铝电解槽模拟试验装置及铝电解槽模拟试验系统

技术领域

本发明涉及铝电解技术领域，特别涉及铝电解槽模拟试验装置及铝电解槽模拟试验系统。

背景技术

炉帮是铝电解过程中，电解质沿电解槽槽膛四周凝固生长出的固态结壳，炉帮对于铝电解槽的铝电解槽的稳定运行影响较大，炉帮的生长机制是电解槽的设计优化的重要依据。

申请公布号为CN109283207A、申请公布日为2019.01.29的中国专利申请公开了一种模拟电解槽炉帮生长过程的检测装置及方法，炉帮生长过程检测装置包括炉帮生长装置、冷风控制系统和温度监控系统，炉帮生长装置包括侧部炭块模型以及侧部人造伸腿模型，冷却系统用于对侧部炭块模型的内侧壁进行冷却。温控系统包括模型内的热电偶以及与热电偶电连接的温度显示单元，通过构建侧部炭块模型以及侧部人造伸腿模型，实现铝电解槽炉帮生长的相似模拟，通过对炉帮生长装置上生长的炉帮进行观察，即可间接反映实际炉帮的生长状况，实现炉帮生长的直接检测。

这种检测装置用于电解槽炉帮的在线检测，使用时直接将炉帮生长装置设置在电解槽内，影响正常的生产。由于对炉帮生产的研究需要较多的试验数据，显然上述在线检测装置难以应用于试验研究场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于炉帮生长试验研究的铝电解槽模拟试验装置，另外，本发明的目的还在于提供一种使用上述铝电解槽模拟试样装置的铝电解槽模拟试验系统。

本发明的铝电解槽模拟试验装置采用如下技术方案：

铝电解槽模拟试验装置包括：

外壳；

模拟电解槽容器，设置在外壳内，模拟电解槽容器具有炉帮模拟侧壁，炉帮模拟侧壁为用于模拟电解槽形成炉帮的侧壁；

外壳具有外壳侧开口和外壳上开口，外壳侧开口能够使炉帮模拟侧壁露出，使热交换装置与炉帮模拟侧壁进行热交换，外壳上开口用于向模拟电解槽容器内加料；

加热件，用于对模拟电解槽容器加热；

封盖，用于盖住外壳上开口并封堵模拟电解槽容器开口。

有益效果：本发明铝电解槽模拟试验装置中，模拟电解槽容器设置在外壳内，并且模拟电解槽容器的炉帮模拟侧壁能够通过外壳侧开口露出，通过外壳侧开口可以向炉帮模拟侧壁上加装热交换装置，改变模拟电解槽容器的炉帮模拟侧壁的热交换条件，模拟在不同热交换条件下炉帮的生长情况。本发明的试验装置通过模拟电解槽容器模拟电解槽，炉帮模拟侧壁与电解槽的侧壁工作状况更接近，试验结果更准确。

为了提高模拟电解槽容器内电解质熔化速度，外壳侧开口处设有外壳侧封保温门，外壳侧封保温门用于在对模拟电解槽容器内电解质熔化时封住外壳侧开口，外壳侧开口在外壳侧封保温门打开时使炉帮模拟侧壁露出。通过外壳侧封保温门能够在熔化电解质时保温，加快熔化速度。

为了不影响后续热交换装置的加装，所述外壳侧封保温门与外壳可拆固定。加装热交换装置时可以拆掉外壳侧封保温门，增大操作空间。

进一步的，为了便于移动外壳侧封保温门，所述外壳侧封保温门底部设有用于支撑外壳侧封保温门的滚轮，滚轮设置多个，滚轮用于使外壳侧封保温门移开。滚轮方便对保温门操作。

进一步的，各滚轮呈三角形布置。对外壳侧封保温门支撑稳定性较好。

对外壳侧封保温门可拆方式进一步优化，所述外壳侧封保温门通过螺栓固定在外壳上。螺栓固定结构简单，成本低。

进一步的，外壳侧开口设置在外壳的前侧，所述加热件包括伸入外壳内的加热棒，所述加热棒设置多个，设置在模拟电解槽容器后侧的加热棒竖向设置，设置在模拟电解槽容器左右两侧的加热棒水平设置。改善试验装置内部温度均匀性，提高操作的安全性。

