[发明专利]高温熔体的测温方法及其装置

说明书

本发明与高温熔体的温度测量和控制有关。

高温熔体一般是指液态金属、液态冰铜、液态炉渣、熔融盐、玻璃熔体等高温产物，它们是火法冶金、熔盐电解、硅酸盐提纯的物理化学或电化学反应的必然过程。熔体的温度过高或过低，都将影响冶金作业的正常进行，及时检测和控制熔体的温度，是保证冶金生产正常作业的重要条件之一。以氧化铝熔盐电解过程为例。铝电解生产所用的电解质，是以Na₃AlF₆-AlF₃-Al₂O₃为基的熔融盐，电解质的温度一般在940～980℃范围内。据检测表明，电解质的温度是影响电流效率和电能消耗的重要因素，当电解质温度降低10℃，而电流效率可提高2%;然而温度过低，电解质的密度和粘度相应增大，不利于电解质与金属铝的分层，以及阳极气体的排出。因此，经常检测电解质的温度并将其控制在最佳温度状态，是铝电解生产取得良好技术经济指标的前提条件。由于铝电解质温度高、腐蚀性强，如何及时、准确地测定其温度，是铝电解作业中的重要课题。国内外从事铝业的工作者，进行了多方面的研究，如联邦德国专利DE2844417/1980公开了一种采用复合层套管热电偶装置，其使用寿命可达30天左右;美国专利US3975212公开了一种将热电偶埋入电解槽的槽衬中，其使用寿命可延长至125天左右，然而因其热惯性大，难以得到实时的电解质温度信号，故不能及时调整和自动控制电解质温度;此外，还有采用严格控制电流密度的阳极保护法。如上所述的测温方法和装置，皆有其不足之处，不能适应现代化铝业或其它冶金工业生产的需要。

为了快速、准确地提供铝电解质或其它高温熔体的实时温度，便于计算机控制和管理生产过程，从而实现优质高产、节省能耗、延长测温热电偶寿命等目的，由此提出了本发明。

本发明是通过热电偶与高温熔体接触时所采集的过渡过程某段时间的温度信号，依据某种数学模型，利用计算机进行处理，及时给出被测物体（质）实时温度的动态测温方法及其装置。其实施方案与测温方法如图1所示。它由高重现性热电偶（2），通过升降装置（3）插入高温熔体（1）中，利用温度变送器和数据采集板（7），采集热电偶所响应的温度信号，经计算机（4）处理后，再由显示装置（5）显示或输出装置（6）输出被测物质的实时温度。视所测熔体的温度若过高或偏低，可通过计算机（4）配合调整温度的控制装置（8）调整熔体（炉、槽）相应作业参数，使其稳定在最佳温度状态，以实现优质高产和节能的目的。当热电偶测完某一温度后，迅速启动升降装置（3）将热电偶缩回原冷却保护装置中，并通气冷却。热电偶插入熔体的时间、深度和定时测温的次数，以及调整熔体相应的作业参数，均由一台计算机（4）进行控制。

采用高重现性的热电偶插入高温熔体（例如铝电解质）中，把热电偶响应某段时间内的温度信号（热电势），经过温度变送器（例如DBW）送入数据采集板（例如PC-1216A）;然后将采集的数据输入计算机（例如IBM-PC/XT）中。计算机将采集的t₁、t₂、t_k……t_n的n个时刻所对应的T₁、T₂、T_k……T_n的温度点，通过选定的数学模型（例如指数模型），经计算机处理得到T＝f（t）方程，再依据方程T＝f（t）可得到熔体温度。这种测温方法称之为动态测温法。其原理示于图2。

为适应熔盐电解尤其铝电解作业，以及矿物熔化、冰铜（含铜冰铜、铅冰铜和镍冰铜）分离、冶金熔析（含离析）、火法精炼和玻璃生产等高温熔体测温的需要，我们专门研制了如图3所示的高重现性热电偶（2）。该热电偶的测温头（15）采用耐热而且导热性良好的材料做成半球状，采用耐热抗腐蚀材料（例如镍材、高温不锈钢或金属陶瓷）做成热电偶外保护套管（10），在内保护套管（12）与外保护套管（10）之间充填绝缘（例如硅酸铝纤维）材料（11）。在内保护套管（12）中，除保留两个偶丝孔（14）外，均填满陶瓷绝缘子（13），以防偶丝（17）相接触。热电偶丝测温端点（16）与测温头（15）将其焊接牢固，以保持良好的导热性。测温头（15）与外保护套管（10）采用螺纹连接或焊接方式。热电偶导线由孔（9）引出，并连接于采集装置（7）。