Определения температуры ликвидуса расплава электролита в алюминиевом электролизере и устройство для

Знание температуры ликвидуса (температуры начала кристаллизации) расплава электролита особенно важно при промышленном получении алюминия. Так в электролизерах для получения алюминия перегрев электролита, известный как разность между температурой расплава и температурой его кристаллизации, оказывает существенное влияние на следующие величины: скорость растворения глинозема, расход фтористых солей и углерода анода, толщина настыли и состояние подины, а следовательно, на выход по току. В свете этого, становятся актуальными задачи определения температуры ликвидуса и величины перегрева, нахождения оптимальных значений температуры ликвидуса и перегрева, и их поддержание.
Способ основан на измерении температуры охлаждающегося расплава электролита. В точке фазового перехода жидкость – твердое состояние температура системы меняется по иному закону, чем до и после перехода (перегиб кривой охлаждения), и такая особенность позволяет определять температуру ликвидуса.
Для реализации способа прототипа необходим отбор пробы вещества из интересующей области и охлаждение в измерительной ячейке. При этом кристаллизация осуществляется в сильно неравновесных условиях и, следовательно, температура ликвидуса будет зависеть от скорости охлаждения.
При охлаждении образца расплава электролита сначала происходит кристаллизация тугоплавкого компонента, а позже кристаллизуются более легкоплавкие фракции. Очевидно, что в технологических целях температурой кристаллизации расплава электролита следует считать не температуру начала выпадения первых кристаллов, а температуру при максимальном тепловом эффекте кристаллизации, который характеризует наибольшее объемное количество одновременно кристаллизующегося компонента.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является устройство для определения температуры ликвидуса, содержащее пробоотборник в виде открытой чаши с держателем, измерительный зонд с термоэлементом, защитным кожухом с постоянной времени не более 1,5 сек, телескопическую штангу, соединительный кабель и электронный прибор с возможностью приема, обработки и показа данных.
Задача изобретения состоит в повышении надежности определения температуры ликвидуса расплава промышленных электролитов, снижении себестоимости одного измерения и удобстве хранения, передачи, обработки измеренных данных.
Технический результат изобретения заключается в создании более равновесных условий измерения максимального теплового эффекта кристаллизации с использованием более точного алгоритма расчета температуры ликвидуса (кумулятивных сумм) и реализации операции очистки чаши от застывшего электролита и путем дополнительной термоизоляции измерительного зонда от пробоотборника и штанги, а также подбором оптимальных конструктивных параметров пробоотборника, точной фиксацией рабочего участка термоэлемента в центре объема чаши.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения температуры ликвидуса расплавов электролита в алюминиевом электролизере, включающем отбор пробы расплава электролита пробоотборником, извлечение отобранной пробы из алюминиевого электролизера и охлаждение пробы до температуры ликвидуса при постоянном измерении температуры, согласно предлагаемому решению отбор пробы расплава электролита проводят многоразовым пробоотборником с термоэлементом; причем перед извлечением отобранной пробы расплава электролита осуществляют прогрев пробоотборника до температуры расплава электролита, а охлаждение пробы до температуры ликвидуса ведут на корке электролита и температуру ликвидуса расплава электролита определяют в момент времени выделения максимального теплового эффекта кристаллизации как наибольшую величину второй производной температуры расплава электролита из ряда сглаженных значений кривой охлаждения температуры; при этом после определения температуры ликвидуса производят промывку пробоотборника колебательными движениями в расплаве электролита и очистку его от остатков расплава электролита.
Способ может характеризоваться тем, что интервал времени между измерениями температуры расплава выбирают от 1 до 0,005 секунд.
В заявляемом способе общим с прототипом являются следующие операции:
− отбор пробы расплава электролита в пробоотборник;
− извлечение его из ванны с отобранной пробой расплава электролита;
− охлаждение до температуры ликвидуса;
−определение температуры ликвидуса расплава электролита по перегибу кривой охлаждения образца.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для осуществления способа, содержащем пробоотборник в виде открытой чаши с держателем, измерительный зонд с термоэлементом, рабочий участок которого снабжен защитным кожухом и расположен внутри открытой чаши; при этом устройство связано соединительным кабелем с электронным прибором, согласно предлагаемому решению термоэлемент измерительного зонда закреплен внутри держателя чаши пробоотборника; при этом дополнительно между кожухом термоэлемента и держателем чаши пробоотборника установлен теплоизолятор; держатель чаши пробоотборника закреплен на штанге и между держателем чаши пробоотборника и штангой установлен теплоизолятор; а чаша пробоотборника жестко закреплена на держателе с возможностью расположения рабочего участка термоэлемента точно в центре чаши на равноудаленном расстоянии от ее внутренней поверхности.