检测电解池中的铝热反应的制作方法

检测电解池中的铝热反应
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请要求2020年10月28日在美国专利商标局提交的名称为“用于检测电解池中的铝热反应的系统和方法”的美国临时专利申请号63/106,517的优先权，其内容通过引用结合于此。
技术领域
3.本技术总体上涉及电解池中的铝热反应的检测和/或预防。


背景技术：

4.铝是地壳中第三常见的元素。铝是通过电解过程从氧化铝(也称为铝氧土)中提取出来的。电解过程在电解池内进行，该电解池包括多个阴极、一个或多个阳极组件和包含熔融冰晶石的电解槽，氧化铝溶解在该熔融冰晶石中。
5.在电解过程中，铝离子流向阴极，在此处获得电子并变成金属铝。氧化物离子向阳极移动，在此处失去电子并配对产生双氧分子o2。hall-h
é
roult过程意味着使用由碳或开奖材料制成的阳极。双氧分子与碳阳极的碳原子反应，产生二氧化碳co2。这导致在电解过程中腐蚀和消耗阳极。此外，由于释放到空气中的co2分子，碳阳极的使用具有环境成本。
[0006]“惰性阳极”已用于在金属氧化物的电化学还原过程中取代碳开奖阳极，因为它们在电解条件下不溶于电解液。因此，惰性阳极在电解过程中是不可消耗的。此外，在惰性阳极上发生的反应不会产生co2，而是产生o2，这使得使用惰性阳极成为一种更环保的技术。然而，在将基于氧化物的惰性阳极用于金属(例如，铝)的电化学还原的情况下，存在铝热反应的可能性。
[0007]
铝热反应是涉及金属与金属或非金属氧化物反应以形成更稳定的氧化物和反应物氧化物的相应金属或非金属的反应。
[0008]
在铝电解过程中发生的铝热反应由下式描述：
[0009]
fe2o3+2al
→
2fe+al2o3+热
[0010]
因此，铝热反应是高度放热的，在高温下自持，并对人员和设备造成危险。
[0011]
在电解过程中检测和减轻和/或抑制铝热反应意味着监测电解池。如美国专利号9,982,355b2(d’astolfo等人)中所公开的，其内容通过引用结合于此，可以通过在电池的导电元件(例如，阳极)上安装几个探针来测量一个或多个阳极的电压降并检测铝热反应，从而实现对电池的监测。在这种技术中，电压探针可以以最大的间距放置，以使电压降相对于噪声最大化，从而获得更灵敏的响应。这种技术的缺点是安装成本高，并且需要连续监测检测系统所需的大量电压降。
[0012]
因此，需要一种更简单的系统和方法来监测电解池，检测和减轻和/或抑制铝热反应。


技术实现要素：

[0013]
本文首先公开了一种用于检测电解池中的铝热反应的方法，该电解池包括一个或多个金属氧化物阳极的至少一个阳极组件、至少一个阴极、电解槽和通过用于每个阳极组件的不同阳极棒向至少一个阳极组件提供电流的电流供应总线。该方法包括：使用位于每个阳极组件的阳极棒上的一对电压探针测量电压降，该电压降对应于每个阳极组件中的电流；根据所述测量的电压降计算以下至少一项：电压降导数、跨一个或多个阳极组件的电压降方差、以及跨一个或多个阳极组件的电压降方差的导数，其中，当电解池包括多个阳极组件时，可以计算所述电压降方差和电压降方差的导数。该方法还包括：在发生以下一种或多种情况时检测铝热反应：超过至少一个电压阈值电平的电压降，其中，每个电压阈值电平是先前与铝热反应相关联的预定电压降；电压降导数的变化；阳极组件上的电压降的方差的变化；以及阳极组件上的电压降方差的导数的变化。该方法还可以包括，在检测铝热反应时，可选地调整电解池的至少一个操作参数，以减轻和/或抑制铝热反应。
[0014]
根据优选实施例，该方法还包括在检测铝热反应时向电解池的操作者发送信号。
