一种模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置及方法，包括炉帮生长装置、冷却风控制系统以及温度监控系统，侧部炭块模型为采用与实际铝电解槽侧部炭块相同材质制作且带中心沉孔的实心圆柱体，其侧壁厚度为实际铝电解槽侧部炭块厚度的K倍；侧部人造伸腿模型为采用与实际铝电解槽侧部人造伸腿相同材质制作且带中心通孔的实心回转体，其侧壁的纵截面形状与实际铝电解槽侧部人造伸腿的横截面形状相似且相似比为K。本发明专利技术采用相似原理与模型试验方法，实现铝电解槽炉帮生长的相似模拟，解决了直接地检测炉帮生长状况这一铝电解槽难题。

A Detection Device and Method for Simulating the Growth Process of Aluminum Electrolytic Cell Side

The invention discloses a detection device and method for simulating the growth process of aluminium electrolytic cell hearth, including hearth growth device, cooling air control system and temperature monitoring system. The side carbon block model is a solid cylinder made of the same material as the side carbon block of the actual aluminium electrolytic cell and with a central sinking hole. Its side wall thickness is K times that of the side carbon block of the actual aluminium electrolytic cell. The artificial stretching leg model is a solid revolving body made of the same material as the artificial stretching leg on the side of the actual aluminum reduction cell and with a central through hole. The longitudinal section shape of the side wall is similar to the cross section shape of the artificial stretching leg on the side of the actual aluminum reduction cell and the similarity ratio is K. The invention adopts the similar principle and model test method to realize the similar simulation of the growth of aluminium reduction cell hearth, and solves the difficult problem of directly detecting the growth status of the hearth.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置及方法
本专利技术属于铝电解槽
，特别涉及一种铝电解槽炉帮生长过程的检测装置及方法。
技术介绍
我国铝电解工业起步于20世纪50年代，发展迅猛，至今中国的大型预焙阳极电解槽设计水平已达世界先进水平，原铝产量自2001年起连续十几年位居世界第一。我国自主设计建造的世界首条600kA特大型铝电解系列已投产运行。电解槽内衬侧部构成为：钢壁，保温砖；在该保温层与底部炭块之间浇注高强浇注料；在浇注料上方上一层耐火砖和侧部炭块(或氮化硅粘结的碳化硅砖)；底部炭块与侧部砌体之间是人造坡形伸腿。槽帮就是电解质沿槽膛四周内衬凝固生长出的固态结壳。槽帮对于铝电解槽的长寿命、低能耗及稳定运行影响重大。在传统的中小型槽(<400kA)铝电解生产工艺条件下，槽帮较为厚实规整，通过其本身的生长-消融作用，具有较强的自我调节能力。然而，随着铝电解槽的大型化，铝电解工艺操作临界化，导致槽帮自调节能力被极大削弱，对电解槽的设计优化提出了更高的要求。尽管目前计算机仿真模拟应用广泛，对于大型电解槽新结构的设计优化可以通过计算机仿真的手段得以预测和评估，但是计算机仿真模拟仍需要实验验证，而对于高温高腐蚀的电解操作环境，槽帮的生长状况和炉膛形状难以直接检测。专利申请“铝电解槽炉帮形状在线检测系统”(申请号：201110439642.8)公开了一种炉帮在线检测系统，从电解槽热工况的角度间接检测炉帮状况，但遗憾的是该专利并不能直接获取炉帮实际状况，其精度更是受到限制，且无法给出炉帮生长过程的动态过程、炉帮的微观形态等。因此，为了全面掌握炉帮的生产、融化机制及其内部微观变化，需要重新设计模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置及方法。
技术实现思路