为了减少能量损耗，外壳与模拟电解槽容器之间有隔热材料层，隔热材料层与模拟电解槽容器之间有空气隔层，所述加热件伸入空气隔层对模拟电解槽容器加热。隔热材料层减少能量的损失，减少能耗。

进一步的，所述炉帮模拟侧壁的外壁面与外壳的外壁面平齐。便于热交换装置的加装。

本发明铝电解槽模拟试验系统的技术方案：

铝电解槽模拟试验系统包括试验装置和热交换装置，所述试验装置包括：

外壳；

模拟电解槽容器，设置在外壳内，模拟电解槽容器具有炉帮模拟侧壁，炉帮模拟侧壁为用于模拟电解槽形成炉帮的侧壁；

外壳具有外壳侧开口和外壳上开口，外壳侧开口能够使炉帮模拟侧壁露出，使热交换装置与炉帮模拟侧壁进行热交换，外壳上开口用于向模拟电解槽容器内加料；

加热件，用于对模拟电解槽容器加热；

封盖，用于盖住外壳上开口并封堵模拟电解槽容器开口。

有益效果：本发明铝电解槽模拟试验系统中，模拟电解槽容器设置在外壳内，并且模拟电解槽容器的炉帮模拟侧壁能够通过外壳侧开口露出，通过外壳侧开口加装热交换装置，改变模拟电解槽容器的炉帮模拟侧壁的热交换条件，模拟在不同热交换条件下炉帮的生长情况。本发明的试验装置通过模拟电解槽容器模拟电解槽，热交换装置可以加装在炉帮模拟侧壁上，炉帮模拟侧壁与电解槽的侧壁工作状况更接近，试验结果更准确。

为了提高模拟电解槽容器内电解质熔化速度，外壳侧开口处设有外壳侧封保温门，外壳侧封保温门用于在对模拟电解槽容器内电解质熔化时封住外壳侧开口，外壳侧开口在外壳侧封保温门打开时使炉帮模拟侧壁露出。通过外壳侧封保温门能够在熔化电解质时保温，加快熔化速度。

为了不影响后续热交换装置的加装，所述外壳侧封保温门与外壳可拆固定。加装热交换装置时可以拆掉外壳侧封保温门，增大操作空间。

进一步的，为了便于移动外壳侧封保温门，所述外壳侧封保温门底部设有用于支撑外壳侧封保温门的滚轮，滚轮设置多个，滚轮用于使外壳侧封保温门移开。滚轮方便对保温门操作。

进一步的，各滚轮呈三角形布置。对外壳侧封保温门支撑稳定性较好。

对外壳侧封保温门可拆方式进一步优化，所述外壳侧封保温门通过螺栓固定在外壳上。螺栓固定结构简单，成本低。

进一步的，外壳侧开口设置在外壳的前侧，所述加热件包括伸入外壳内的加热棒，所述加热棒设置多个，设置在模拟电解槽容器后侧的加热棒竖向设置，设置在模拟电解槽容器左右两侧的加热棒水平设置。改善试验装置内部温度均匀性，提高操作的安全性。

为了减少能量损耗，外壳与模拟电解槽容器之间有隔热材料层，隔热材料层与模拟电解槽容器之间有空气隔层，所述加热件伸入空气隔层对模拟电解槽容器加热。隔热材料层减少能量的损失，减少能耗。

进一步的，所述炉帮模拟侧壁的外壁面与外壳的外壁面平齐。便于热交换装置的加装。

附图说明

图1是本发明铝电解槽模拟试验装置具体实施例的结构示意图；

图2是本发明铝电解槽模拟试验装置具体实施例的左视图；

图3是图1中B-B向视图；

图4是图2中C-C向视图；

图中：1-外壳；11-前侧外壁面；2-模拟电解槽容器；21-炉帮模拟侧壁；211-外壁面；3-外壳侧封保温门；31-固定耳；32-把手；33-滚轮；4-固定螺栓；5-封盖；51-盖壳；52-隔热块；6-加热棒；7-隔热材料层；8-空气隔层；9-支撑块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明铝电解槽模拟试验装置的具体实施例1：