[0015]
根据优选实施例，阈值电压电平是基于电解池的过去操作数据的。
[0016]
根据优选实施例，阈值电压电平是从电解池的过去操作数据、操作参数和电解池的组成中的至少一个中导出的计算机导出的阈值电平。
[0017]
根据优选实施例，当电压降导数的变化超过阈值变化时，检测铝热反应。
[0018]
根据优选实施例，当阳极组件上的电压降的方差变化超过阈值变化时，检测铝热反应。
[0019]
根据优选实施例，当阳极组件上的电压降方差的导数变化超过阈值变化时，检测铝热反应。
[0020]
根据优选实施例，调整电解池的至少一个操作参数以减轻和/或抑制铝热反应包括以下一项或多项：
[0021]
改变一个或多个阳极组件的阳极与阴极重叠(aco)；
[0022]
从电解槽中取出一个或多个阳极组件；
[0023]
改变供应给一个或多个阳极组件或电解池中的至少一个的电流；
[0024]
改变电解槽的温度；以及
[0025]
改变电解槽的化学性质。
[0026]
根据优选实施例，当一个阳极组件的电压降超过至少一个电压阈值电平时，调整电解池的至少一个操作参数考虑了一个或多个被超过的电压阈值电平。
[0027]
根据优选实施例，在检测铝热反应时，调整电解池的至少一个操作参数考虑了电压降的幅度。
[0028]
根据优选实施例，在检测铝热反应时，调整电解池的至少一个操作参数考虑了电压降导数的幅度。
[0029]
根据优选实施例，在检测铝热反应时，调整电解池的至少一个操作参数考虑了电压降方差的幅度。
[0030]
根据优选实施例，在检测铝热反应时，调整电解池的至少一个操作参数考虑了电压降方差的导数的幅度。
[0031]
根据优选实施例，该方法还包括过滤电压降、电压降导数、电压降方差和/或电压
降方差的导数。
[0032]
本文还公开了一种用于检测电解槽中铝热反应的系统，该电解槽包括一个或多个含金属氧化物的阳极的至少一个阳极组件、至少一个阴极、电解槽和通过用于每个阳极组件的不同阳极棒向至少一个阳极组件提供电流的电流供应总线。该系统包括：
[0033]
位于每个阳极组件的阳极棒上的、用于测量电压降的一对电压探针，电压降对应于阳极组件中的电流；
[0034]
处理器模块，用于：
[0035]
根据所述测量的电压降计算以下至少一项：
[0036]
电压降导数，
[0037]
跨一个或多个阳极组件的电压降方差；以及
[0038]
跨一个或多个阳极组件的电压降方差的导数；
[0039]
其中，当电解池包括多个阳极组件时，计算所述电压降方差和电压降方差的导数；以及
[0040]
在发生以下至少一项时检测铝热反应：
[0041]
超过至少一个电压阈值电平的电压降，其中，每个电压阈值电平是先前与铝热反应相关联的预定电压降；
[0042]
电压降导数的变化；
[0043]
阳极组件上的电压降的方差的变化；以及
[0044]
阳极组件上的电压降方差的导数的变化。
[0045]
根据优选实施例，该系统还包括通信模块，用于在检测铝热反应时向电解池的操作者发送信号。
[0046]
根据优选实施例，阈值电压电平是基于电解池的过去操作数据的。
[0047]
根据优选实施例，阈值电压电平是从电解池的过去操作数据、操作参数和电解池的组成中的至少一个中导出的计算机导出的阈值电平。
[0048]
根据优选实施例，处理器模块被配置为当电压降导数的变化超过阈值变化时检测铝热反应。
[0049]
根据优选实施例，处理器模块被配置为当阳极组件上的电压降的方差变化超过阈值变化时检测铝热反应。
[0050]
根据优选实施例，处理器模块被配置为当阳极组件上的电压降的导数变化超过阈值变化时检测铝热反应。
[0051]
