公司，新疆石河子 832000）

1 引言

測(cè)溫工作是鋁冶煉生產(chǎn)過(guò)程中的重要工作組成部分，主要目的就是技術(shù)管理者能夠通過(guò)觀察從而判定電解槽的運(yùn)行狀態(tài)，保證電解槽安全生產(chǎn)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(tài)、保溫性能、能耗狀況的重要手段。

鋁電解槽槽殼側(cè)部溫度是爐幫厚度和電解槽側(cè)流熱密度的表征體現(xiàn)；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(xiàn)；槽底鋼板溫度是鋁液溫度和底部熱流密度的表征體現(xiàn)[1]。因而，通過(guò)對(duì)電解槽陰極鋼棒、側(cè)部槽殼、底部鋼板溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)溫度變化了解電解槽運(yùn)行狀況，利于探索電解槽自我調(diào)節(jié)規(guī)律，為電解槽運(yùn)行狀態(tài)提供判斷依據(jù)。

2 槽膛內(nèi)形監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 槽膛內(nèi)型變化原因

鋁電解生產(chǎn)實(shí)屬于一種動(dòng)態(tài)的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(bǔ)充，均會(huì)造成電解槽物料平衡破壞。電解參數(shù)電壓、電流的波動(dòng)變化均會(huì)打破電解槽熱平衡狀態(tài)[2]。一旦能量平衡遭到破壞，就會(huì)影響槽幫的形狀，導(dǎo)致熱槽或冷槽的出現(xiàn)[3]。對(duì)于電解槽熱平衡的變化，必須要及時(shí)做出調(diào)整，通過(guò)調(diào)整相關(guān)技術(shù)參數(shù)，以確保電解槽達(dá)到相對(duì)平衡的能量狀態(tài)。

圖1 鋁電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 槽膛內(nèi)型監(jiān)測(cè)

正常鋁電解生產(chǎn)溫度920～960℃之間，覆蓋料中露出的鋼爪與導(dǎo)桿表面溫度接近330～420℃，而電解槽周圍空間由于熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱擴(kuò)散作用致使臨近槽體周圍溫度可達(dá)50℃以上。由于槽體外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及高溫磁場(chǎng)充斥、熔體流動(dòng)等原因，作業(yè)者很難精確、持續(xù)性地測(cè)量，根本無(wú)法直接觀測(cè)到槽膛內(nèi)型，除此之外觀察槽膛內(nèi)型需要打破氧化鋁結(jié)殼覆蓋料，既耗費(fèi)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(nèi)型。

2.3 間接槽膛內(nèi)型監(jiān)測(cè)方式

2.3.1 紅外線測(cè)溫

此種方式主要為人工手持紅外測(cè)溫槍并選擇某些具有代表性的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。很顯然，由于槽體空間環(huán)境及溫度環(huán)境的限制，該種方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)溫度監(jiān)測(cè)，盡管能夠通過(guò)測(cè)溫槍屏幕讀寫(xiě)溫度數(shù)據(jù)，但此方式易受磁場(chǎng)干擾，每次僅能斷續(xù)測(cè)量，耗時(shí)長(zhǎng)，測(cè)量量大，無(wú)疑加重了作業(yè)者對(duì)數(shù)據(jù)的記錄、存儲(chǔ)、分析等工作，長(zhǎng)時(shí)間穿梭在高溫磁場(chǎng)環(huán)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(fēng)險(xiǎn)。

2.3.2 溫度傳感器測(cè)溫

部分鋁企中，采用熱電偶進(jìn)行間斷測(cè)溫，每隔特定時(shí)間就進(jìn)行一次測(cè)量，周頻次1～2次。由于電解槽內(nèi)電解質(zhì)的強(qiáng)烈腐蝕性與電解槽內(nèi)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(lái)測(cè)量高溫，測(cè)量工具與被測(cè)量對(duì)象之間的相對(duì)尺寸懸殊，因而不易構(gòu)成多點(diǎn)分布式測(cè)量，另外，熱電偶的測(cè)溫采用電信號(hào)測(cè)量方案，容易受到現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾，難以直接為計(jì)算機(jī)提供數(shù)據(jù)輸入，因此在電解槽上不適用。

3 在線測(cè)溫技術(shù)及分析

在線測(cè)溫技術(shù)是將溫度傳感器通過(guò)卡箍在電極方鋼上，溫度傳導(dǎo)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(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。采用對(duì)信號(hào)回路和供電回路隔離裝置屏蔽強(qiáng)電磁干擾。整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)包括前端感知系統(tǒng)（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(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)處理終端）和后端數(shù)據(jù)處理預(yù)警平臺(tái)三部分。

每個(gè)電解槽的溫度檢測(cè)分為兩側(cè)，分別是A 側(cè)和B 側(cè)，每側(cè)有24個(gè)測(cè)點(diǎn)，分為12組，每組2個(gè)測(cè)點(diǎn)。因?yàn)椴捎玫碾p隔離模塊的輸入點(diǎn)數(shù)為4點(diǎn)，每個(gè)電解槽采用12 個(gè)采集模塊，采用RS-485 數(shù)據(jù)通信線，傳輸數(shù)據(jù)，通信速度9600bt，見(jiàn)圖2所示。

圖2 溫度檢測(cè)系統(tǒng)圖

通過(guò)對(duì)陰極鋼棒溫度數(shù)據(jù)長(zhǎng)期觀測(cè)，整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)可以在強(qiáng)靜磁場(chǎng)下穩(wěn)定工作；從溫度數(shù)據(jù)上可以看出，傳感器多日測(cè)量的數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1），溫度波動(dòng)不大。通過(guò)在線監(jiān)測(cè)陰極鋼棒溫度，可以實(shí)時(shí)對(duì)電解槽運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有效地避免漏槽等事故的發(fā)生，同時(shí)可為優(yōu)化鋁電解生產(chǎn)工藝及數(shù)據(jù)分析提供有效支撐。

表1 部分測(cè)點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

安全與電解生產(chǎn)息息相關(guān)，一旦鋁電解槽發(fā)生側(cè)漏、熔穿等現(xiàn)象，與之而來(lái)的則是電解生產(chǎn)停滯，刨槽大修和重新啟動(dòng)、固廢堆積等不良后果，這些都將給電解鋁企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，利用在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)的溫度傳感器系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)采集、傳輸、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析等，作為診斷電解槽運(yùn)行狀況的依據(jù)，為企業(yè)安全生產(chǎn)提供可靠保障。