基于阳极导杆的大电流输出电检测仪研制

发布时间：2020-06-25 14:30

【摘要】：作为电解铝生产与消费大国,我国在铝生产方面虽然做出了许多突出贡献,但仍然存在单位产量能耗持续走高的问题。电解铝行业中用到的重要组件—阳极导电杆,是由铝导杆和钢爪经爆炸焊或摩擦焊等方法连接而成,接头处存在着铝钢两部分相互扩散形成的界面层。由于两种材料物化性能的不同,导致接头区域与其它部位在力学性能、导电性能等方面都存在一定的差异,如果焊接质量不佳更会影响后续电解过程中导杆的正常使用。目前工厂常采取的方法是通过肉眼直接观察电解生产前的阳极导电杆,此种方法没有评判标准,随机性大,无法确定导杆接头的实际焊接情况。传统的无损检测方法在使用过程中存在操作难度大、劳动强度高、生产条件不允许、不能进行实时检测等诸多现实问题。针对以上客观问题,依据“电压降—焊合面积”成一定比例关系的原理,采用大电流恒源输出加载于导杆接头两侧,通过接头压降的测量来反映焊合面积大小,设计出一种能够进行在线检测阳极导电杆焊接接头质量的无损检测设备,将其应用于电解铝行业。本文依据上述主要原理,首先,介绍了检测设备机械结构设计过程,根据阳极导杆质量与重心特性、机械结构所要满足的强度条件等,运用SolidWorks三维设计软件完成左侧定位自平衡结构、右侧导杆夹紧结构、底部支撑机架等模块的模型设计,并在设计过程中运用Simulation功能进行各个结构模块的校核分析。其次,详细叙述检测器控制部分设计过程,通过控制初级回路晶闸管的导通角实现大电流恒定输出,选取适当的电压、电流采样方式,在保证采样精度满足数据采集要求的前提下,实现对电信号的精确测量,与此同时,将实际采集到的电压信号与控制寄存器中预存的标准信号进行比较,当接头质量发生异常时,对其做出合理评判。最后,将该检测器检测控制系统用于阳极导杆接头的检测,通过对各种不同形式摩擦焊接头进行检测,验证不同电流、不同检测面积以及不同检测长度情况下接头压降的实际变化规律,根据变化规律做出接头电场的分布形式,并为焊接接头的质量检测提出判定标准。经过上述对检测器整体结构的软硬件设计,使检测器在恒流模式下满足不同检测条件的测量要求,从而保证电解铝阳极导杆在生产过程中的正常使用。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF821
【图文】：

阳极导杆,失效形式

课题提出背景国产业发展研究网讯：据中商产业研究院数据库（AskCIData)最新数据显示国铝产品产量持续增长[1]，由 2010 年的 2237.42 万吨直至 2014 年的 4845.5我国的电解铝产量据不完全统计，也由 2010 年的 1565 万吨增至 2015 年的约而 2016 年全年电解铝产量达到 3238.89 万吨[2]。而在铝产品消费方面，据安，2016 年，全球铝消费总量已达到 7575 万吨，2001 年~2016 年间年均约增长铝消费增长最为迅速，同期增幅达到 12.2%。2006 年中国开始超越美国成为铝消费国，至 2016 年中国铝消费占全球比重达到 45%，比 2000 年提高了 3[3]，我国已然步入电解铝、生产铝、消费铝大国行列。为电解铝生产过程中的重要部件——阳极导电杆，它是由铝、钢部件经爆炸等方法连接而成[4]，其不但用于传导电解用电流而且起到吊挂阳极炭块的作用入制造、生产的过程中，会存在各种影响电解生产的阳极失效形式，工厂常效形式如图 1.1 所示。

装置图,测量电阻,脉冲电流,装置图

图 1.2 直流法测量 CFRP 试样应变电阻的实验原理示意图流测量法流测量是利用脉冲电流流经被测电阻，通过测量压降值来确定待测电阻大学电子工程系 H.Richard Skutt、Alex L.Shigo 于 1971 年完成了对树木腐检测实验，通过对 53 棵不同种类、不同部位树木的检测发现，完好无损变质部位的阻值大，是由于木材本身的矿物质、水分、木质结构以及其它合因素的影响[38]。其测量装置示意图如图 1.3 所示。

【参考文献】