根据一个优选实施例，处理器模块被配置为通过以下方式调整电解池的至少一个操作参数，以减轻和/或抑制铝热反应：
[0052]
改变一个或多个阳极组件的阳极与阴极重叠(aco)；
[0053]
从电解槽中取出一个或多个阳极组件；
[0054]
改变供应给一个或多个阳极组件或电解池中的至少一个的电流；
[0055]
改变电解槽的温度；和/或
[0056]
改变电解槽的化学性质。
[0057]
根据优选实施例，当一个阳极组件的电压降超过至少一个电压阈值电平时，处理器模块被配置为通过考虑一个或多个被超过的电压阈值电平来调整电解池的至少一个操
作参数。
[0058]
根据优选实施例，在检测铝热反应时，处理器模块被配置为考虑电压降的幅度来调整电解池的至少一个操作参数。
[0059]
根据优选实施例，在检测铝热反应时，处理器模块被配置为考虑电压降导数的幅度来调整电解池的至少一个操作参数。
[0060]
根据优选实施例，在检测铝热反应时，处理器模块被配置为考虑电压降方差的幅度来调整电解池的至少一个操作参数。
[0061]
根据优选实施例，在检测铝热反应时，处理器模块被配置为考虑电压降方差的导数的幅度来调整电解池的至少一个操作参数。
[0062]
根据优选实施例，处理器模块还被配置为过滤电压降、电压降导数、电压降方差和/或电压降方差的导数。
[0063]
另一方面涉及一种电解池，包括一个或多个含金属氧化物的阳极的至少一个阳极组件、至少一个阴极、电解槽和通过用于每个阳极组件的不同阳极棒向至少一个阳极组件提供电流的电流供应总线，以及如本文所定义的用于检测铝热反应的系统。优选地，电解池用于制造金属，例如但不限于铝(al)。
[0064]
本文公开的方法、系统和电解池特别有利，因为它们允许将检测铝热反应所需的电压信号/电压降的数量减少10倍。本文详细描述了其他优点。
附图说明
[0065]
参考附图，从下面的描述中，上述和其他方面、特征和优点将变得更加明显，其中：
[0066]
图1是根据优选实施例的用于电解池的阳极组件的示意图，该阳极组件具有阳极棒的水平配置；
[0067]
图2是根据优选实施例的用于电解池的阳极组件的示意图，该阳极组件具有阳极棒的垂直配置；
[0068]
图3示出了根据优选实施例的电池的电压降的示图，其中，电池包括四个阳极组件，其中，一个组件正在经历模拟的铝热反应；
[0069]
图4示出了根据优选实施例的电池的电压降导数的示图，其中，电池包括四个阳极组件，其中，一个组件正在经历模拟的铝热反应；
[0070]
图5示出了根据优选实施例的电池的电压降方差的示图，其中，电池包括四个阳极组件，其中，一个组件正在经历模拟的铝热反应；
[0071]
图6示出了根据优选实施例的电池的电压降方差的导数的示图，其中，电池包括四个阳极组件，其中，一个组件正在经历模拟的铝热反应；
[0072]
图7是示出根据优选实施例的用于检测电解池中的铝热反应的方法的流程图；以及
[0073]
图8示出了根据本发明教导的用于检测电解池中的铝热反应的系统的逻辑模块表示。
具体实施方式
[0074]
下文将描述一种新颖的系统、方法和相关的电解池。尽管它们是根据具体的说明
性实施例来描述的，但是应该理解，本文描述的实施例仅仅是通过示例的，并且本发明的范围并不旨在受到其限制。
[0075]
本文使用的术语与下面阐述的定义一致。
[0076]
通过举例说明本发明的原理和方面的特定实施例，提供了以下描述和其中描述的实施例。提供这些示例是为了解释的目的，而不是为了限制本发明的原理。在下面的描述中，在整个说明书和附图中，相同的部分和/或步骤用相同的相应附图标记来标记。
[0077]