如图1至图4所示，铝电解槽模拟试验装置包括外壳1和模拟电解槽容器2，模拟电解槽容器2为坩埚。模拟电解槽容器2设置在外壳1内，模拟电解槽容器2的前侧壁为炉帮模拟侧壁21，炉帮模拟侧壁21为用于模拟电解槽形成炉帮的侧壁。本实施例中，模拟电解槽容器2采用碳化硅坩埚，模拟电解槽容器2一体成型。

外壳1具有外壳侧开口和外壳上开口，外壳侧开口设置在外壳1的前侧，能够使炉帮模拟侧壁21露出，使热交换装置与炉帮模拟侧壁21进行热交换，外壳上开口供模拟电解槽容器2开口露出向模拟电解槽容器2内加料。

本实施例中，外壳侧开口处设有外壳侧封保温门3，外壳侧封保温门3用于在对模拟电解槽容器2内电解质熔化时封住外壳侧开口，外壳侧开口在外壳侧封保温门3打开时使炉帮模拟侧壁21露出。外壳侧封保温门3在对模拟电解槽容器2内电解质熔化时封住外壳侧开口，减少热量的损失，加快电解质熔化速度，而在电解质熔化后，去掉外壳侧封保温门3，在炉帮模拟侧壁21上加装热交换装置进行试验。外壳侧封保温门3的内侧设置有隔热材料。为了保证保温效果，同时便于后期热交换装置的安装，炉帮模拟侧壁21的外壁面211与外壳1的前侧外壁面11平齐。

外壳侧封保温门3的左右两侧均设置有多个固定耳31，固定耳31上设有固定孔，外壳1侧缝保温门通过穿过固定孔的固定螺栓4可拆固定在外壳1上。外壳侧封保温门3的左右两侧还设有把手32，便于对保温门进行操作。外壳侧封保温门3尺寸大于外壳侧开口的尺寸，整体重量较重，为了便于外壳侧封保温门3的移动，本实施例中外壳侧封保温门3的底部设置有三个呈三角形布置的滚轮33，三个滚轮33支撑外壳侧封保温门3，可以推动外壳侧封保温门3移动。

外壳上开口处设有封盖5，封盖5用于盖住外壳上开口并封堵模拟电解槽容器开口。本实施例中，封盖5包括盖壳51和固定在盖壳51内侧的隔热块52，隔热块52伸入外壳1内，压在模拟电解槽容器2开口上对模拟电解槽容器2进行封堵。

外壳1上固定有加热棒6，本实施例中的加热棒6处于模拟电解槽容器2与外壳1之间，用于对模拟电解槽容器2加热。加热棒6的加热部分伸入外壳1内，加热棒6的接线端伸出外壳1用于接线。本实施例中加热棒6构成加热件，其他实施例中，加热件也可以是设置在模拟电解槽容器外围的加热丝。

本实施例中，为了减少能量的损耗，外壳1与模拟电解槽容器2之间有隔热材料层7和空气隔层8，加热棒6的加热部分伸入空气隔层8内对模拟电解槽容器2加热。

隔热材料层7、封盖5及外壳侧封保温门3上的隔热材料选用陶瓷纤维板，陶瓷纤维板理论导热系数不大于0.153W/(m*k)，厚度300mm，密度220KG/m³，是一种轻质、有一定柔韧性的耐火纤维隔热材料，具有良好的强度和弹性，加热永久线变化极低，低热容量。

为了能够对模拟电解槽容器2均匀加热，本实施例中的加热棒6设置多个，模拟电解槽容器2上左侧壁、右侧壁和后侧壁均被加热棒6加热，使模拟电解槽容器2的三面均能够被加热。其中设置在模拟电解槽容器2后侧的加热棒6上下延伸，上端为接线端。设置在模拟电解槽容器2左右两侧的加热板水平延伸，后端为接线端。从前侧操作封盖和外壳侧封保温门，安全性更高。其他实施例中，加热棒可以均上下延伸，但是此时受封盖的影响，设置在模拟电解槽容器左右两侧的加热棒与模拟电解槽容器的间距较大，加热效果有所减弱。其他实施例中，也可以仅在模拟电解槽容器的前后两侧设置加热棒。

