CN1129791C - 铝电解槽阴极焊口电阻的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种铝电解槽阴极焊口电阻的测量方法，将大修电解槽阴极与上台生产电解槽的阴极电气短接，再将大修电解槽的阴极与下台生产电解槽的阳极相连，再将上台生产电解槽的阳极与被测阴极导电钢棒相联，产生一经阴极导电钢棒各焊口的测量大电流，将电流表卡在待测阴极钢棒上，再将数字电压表的表笔搭在相应焊口两端，通过导线将两表的保持键并在同一个双联开关上，按下该开关可测得相应焊口的电流和电压从而求出相应焊口的电阻值，本方法解决了长期以来人们无法在线测量焊口电阻的难题。

Description

铝电解槽阴极焊口电阻的测量方法

技术领域

本发明涉及到铝电解生产领域，特别是一种大修电解槽阴极焊口电阻的测量方法。

背景技术

在铝电解生产过程中，电解槽工作一定周期，即需要大修，特别是阴极钢棒通过铝软带与地沟母线焊接在一起，其间的钢—钢焊口、钢铝***焊口、铝—铝焊口的焊接质量的优劣对生产和电解槽的寿命的影响很大，因此对焊口处的电阻要求测量，在现有技术中，利用现有的常规测量方法，由于没有一个合适的高达数千安培的低压测量电源(专门购置费用昂贵，也占据很大空间)，实际工作中只能将大修完毕而未经对阴极焊口电阻进行测试的大修电解槽，按正常生产串入生产电解槽中，这样当大修电解槽由于各焊口焊接质量不好而将导致整条电解槽阴极电流分布不均匀，严重则会影响生产线不能正常运行，必需再将已砌筑好的大修电解槽拆槽短接，重新焊接相应焊口，误工费时，这是长期以来围绕电解铝生产过程中一个令人十分头痛的问题。为什么常规的测量方法无法完成大修电解槽阴极焊口电阻的测量呢？

我们知道，电解槽的阴极钢棒是分别通过钢—钢焊口、钢—铝***焊口、铝—铝焊口及阴极铝软带再与地沟硬母线焊接在一起的，因此，钢—钢焊口、钢—铝***焊口、铝—铝焊口的焊接电阻的大小即优劣直接影响到电解槽的生产状况，由《电工手册》可得知钢的电阻率为0.15Ω·mm2/m，因而当测量距离等于200mm时，钢棒无焊口，钢棒无焊口时的电阻为1.775μΩ，而一个焊接质量好能满足生产要求的焊口电阻应为2μΩ左右(实测证明确实如此)。这么小的电阻在不影响企业生产、又不增加昂贵的大电流源测试设备的情况下，目前还没有一个理想的用常规仪表测量焊口电阻的方法。为了有助于说明该问题，有必要对电解铝的生产工艺作一简介：我们知道电解铝生产的主要设备是电解槽，基本生产工艺是将直流电通入电解槽，氧化铝溶解在冰晶石熔体(电解质)，并在阴极(液体铝)和碳阳极上发生电化学反应，电解过程中，阴极析出铝，阳极上析出二氧化碳气体，铝液用真空抬包抽出，经过净化、配料、澄清之后，浇铸成商品铝锭。

电解槽数主要取决于设计产能和电流强度的大小，电解槽采取串联连接形式，亦即直流电从整流正极到第一台电解槽的阳极，然后经过电解质和铝液(阳极)，由阴极碳块到阴极钢棒，再通过母线到下一台电解槽的阳极，如此类推至整流负极，整个电解槽串联成一闭合回路，电解槽之间用母线连接，为了便于操作和防止短路，相邻电解槽之间均需保持适当的距离，在电解生产过程中，由于强大电流的作用会产生强烈磁场，致使铝液***、波动，从而影响电流效率，为此电解槽设计必须进行磁场计算，合理进行母线排列，尺寸、进电方式、进电比例等的设计，一般电解槽均设计为两端四点进电，地沟母线分设于电解槽两侧(图1所示)。

电解槽的生产情况是这样的：

电解槽通电前，先将阳极下降到距阳极规定的距离，然后装炉，再向槽内灌液体铝，之后通电，经一段时间的充分预热后，向槽内灌入电解质液体，经正常加工后转入正常生产，电解槽经过一个生产周期运行后，由于阴极破损，电流效率降低，铝液中含铁量上升等原因使得电解槽停槽大修。