如上所述，本文公开了一种用于检测电解池中的铝热反应的检测系统和方法。电解池通常包括至少一个阴极组件，该阴极组件具有至少一个阴极，例如但不限于垂直阴极，并且被配置用于接收至少一个相应的阳极组件或与该阳极组件相互作用，该阳极组件具有至少一个阳极，例如但不限于垂直阳极。电解池还被配置为接收熔融电解质(例如，冰晶石)的电解槽，用于电解生产金属，例如，铝。
[0078]“阴极”是带负电的电极，“阳极”是带正电的电极。电解工艺中使用的阳极可以是可消耗的(例如，hall-heroult工艺中使用的碳和开奖阳极)或者非消耗的阳极，例如，惰性或析氧阳极。“惰性阳极”在电解过程中不会被氧化，因此在电解过程中不溶于电解槽。惰性阳极可以由单一化合物、复合材料或合金型材料制成。惰性阳极的示例包括：陶瓷、金属陶瓷、金属阳极及其任意组合。惰性阳极可以由导电材料(例如，金属氧化物)构成。本文使用的“含金属氧化物的阳极”是指包含至少一部分金属氧化物的阳极。
[0079]
图1和2是根据优选实施例的阳极组件的示意图。图1示出了阳极组件的阳极棒的水平配置，而图2示出了阳极棒的垂直配置。
[0080]
更具体地，图1和2的阳极组件10包括阳极棒2，用于将电流馈送到支撑轭或梁3。经由电流供应总线(未示出)提供流经阳极棒2的电流，该电流供应总线将电流馈送给电解池的所有阳极组件。电流然后通过短截线4和分配板5分配到多个阳极6。阳极组件还包括一对电压探针1，用于测量阳极组件中的电压降。
[0081]
如上所述，当基于氧化物的惰性阳极用于金属(例如，铝)的电化学还原时，可能发生铝热反应。铝热反应需要快速检测和停止，因为它们对人员和设备构成危险。
[0082]
铝热反应可由阳极和熔融金属源(例如，金属垫)之间的直接接触引起。铝热反应可以由电短路引发，其中，更多的电流流过电短路的路径。当一个或多个电压探针之间的电压降增加时，可以检测电短路。参考本公开，电压降可用于检测潜在的铝热反应并启动适当的响应，例如，将阳极从金属垫移开，和/或减少电流供应。
[0083]“电压降”是指两个物体或同一物体的两点之间的电压差。
[0084]“电压探针”测量电压降，并输出表示所测量的电压降的电信号。
[0085]
本文描述了一种系统，该系统包括电化学还原电池中的用于每个阳极组件的一个电压探针，该电压探针可以检测并有助于防止在含金属氧化物的阳极和液态金属(例如，铝)之间发生铝热反应。与现有解决方案相比，本文的目标是减少检测潜在铝热条件所需的信号总数。这种减少可以通过放置探针以最大化信噪比以及考虑时间相关的导数信号和信号变化以增强信号的解释来实现。
[0086]
在优选实施例中，使用一对电压探针来测量每个阳极组件中的电压降。
[0087]
理想的电压探针优选地提供：连接容易和方便、绝对信号保真度、零信号源负载和完全抗干扰度。真实电压探针可能会引起几个问题，例如：探针在电路上的物理附着、探针
对电路操作的影响以及信号保真度。真实电压探针本身会在测量数据中引入背景噪声。背景噪声可能由不同的因素引起，例如：测量误差、电路的移动、测量设备的缺陷等。
[0088]
测量“信噪比”(snr)允许将所需信号(例如，电压降)的电平与背景噪声的电平进行比较。
[0089]
在优选实施例中，这对电压探针位于阳极棒上。优化电压探针的位置，以最大化信噪比(snr)。两个电压探针尽可能远离放置，以便它们检测更大的电压降信号。由于假设噪声通过阳极组件是恒定的，因此信噪比(snr)被最大化。
[0090]
通过减少为了检测铝热反应而安装的电压探针的数量，能够减少要监测的信号的数量。与其他解决方案相比，当前的方法允许将电压信号或电压降的数量减少10倍，例如，在美国专利9,982,355b2(d’astolfo等人)中，其内容通过引用结合于此。因此，可以实现降低与铝热反应检测相关的成本。
