鋁電解生產(chǎn)中，電解質(zhì)的組成，對鋁電解生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有重要的影響。過熱溫度（簡稱過熱度）是鋁電解體系的一個重要的性質(zhì)，它與鋁電解操作溫度有直接的關(guān)系。根據(jù)檢驗(yàn)表明，電解質(zhì)的溫度是影響電流效率和電能效率的重要因素。電解質(zhì)溫度過低，靠近陽極的電解質(zhì)中溶解鋁的濃度降低，動力粘度增大，陽極氣體體積減小，從而使擴(kuò)散層厚度增加，溶解的鋁難以擴(kuò)散，導(dǎo)致還原出來的鋁與電解質(zhì)分離困難，炭渣與電解質(zhì)分離困難，反而造成鋁氧化損失。另外，槽溫過高易使規(guī)整的爐膛化開，上口爐幫變空，導(dǎo)致側(cè)部爐幫漏電，造成電流空耗，反之，易使電解質(zhì)中的Al2O3析出，造成爐底沉淀增加，爐底壓降升高，時間過長則結(jié)晶變成爐底結(jié)殼，伸腿變肥大，給生產(chǎn)帶來困難。穩(wěn)定的電解質(zhì)溫度對于穩(wěn)定的生產(chǎn)非常重要。工業(yè)實(shí)踐證明，當(dāng)電解質(zhì)溫度降低10℃，電流效率可提高2％。熔體的溫度過高或過低，都將影響冶金生產(chǎn)作業(yè)的正常進(jìn)行，及時檢測和控制熔體的溫度，是保證冶金生產(chǎn)正常作業(yè)的重要條件之一。電解質(zhì)組分不同，其分子比也不同。電解質(zhì)的分子比適當(dāng)降低，有利于降低電解溫度，提高電流效率。分子比偏高或偏低對槽膛都會有較大的影響，對槽溫的平衡控制帶來極大的困難。此外，隨分子比下降，電解質(zhì)表面張力增大，減小了電解質(zhì)對炭渣的潤濕度，使炭渣更易于從電解質(zhì)中排出。低分子比操作是現(xiàn)代高效節(jié)能鋁電解槽的標(biāo)志。

　　由于鋁電解質(zhì)溫度高、腐蝕性強(qiáng)，因此如何及時、快速、準(zhǔn)確的測定其電解溫度和過熱溫度，是鋁電解作業(yè)中的重要課題。許多研究者對過熱溫度和電解質(zhì)組成之間的關(guān)系作了研究，并且得出了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)式。由于各個電解鋁廠的電解質(zhì)組成不同，因此很難用一個統(tǒng)一的過熱溫度數(shù)學(xué)模型來描述之。有些鋁廠則憑經(jīng)驗(yàn)用視察法來判斷過熱溫度。使用已有的經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算過熱溫度依賴于電解質(zhì)組分化學(xué)分析的準(zhǔn)確性，并且化學(xué)分析往往要花費(fèi)很長的時間，導(dǎo)致分析結(jié)果不能及時得到反饋以控制生產(chǎn)。

　　鋁電解質(zhì)初晶溫度是高溫熔融電解質(zhì)在冷卻過程中發(fā)生相變時放出熱量，致使步冷曲線的斜率發(fā)生變化而出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)時的溫度。電解溫度和過熱溫度之間的溫差（過熱度）對于槽的熱平衡來說是一個重要的參數(shù)。當(dāng)電解的溫度過高時，氧化鋁的副反應(yīng)增加，而且還會使側(cè)壁熔化，降低電流效率；電解溫度過低時，則會引起操作上的問題。因此控制電解在適宜的溫度下進(jìn)行，對于穩(wěn)定生產(chǎn)過程，保證產(chǎn)品質(zhì)量是非常重要的，這就要求我們對電解質(zhì)的過熱溫度能較方便的測定。低過熱溫度允許低操作溫度，而降低操作溫度可大大提高電流效率。有資料顯示，在其他電解操作參數(shù)相同時，每降低溫度10℃，電流效率提高2%。為降低操作溫度，人們研究了各種低溫電解質(zhì)，其中像鋁電解質(zhì)中加入不同物質(zhì)（稱添加劑）是降低鋁電解質(zhì)的有效途徑。