电解槽大修工艺是这样的：

停槽前，将需大修的电解槽从生产系列中短接掉，在母线上专门留有短路口即起停槽短接作用，待电解槽冷却后，将阳极吊开，清除阴极内衬筑炉材料，然后修复阴极槽壳，重新砌筑阴极筑炉材料，顺序如下：①槽壳就位；②从槽壳底部数起，第一层是石棉板，然后是保温砖、阴极底部碳块、焊接阴极钢棒、浇铸边部浇注料、砌筑侧部碳块、用碳素糊扎缝、阳极吊装就位，然后焊接阳极铝软带，最后才能验收交工，特别是阴极各焊口的电阻应符合要求。当不符合要求时就得返工，十分繁琐。

另外，阴极钢棒各焊口焊接结束后(图1所示)，有电流流过各焊口，而且电流方向不固定，电流大小在几安至400安培左右(现场实测得出)，阴极钢棒中为什么会有电流流过呢？原因如下：理论上讲，电解槽两侧母线应该是等电位，钢棒中应没有电流通过，实际中由几方面的原因会导致该电流：①电解槽与槽之间是串联连接，单槽是两端四点进电，母线配置过程中不可能做到两个大面母线长度完全等长，这就导致两个大面间的电阻值不相等；②母线长期运行，局部软母线因电解槽漏炉被冲蚀，致使母线截面减少；③母线各部焊口电阻值有差异，压接结合处电阻值亦有差异；④电解生产工艺决定了系列电流必有波动；⑤电解槽阴极高低不平，槽内有不良导体沉淀，导致各阴极导电钢棒导电不均；⑥电解加工时及来效应时影响电流稳定；⑦正常工作电解槽阳极电流分布不均；⑧大修槽短路口电阻值有差异；⑨阴极各焊口电阻有差异，影响电流分布；⑩电解槽生产状况随时变化，使得电解槽两个大面间的电阻值随时在变化，综上所述电解槽两侧母线A、B之间有电压差(ΔV)存在，从而导致一个方向不确定的电流出现。

利用这个电压差(ΔV)是否可以测量各焊口的电阻呢？显然不行，首先该电压差(ΔV)一是方向和数值不稳定，其最大值也只有零点几毫伏，毫伏表在强磁场环境下，无法正常测量这么小的电压差，从而也无法算出相关电阻值。

由于被测电阻仅为2微欧左右，用双臂电桥显然也无法测量焊口电阻，因为双臂电桥的测量范围一般为10微欧左右，还要求被测电阻没有外加电源影响(实际大修槽中阴极钢棒有不平衡电流流过)。因此要测量阴极钢棒各焊口的电阻值唯有找到一个合适大电流源。

若要测量被测焊口两端的电压(如5mv)，则通过合格焊口的电流等于5mv除以2μΩ等于2.5KA电流，要获得2.5KA以上的低压直流电流，而专门制造或购置一台专用测量电源，显然一不经济，二实际也没空间放置，因而实际添置专门电源也不行。

如果降低流过各焊口的电流，则由于ΔV这个变化不定的电压差的叠加作用，加之强磁场的作用，测量仪表实际无法准确完成测量任务。

在没有外部电源的影响下，利用串联微电阻的办法进行焊口电阻的测量，也不行，原因在于如果在测量回路里串一只精密电阻(如1Ω)通过一直流电源(如I＝5A)，则焊口两端电压为5×2微欧等于10微伏，与串联电阻之5A×1Ω等于5V的电压相比则忽略不计，加之导线电阻的影响显然此法也行不通。

如果串联0.001Ω以下的电阻，理论上可以在焊口测得10μV的电压，但实际上0.001Ω的电阻，工艺上还没法制造。

因此，在小电流时，通过串联精密电阻的方法，也无法得到所测焊口的电阻值。

发明内容

本发明的目的在于立足现有工艺装备，提供一种测量阴极各焊口电阻的方法。

本发明的技术方案是这样的：

铝电解槽阴极焊口电阻的测量方法，其步骤是：a.首先将待大修的电解槽的阳极吊开，b.将其阴极与上一台生产电解槽的阴极电气短接在一起(电解槽通常留有短路接口，供停槽短接用)，同时将大修电解槽的阴极按常规接法与下一台生产电解槽的阳极相连，c.将测试电缆的一端与上一台生产电解槽(4)的阳极相连，另一端与被测阴极焊口的阴极导电钢棒相联，从而产生一经阴极导电钢棒的钢—钢焊口、钢铝***焊口、铝—铝焊口、阴极铝软带至阴极母线的约3KA的测量大电流，d.将一直流电流表卡在待测阴极钢棒上，e.再将一数字电压表的一对表笔联在待测的钢—钢焊口、钢—铝***焊口或铝—铝口的两端，并通过二对导线分别将数字电压表的采样保持健和直流电流表的采样保持健连在同一个双联开关K上，f.按下双联开关即可获得同步的电流电压信号，根据欧姆定律即可算出相应的阴极焊口的电阻值。