[0091]
已知电压降v、材料电阻率ρ、长度l和面积a，通过下式可以确定通过阳极i
anode
的电流：
[0092][0093]
在阳极上引发铝热反应所需的电流可以通过实验得知。当潜在电短路的确切位置未知时，可以做出保守的假设，即阳极组件的任何电流上升都仅集中在一个阳极上。然后，可以基于阳极组件中的单个阳极的电流阈值电平计算一个或多个电压阈值电平。
[0094]“电压阈值电平”是指先前与铝热反应相关的预定电压降。
[0095]
在使用一对电压探针测量阳极组件中的电压降的情况下，可以使用下式计算铝热反应的电压阈值电平
[0096][0097]
其中：是电平i阈值的电压降，ti是电平i阈值的每个阳极的阈值电流，n表示电解池中的阳极数量，ni是每个电压探针的阳极数量，i是电解池总电流，ki＝i/v是电压探针的比例常数。
[0098]
不同的电平i可以基于每个阳极的阈值电流电平通过实验确定，已知这些阈值电流电平会引起铝热反应或对阳极的损坏。
[0099]
电压探针ki的比例常数可以作为材料电阻率、温度和电压探针的几何形状的函数来计算。
[0100]
当电解池中没有发生铝热反应时，“基线电压”测量每个电压探针的电压降。
[0101]
在一对电压探针用于测量阳极组件中的电压降的示例中，基线电压vb可由下式给出：
[0102][0103]
因此，电压阈值电平与基线电压的比值由下式给出：
[0104][0105]
对于商业电解电池，前面的等式可以由下面的等式近似：
[0106][0107]
对于第一电平阈值电压每个电压探针ni的阳极数量可以多达100个。因此，阈值与基极电压的比值可以小到1.015。因此，检测系统应该能够检测电压降增加1.5％。
[0108]
提高检测系统的灵敏度的一种方法是选择优化信噪比(snr)的电压探针的位置。如上所述，电压探针被放置得尽可能远，以便它们检测更大的电压降信号。由于假设噪声通过阳极组件是恒定的，因此信噪比(snr)被最大化。
[0109]
图3示出了包括四个阳极组件的电解池的电压降的示图，其中，一个阳极组件正在经历模拟的铝热反应。在这种情况下，阳极组件1和2依次短路(首先是组件1，然后是组件2)。
[0110]
从图3可以看出，当模拟铝热反应时，短路组件上的电压降增加(首先是组件1，然后是组件2)。在短路组件上观察到明显的电压降，而其他组件显示出电压降的减少，因为流向它们的电流减少。
[0111]
如图3所示，每个阳极组件的电压降独立于其他阳极组件的电压降，允许识别经历铝热反应的阳极组件的位置。因此，可以考虑有针对性的反应，以便减轻并理想地抑制铝热反应。
[0112]
从图3中可以注意到，每个阳极组件可能经历不同的基线电压。
[0113]
电压降具有以下特征：根据阳极的位置和数量，以及根据阳极和阴极的重叠尺寸(aco)，具有可变的基线电压。事实上，aco影响流过阳极组件的电流的强度。因此，aco的变化影响阳极组件经历的电压降。电压降也可以根据阳极与阴极的距离(acd)而变化。
[0114]
铝热条件通常会突然出现，这使得除了从电压探针直接读取电压之外，还需要考虑多种潜在的信号处理技术来提高铝热反应的检测能力。一种技术是使用电压降的时间导数来指示潜在的铝热反应的发生。突然的电压降变化将在导数信号(即电压降导数)中产生大的尖峰，从而允许检测潜在的铝热反应。
[0115]
图4示出了根据图3的电压降计算的电压降导数的示图。从图4中可以看出，对于每个模拟的铝热反应，获得了不同的电压降导数，最初为正，然后为负。正电压降导数对应于流经短路阳极组件的电流的初始上升。相反，负电压降导数对应于模拟的铝热反应结束时电流的下降。