　　復(fù)雜的電解質(zhì)組成為電解質(zhì)過熱溫度的準(zhǔn)確測定帶來一系列困難。我國各大鋁廠的電解質(zhì)組成不盡相同，分子比也不同，而且分子比是鋁電解操作參數(shù)中一項(xiàng)重要的技術(shù)參數(shù)。目前對電解質(zhì)成分的瞬時檢測還未得以解決，已有的研究試驗(yàn)顯示電解質(zhì)過熱溫度與分子比之間有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。因此把過熱溫度作為一項(xiàng)技術(shù)參數(shù)來控制，越來越得到人們的重視，過熱溫度的直接測定勢在必行。若能直接測定電解質(zhì)的過熱溫度，可以用溫度作為控制參數(shù)使鋁電解槽處于最佳狀態(tài)，為鋁電解生產(chǎn)取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，減少不必要的人力、物力損失，節(jié)省能耗、加強(qiáng)生產(chǎn)的控制管理，為電解鋁各成分的添加及下料提供依據(jù)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電解鋁自動控制奠定基礎(chǔ)。

　　鋁電解質(zhì)是多元氟化物和氧化物的熔鹽體系，電解質(zhì)溫度高，腐蝕性強(qiáng)，難以及時準(zhǔn)確地得到各種分析數(shù)據(jù)，要使電解過程正常，需要對許多參數(shù)進(jìn)行控制，其中鋁電解溫度是電解槽最重要的參數(shù)之一，是優(yōu)化鋁電解槽控制的關(guān)鍵，對生產(chǎn)過程影響極大。電解槽的管理好壞在很大程度上取決于溫度的管理，而溫度的管理是生產(chǎn)過程中比較困難的管理指標(biāo)。

　　控制鋁電解參數(shù)(如槽電壓、分子比等)的目的是控制鋁電解槽的能量平衡和物料平衡。槽溫與初晶溫度之差叫熔體的過熱溫度（簡稱過熱度）。通過電解槽溫度和電解質(zhì)初晶溫度的直接檢測，可以得到電解槽的過熱度，進(jìn)而可以通過設(shè)定溫度控制極距，以便最大限度地提高電流效率。由于鋁電解質(zhì)溫度高，腐蝕性強(qiáng)，鋁電解工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境十分惡劣，是一個強(qiáng)磁場，高濃度腐蝕氣體、粉塵、高溫、高濕的環(huán)境，要求控制儀表的性能穩(wěn)定，可靠性高，儀器對上述影響因素有足夠的防護(hù)能力。正是由于上述這些原因，在線檢測技術(shù)在鋁電解行業(yè)是長期以來未解決的難題。

　　我們研制的鋁電解質(zhì)過熱度測定儀可以方便的測定電解槽溫度以及過熱度，整個儀器以CPU為控制中心，用 k分度熱電偶做測定元件，配以專門研究的取樣器，可以進(jìn)行多次測量。

　　6.2　初晶溫度測量方法

　　目前電解質(zhì)初晶溫度的測量方法概括起來有如下幾種：

　　6.2.1分析推算法

　　這類方法利用電解質(zhì)的化學(xué)成分如氧化鋁、氟化鎂、氟化鈣、氟化鋰、氟化鋁、氟化鉀等分析結(jié)果，通過大量的分析數(shù)據(jù)建立的初晶溫度經(jīng)驗(yàn)公式來推算出電解質(zhì)的初晶溫度。這類方法國外的研究一直都有不斷的報(bào)道其基本形式都一樣，只是公式略有不同。這些研究都是基于某一生產(chǎn)廠的電解體系來建立各自的推算公式，因此各自的公式都不同，所以造成適用的局限性，很難推廣使用；同時由于這類方法都依賴于化學(xué)成分的測定，因此工作量大，測定時間長，而且由于化學(xué)成分分析的誤差也影響了初晶溫度測量的準(zhǔn)確性，因而難于滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的要求。