按照上述方案，无需添置任何大电流源设备，也不需要特殊的测量仪器，利用现有工艺设备和数字电压表(万用表)数字电流表即可轻易地测量阴极钢棒各焊口的电阻，缩短了大修工期，防止了因阴极焊口焊接不合格而导致的整个大修槽返修所造成的损失，解决了长期以来人们期望解决而未能解决的一个现实问题。

附图说明

以下结合图1至3及实测例作更细致说明。

图1为电解槽工艺布线简化示意图。

图2为以钢—钢焊口为例的测量示意图。

图3为大修电解槽及相邻电解槽的等效电路原理示意图。

具体实施方式

铝电解槽阴极焊口电阻的测量方法，其步骤是：a.首先将待大修的电解槽1的阳极2吊开，b.将其阴极3与上一台生产电解槽4的阴极5电气短接在一起(电解槽通常留有短路接口6，供停槽短接用)，同时将大修电解槽1的阴极3按常规接法与下一台生产电解槽7的阳极15相连，c.将测试电缆17的一端与上一台生产电解槽4的阳极14相连，另一端与被测阴极焊口的阴极导电钢棒16相联，从而产生一经阴极导电钢棒16的钢—钢焊口9、钢铝***焊口10、铝—铝焊口11、阴极铝软带12至阴极母线13的约3KA的测量大电流，d.将一直流电流表卡在待测阴极钢棒16上，e.再将一数字电压表的一对表笔联在待测的钢—钢焊口9、钢—铝***焊口10或铝—铝口11的两端，并通过二对导线分别将数字电压表的采样保持健和直流电流表的采样保持健连在同一个双联开关K上，f.按下双联开关即可获得同步的电流电压信号，根据欧姆定律即可算出相应的阴极焊口的电阻值。

图1中大修电解槽1位于系列串联电解槽4、7中的第2个；图3中R1、R3、R7、R9为大修电解槽1相邻两生产电解槽4、7的等效阳极电阻；R2、R4、R8、R10为相邻两生产电解槽4、7的阴极等效电阻；R5、R6为每个阴极钢棒16的等效电阻，其中R51、R63为铝—铝焊口等效电阻，R52、R62为钢—铝***焊口等效电阻，R53、R61为钢—钢焊口等效电阻；阴极碳块电阻图中省去未画；mV、I分别为数字电压表和直流电流表，两者的测试保持键用两对导线分别引出至一双联开关K上，按图2、图3所示按下K键即可测得相应阴极焊口的电压和电流值，从而根据欧姆定律可算出相应的电阻值。

Claims (1)

1.铝电解槽阴极焊口电阻的测量方法，其步骤是：a.首先将待大修的电解槽(1)的阳极(2)吊开，b.利用电解槽通常留有的供停槽短接用的短路接口(6)将其阴极(3)与上一台生产电解槽(4)的阴极(5)电气短接在一起，同时将大修电解槽(1)的阴极(3)按常规接法与下一台生产电解槽(7)的阳极(15)相连，c.将测试电缆(17)的一端与上一台生产电解槽(4)的阳极(14)相连，另一端与被测阴极焊口的阴极导电钢棒(16)相联，从而产生一经阴极导电钢棒(16)的钢—钢焊口(9)、钢铝***焊口(10)、铝—铝焊口(11)、阴极铝软带(12)至阴极母线(13)的约3KA的测量大电流，d.将一直流电流表卡在待测阴极钢棒(16)上，e.再将—数字电压表的一对表笔联在待测的钢—钢焊口(9)、钢—铝***焊口(10)或铝—铝口(11)的两端，并通过二对导线分别将数字电压表的采样保持健和直流电流表的采样保持健连在同一个双联开关K上，f.按下双联开关即可获得同步的电流电压信号，根据欧姆定律即可算出相应的阴极焊口的电阻值。

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