[0116]
如图4所示，每个阳极组件的电压降导数独立于其他阳极组件的电压降导数，从而允许识别铝热反应的位置(即，哪个阳极组件正在经历铝热反应)。因此，可以考虑有针对性的响应，以减轻并理想地抑制铝热反应。
[0117]
电压降导数考虑了电压降的变化，而不是其幅度。因此，电压降导数具有零基线电压，并且对电压降的突然变化更敏感。
[0118]
电压降导数的一个缺点是不能提供关于铝热反应结束的明确信息。
[0119]
另一种技术是每次使用多个电压降的方差。系统的“方差”衡量一组值与其平均值相差多远。
[0120]
由于商用电解池包含多个阳极或阳极组件，因此可以对这些组件中的每一个的电压降进行比较。通常，如果阳极组件经历短路，则更多的电流将流向该组件，而较少的电流
流向其他阳极组件。因此，对于整个电解池，方差的幅度将改变。这种情况是孤立的电气短路的警报灯情况。在阳极组件上的电压降在窄范围内的情况下，阳极组件的电压降的突然变化将增加该组的方差。然而，在电压降具有高可变性的情况下，电压降的突然变化可能不会产生整个电解池的方差的可预测变化。
[0121]
图5示出了根据图3的电压降计算的电压降方差的示图。在每个时刻(或时间间隔)测量每个阳极组件的电压降。基于电压降信号为每个时刻(或时间间隔)计算电压降的方差。如此获得的信号是电压降方差。
[0122]
在第一短路的阳极组件的情况下，当阳极组件短路时，方差实际上下降了。这可能是因为已经有低电流流过该组件，短路使其更靠近其他组件，从而减小了方差。在第二短路的阳极组件的情况下，电流与其他三个相似，因此电短路导致方差增大。
[0123]
电压降方差技术提供了跟踪电解池的单个信号而不是跟踪多个信号的好处。
[0124]
电压降方差考虑了电解池的每个阳极组件的电压降。因此，电压降方差取决于电解池的所有阳极组件。电压降方差不允许识别铝热反应的位置。
[0125]
电压降方差具有以下特征：具有可变的基线电压，取决于阳极的位置和它们的数量，并且取决于阳极和阴极aco的重叠尺寸等。
[0126]
进一步的增强可以是使用方差的导数作为信号处理技术。即使初始方差很大，这种技术也能可靠地预测电压降的突然变化。
[0127]
图6示出了根据图3的电压降计算的电压降方差的导数的示图。
[0128]
图6示出了每个模拟的铝热反应的电压降方差的导数，最初为正，然后为负。电压降方差的正导数对应于流经短路阳极组件的电流的初始上升。电压降方差的负导数对应于模拟的铝热反应结束时电流的下降。在这种情况下，方差的符号可以忽略，因为导数本质上取决于变化率。
[0129]
从图6可以理解，电压降方差的导数的峰值具有很高的幅度。从而允许对铝热反应进行更灵敏的检测。
[0130]
基于电压降方差的导数的技术提供了跟踪电解池的单个信号而不是跟踪多个信号的好处。
[0131]
电压降方差的导数考虑了电解池的每个阳极组件的电压降。因此，电压降方差的导数取决于电解池的所有阳极组件。因此，电压降方差的导数可能不允许识别铝热反应的位置。
[0132]
电压降方差的导数具有零基线电压和检测电压降的突然变化的优点。
[0133]
电压降方差的导数的一个缺点是不能提供关于铝热反应结束的明确信息。
[0134]
图7示出了基于电压测量的检测方法200，以预期潜在的铝热条件并对其做出反应。方法200还允许防止持续的铝热反应。方法200利用导数和方差项来提高电压降解释的可靠性。
[0135]