模拟电解槽容器2的底部设置有两个支撑块9，两个支撑块9前后间隔设置，坩埚支撑较为稳定。

本发明铝电解槽模拟试验装置试验步骤是：

将一定量的电解质加入模拟电解槽容器2，盖上封盖5，关闭外壳侧封保温门3，通过电控柜控制加热棒6对模拟电解槽容器2进行加热，待达到试验温度时，撤掉外壳侧封保温门3，调整加热功率，使已经熔化的电解池在模拟炉帮侧壁处凝固，模拟电解槽炉帮的形成。测试炉帮侧壁的温度，等到降低至300摄氏度左右时，加装热交换装置，根据需要改变热交换装置的参数，对电解质的结壳情况进行试验，得出试验数据。

本发明的模拟电解槽容器2的模拟炉帮侧壁能够通过外壳侧开口外露，进而在模拟炉帮侧壁上加装热交换装置，热交换装置通过顶压在坩埚的模拟炉帮侧壁上，模拟炉帮侧壁的受热情况与实际的电解槽工作情况基本一致，通过热交换装置可以改变模拟炉帮侧壁的热平衡，通过改变试验参数，模拟出炉帮的生长情况。相比现有技术直接在电解槽内设置炉帮生长装置，本发明试验装置不占用生产用电解槽，并且试验装置的模拟炉帮侧壁的工况与实际电解槽侧壁基本一致，减小了试验误差。

本发明铝电解槽模拟试验装置的具体实施例2，本实施例中的铝电解槽模拟试验装置与上述具体实施例的区别仅在于：本实施例中外壳侧开口处没有外壳侧封保温门，此时在电解质熔化过程中速度较慢。

本发明铝电解槽模拟试验装置的具体实施例3，本实施例中的铝电解槽模拟试验装置与上述具体实施例的区别仅在于：本实施例中外壳侧封保温门铰接在外壳上，需要加装热交换装置时将外壳侧封保温门打开即可。

本发明铝电解槽模拟试验装置的具体实施例4，本实施例中的铝电解槽模拟试验装置与上述具体实施例的区别仅在于：本实施例中，外壳侧封保温门挂装固定在外壳上，此时保温门上没有滚轮。

本发明铝电解槽模拟试验装置的具体实施例5，本实施例中的铝电解槽模拟试验装置与上述具体实施例的区别仅在于：本实施例中，外壳侧封保温门底部的滚轮设置四个。其他实施例中，滚轮的数量可以根据需要调整，比如五个以上。其他实施例中滚轮33的布置方式也可以根据需要调整，比如设置成四边形、圆形等。

本发明铝电解槽模拟试验装置的具体实施例6，本实施例中的铝电解槽模拟试验装置与上述具体实施例的区别仅在于：外壳本身有隔热材料制成，此时不需要增加隔热材料层。

本发明铝电解槽模拟试验装置的具体实施例7，本实施例中的铝电解槽模拟试验装置与上述具体实施例的区别仅在于：加热棒贴住坩埚设置，此时没有空气隔层，其他实施例中，也可以使用导热材料层代替空气隔层。

本发明铝电解槽模拟试验装置的具体实施例8，本实施例中的铝电解槽模拟试验装置与上述具体实施例的区别仅在于：炉帮模拟侧壁的外壁面处于外壳的外壁面内侧。

本发明铝电解槽模拟试验系统的具体实施例，铝电解槽模拟试验系统包括铝电解槽模拟试验装置、热交换装置和测温装置，其中铝电解槽模拟试验装置与上述铝电解槽模拟试验装置任一实施例中所述的结构相同，不再赘述。热交换装置用于加装在模拟炉帮侧壁上，测温装置用于测量模拟炉帮侧壁的问题和模拟电解槽容器内的温度。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。