　　6.2.2  實(shí)驗(yàn)室熱分析法

　　這類方法是基于實(shí)驗(yàn)室的熱分析設(shè)備，采用熱分析技術(shù)來進(jìn)行初晶溫度的測定，由于它測量準(zhǔn)確性高，所以前面的槽分析推算法建立推算公式時基本上都使用熱分析法來幫助確定初晶溫度。這類方法根據(jù)所分析的原理不同，又可分為差熱分析法、步冷曲線法。

　　熱分析法測初晶溫度不管是差熱分析法還是步冷曲線法都需要有一個熱分析裝置，特別是差熱分法所用的差熱天平，由于儀器較為貴重，要求的分析環(huán)境較高，因此都是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行測定、測定周期長限制了在生產(chǎn)實(shí)際中的控制作用。

　　6.2.3   直接測量法

　　這種方法見報(bào)道的不多。P.Verstreken設(shè)計(jì)了一種探頭同時測量電解槽溫度和電解質(zhì)初晶溫度；S.Rolseth設(shè)計(jì)了一個探頭用來測量初晶溫度，它是基于將一個冷的物體侵入到液體中所發(fā)生的不穩(wěn)定傳熱過程的液體及其凝固層間的傳熱系數(shù)的傳熱方法而建立的，由于其測定過程受到很多因素干擾，此后未見有實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的報(bào)道。

　　雖然鋁電解質(zhì)溫度是過程控制的重要參數(shù)之一，但是連續(xù)測量溫度在技術(shù)和應(yīng)用上還未得到很好的解決。遠(yuǎn)距離測量儀器，如光學(xué)高溫計(jì)和紅外線輻射強(qiáng)度測量都不適用，因?yàn)檫@兩種儀器都要在一個有代表性的均勻電解質(zhì)試樣上聚焦。由于電解質(zhì)不斷運(yùn)動，以及容易生成結(jié)殼，所以很難保持所要求的有代表性的電解質(zhì)表面。在打開結(jié)殼之后，立即用上述方法作間斷性的測量也會出現(xiàn)問題。工業(yè)電解槽上各種原料的輻射系數(shù)截然不同（尤其是電解質(zhì)對懸浮的炭渣的輻射），從而降低了光學(xué)高溫計(jì)的測量精度。測定紅外線強(qiáng)度，在低溫（接近室溫）時靈敏度最高，可測定出零點(diǎn)幾度的溫差。在電解質(zhì)溫度下，測量誤差在10℃以上，這對生產(chǎn)操所和控制都不適宜。

　　現(xiàn)代鋁電解工業(yè)一般用熱電偶間斷地測量電解質(zhì)溫度。熱電偶具有測量范圍寬、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性好、加工性能好以及價格便宜等特點(diǎn)。故本文研究的電解質(zhì)過熱度測定儀中的高溫傳感器部分，選擇熱電偶作為傳感器。

　　鋁電解質(zhì)過熱度測定儀是基于步冷曲線法而研制的一種快速、準(zhǔn)確，方便的新方法。根據(jù)步冷曲線上的停歇點(diǎn)（溫度不變）或轉(zhuǎn)折點(diǎn)（散熱速度不同）來測量初晶溫度。對鋁電解質(zhì)而言，在降溫過程中，到初晶溫度點(diǎn)時鋁電解質(zhì)會析出晶體，放熱致使系統(tǒng)降溫趨勢發(fā)生變化，當(dāng)系統(tǒng)降溫緩慢而結(jié)晶放熱量大時，步冷曲線會出現(xiàn)平臺（即溫度不發(fā)生變化）甚至?xí)霈F(xiàn)降溫曲線上升的現(xiàn)象，測出這一點(diǎn)的溫度就是鋁電解質(zhì)初晶溫度。測出電解溫度和初晶溫度，就能測出過熱度。