用于检测电解池中的铝热反应的方法200包括测量210每个阳极组件的电压降。电压降对应于阳极组件中的电流。使用位于阳极组件的阳极棒上的一对电压探针来测量电压降。方法200还包括根据测量的电压降计算220电压降导数221、跨一个或多个阳极组件的电压降方差222和跨一个或多个阳极组件的电压降方差223的导数中的至少一个。当电解池包括多个阳极组件时，可以计算电压降方差和电压降方差的导数。
[0136]
方法200可以可选地还包括过滤225电压降和/或过滤电压降导数、电压降方差和电压降方差的导数。
[0137]
方法200还包括当电压降超过至少一个电压阈值电平231时检测230铝热反应。每个电压阈值电平是先前与铝热反应相关的预定电压降。阈值电压电平也可以基于电解池的过去操作数据。或者，可以根据电解池的过去操作数据、操作参数和电解池的组成中的至少一个来计算阈值电压电平。
[0138]
替代地或附加地，当发生232电压降导数的变化时，例如，当电压降导数的变化超过阈值变化时，可以执行检测230铝热反应。
[0139]
替代地或附加地，当发生232阳极组件上的电压降的方差变化时，例如，当阳极组件上的电压降的方差变化超过阈值变化时，可以执行检测230铝热反应。
[0140]
替代地或附加地，当阳极组件上的电压降方差的导数出现急剧变化234时，例如，当阳极组件上的电压降的导数变化超过阈值变化时，可以执行检测230铝热反应。
[0141]
同样如图7所示，方法200可以可选地包括在检测铝热反应时，调整240电解池的一个或多个操作参数，以减轻并理想地抑制铝热反应。调整240电解池的一个或多个操作参数可以包括改变一个或多个阳极组件的阳极与阴极重叠(aco)。
[0142]
根据优选实施例，调整240电解池的一个或多个操作参数以减轻并理想地抑制铝热反应还可以包括从电解槽中取出一个或多个阳极组件；改变供应给一个或多个阳极组件或电解池中的至少一个的电流；改变电解槽的温度；和/或改变电解槽的化学性质。
[0143]
根据优选实施例，当一个阳极组件的电压降超过至少一个电压阈值电平时，调整240电解池的一个或多个操作参数可以考虑一个或多个被超过的电压阈值电平；电压降的幅度；电压降导数的幅度；电压降方差的幅度；电压降方差的导数的幅度。
[0144]
如上所述，本文公开的方法系统和电解池特别有利，因为它们允许减少检测铝热反应所需的电压信号或电压降的数量。从初步测试来看，预计可以实现减少高达10倍。尽管本文公开的方法、系统和电解池使用更少的电压信号或电压降，但是提供了电压探针位置的微调，以获得更好的信噪比。利用导数和方差项有助于提高信号解释的可靠性。最后，由于安装和监测的信号数量的减少，预期本文公开的系统、方法和电解池允许电解池的维护和操作成本减少。
[0145]
图8示出了根据本技术教导的用于检测电解池中的铝热反应的系统1000的逻辑模块表示。如前所述，电解池包括一个或多个含金属氧化物的阳极的至少一个阳极组件、至少一个阴极、电解槽和通过用于每个阳极组件的不同阳极棒向至少一个阳极组件提供电流的电流供应总线。系统1000提供了检测中涉及的控制器1100的示例性模块视图。系统1000还可以包括远程监测站1200。在一些实施例中，控制器1100可以与远程监测站1200交换数据，并且控制器1100因此能够与远程监测站1200交换一个或多个消息和/或一个或多个命令。
[0146]
在图8所示的示例中，控制器1100包括存储器模块1120、处理器模块1130和网络接口模块1140。处理器模块1130可以表示具有一个或多个处理器核心的单个处理器或者处理器阵列，每个处理器包括一个或多个处理器核心。存储器模块1120可以包括各种类型的存储器(不同标准或种类的随机存取存储器(ram)模块、存储卡、只读存储器(rom)模块、可编程rom等)。网络接口模块1140表示可用于与其他网络节点通信的至少一个物理接口。网络接口模块1140可以通过一个或多个逻辑接口对控制器1100的其他模块可见。网络接口模块
1140的物理网络接口和/或逻辑网络接口1142、1144、1146、1148使用的实际协议栈不影响本技术的教导。在本技术的上下文中可用的处理器模块1130、存储器模块1120和网络接口模块1140的变型对于本领域技术人员来说是显而易见的。
[0147]
总线1170被描述为用于在控制器1100的不同模块之间交换数据的装置的示例。本发明不受不同模块之间交换信息的方式的影响。例如，存储器模块1120和处理器模块1130可以通过并行总线连接，但是也可以通过串行连接来连接或者包括中间模块(未示出)，而不影响本发明的教导。
[0148]
同样地，尽管在各个实施例的描述中没有明确提及存储器模块1120和/或处理器模块1130，但是本领域技术人员将容易认识到，这些模块与控制器1100的其他模块结合使用，以执行与本发明相关的例行程序和创新步骤。
[0149]
控制器1100还可以包括可选的图形用户接口(gui)模块1150，包括形成控制器1100的显示系统的一个或多个显示屏。gui模块1150的显示屏可以分成一个或多个扁平面板，但是也可以是从预期用户位置(未示出)可见的单个平板或曲面屏幕。技术人员将容易理解，gui模块1150可以用于不限于前述示例的各种环境中。
[0150]
系统1000可以包括数据存储系统1500，该数据存储系统包括与砖定位(brick positioning)相关的数据，并且可以在执行生产时进一步记录数据。图8示出了存储系统1500的示例，作为不同的数据库系统1500a、控制器1100的不同模块1500b或控制器1100的存储器模块1120的子模块1500c。存储系统1500还可以包括远程监测站1200上的存储模块(未示出)。存储系统1500可以分布在不同的系统a、b、c和/或远程监测站1200上，或者可以在单个系统中。存储系统1500可以包括一个或多个逻辑或物理以及本地或远程硬盘驱动器(hdd)(或其阵列)。存储系统1500还可以包括本地或远程数据库，控制器1100可以通过标准化或专有接口或经由网络接口模块1140访问该数据库。对于本领域技术人员来说，可用于本发明的背景中的存储系统1500的变型是显而易见的。
[0151]
在控制器1100中提供了测量输入模块1160和可选的控制模块1161。测量输入模块1160和控制模块1161将在下文中被称为不同的逻辑模块，但是本领域技术人员将容易认识到，可以示出单个逻辑模块来代替。
[0152]
在一些实施例中，可选的外部输入/输出(i/o)模块1162和/或可选的内部输入/输出(i/o)模块1164可以与测量输入模块1160和控制模块1161一起提供。可能需要外部i/o模块1162，例如，用于与一个或多个机器人、一个或多个输入设备(例如，测量探针)和/或一个或多个输出设备(例如，打印机)接合。可能需要内部输入/输出(i/o)模块1164，例如，用于将控制器1100与通常用于电解池控制(例如，探针)的环境中的一个或多个仪器或控制器(未示出)接合。i/o模块1164可以包括必要的接口，以交换数据、设置数据或从这些仪器或控制器获得数据。
[0153]
测量输入模块1160和处理器模块1130与铝热反应的检测紧密相关。在系统1000的示例中，测量输入模块1160和处理器模块1130可以涉及上述方法200的各个步骤。
[0154]
尽管上文已经详细描述了说明性的和目前优选的实施例，但是应当理解，本发明的概念可以以不同的方式实施和使用，并且所附权利要求旨在被解释为包括这些变化，除了现有技术所限制的范围之外。