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的目的之一在于提供一种能够较为直接地检测炉帮生长状况的铝电解槽炉帮生长过程的检测装置及方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置，包括：炉帮生长装置，包括侧部炭块模型以及侧部人造伸腿模型；所述侧部炭块模型为采用与实际铝电解槽侧部炭块相同材质制作且带中心沉孔的实心圆柱体，其侧壁厚度为实际铝电解槽侧部炭块厚度的K倍；所述侧部人造伸腿模型为采用与实际铝电解槽侧部人造伸腿相同材质制作且带中心通孔的实心回转体，其侧壁的纵截面形状与实际铝电解槽侧部人造伸腿的横截面形状相似且相似比为K；冷却系统，对所述侧部炭块模型的内侧壁进行冷却；温控系统，包括预埋在所述侧部炭块模型内的热电偶以及与所述热电偶电性连接的温度显示单元；所述侧部人造伸腿模型套设在所述侧部炭块模型上。进一步的，所述冷却系统包括与所述侧部炭块模型顶部开口对接的外管、套设在所述外管内且延伸至所述中心沉孔底端处的内管以及向所述内管内通入冷却介质的供冷装置，所述内管与所述外管之间存在空隙。进一步的，所述外管与所述中心沉孔螺纹紧固连接。进一步的，所述侧部炭块模型与所述中心通孔螺纹紧固连接且底端延伸至所述中心通孔底部位置处。进一步的，所述供冷装置为通过送风管与所述内管连接的鼓风机，所述送风管上设有流量计。进一步的，所述K值的大小为0.1～0.4。一种铝电解槽炉帮生长过程的检测方法，使用上述模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置，先通过鼓风机向内管中通入持续稳定的冷却气流，再将炉帮生长装置垂直插入电解槽的火眼中，并将侧部人造伸腿模型全部浸入电解质层中，调节冷却气流的流量，使得侧部炭块模型与冷却气流的换热系数与实际铝电解槽侧部炭块与外界的换热系数一致，通过监控热电偶测试的温度判断是否达到热平衡状态，当温度在30-60min内保持不变时表示体系达到热平衡，在保持通气的状态下取出炉帮生长装置，静置冷却得到模拟炉帮，通过模拟炉帮实现炉帮实际生长状况的直接检测。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术采用相似原理与模型试验方法，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，解决了直接地检测炉帮生长状况这一铝电解槽难题，因此可以在保证试验槽稳定生产、不用停槽、不破坏槽体的前提下，实现槽炉帮生长的检测，具有检测实验成本低的优点。2.本专利技术其实现方式简单且操作方便，具有小型、移动式、可拆卸等特点，既可以进行检测已运行的电解槽的炉帮生长情况，也可以检测新侧部内衬设计结构是否合理，此外，炉帮生长装置主要通过螺纹连接，安装拆卸方便，可以直接替换碳化硅和石墨套管。3.本专利技术检测装置不与电解槽发生密切接触，因而对与电解槽主体结构不产生任何负面影响，其对其生产运行的影响几乎可以忽略。4.本专利技术还可以模拟电解质在电解槽内衬表面生长成炉帮的过程，从而检测一定散热条件和内衬结构条件下炉帮的生长状态，为铝电解槽内衬结构及侧部散热设计优化提供手段，从而保证炉膛规整，实现电解槽长寿命高效运行。附图说明图1为模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置示意图；图2为模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测方法示意图；图3为实施例1中在工业现场检测得到的炉帮；图4为实施例1中对应的铝电解内衬结构；图5为炉帮的微观放大图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1,参见图1-图5，一种模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置，包括炉帮生长装置1、冷却系统2以及温控系统3。炉帮生长装置1包括侧部炭块模型6以及侧部人造伸腿模型7。侧部炭块模型6为采用与实际铝电解槽侧部炭块相同材质制作且带中心沉孔的实心圆柱体，其侧壁厚度为实际铝电解槽侧部炭块厚度的K倍。侧部人造伸腿模型7为采用与实际铝电解槽侧部人造伸腿相同材质制作且带中心通孔的实心回转体，其侧壁的纵截面形状与实际铝电解槽侧部人造伸腿的横截面形状相似且相似比为K，侧部人造伸腿模型通过中心通孔套装固定在侧部炭块模型外。也就是说，侧部人造伸腿模型的材质及倾斜角度α与实际检测电解槽中一致，材质均为炭素材料，厚度与高度为实际设计值的K倍，α取值为45°～90°。具体到本实施例中，结构参数K值取0.15，倾斜角度α取值为60°。冷却系统2用于对侧部炭块模型6的内侧壁进行冷却。温控系统3包括预埋在侧部炭块模型6内的热电偶以及与热电偶电性连接的温度显示单元。具体的，温度显示单元为温度显示器。可以想到的是，在实际设计中，冷却系统2包括与侧部炭块模型6顶部开口对接的外管4、套设在外管4内且延伸至中心沉孔底端处的内管5以及向内管5内通入冷却介质的鼓风机，内管5与外管4之间存在空隙。鼓风机通过送风管与内管5连接，送风管上设有流量计。通过鼓风机鼓入的冷却风经送风管输送至内管5内并从内管5底部喷出对侧部炭块模型6进行冷却换热后从内管5和外管4之间导出。当然，冷却介质也可以采用液态介质，如冷却水等，相应的，需要将鼓风机替换为流体泵，在此不再赘述。需要说明的是，为方便各零部件的拆装，外管4的底端外壁上设有连接外螺纹，中心沉孔顶部侧壁上设有连接内螺纹，外管4底端螺旋旋入中心沉孔内并通过连接外螺纹与连接内螺纹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置，其特征在于，包括：炉帮生长装置，包括侧部炭块模型以及侧部人造伸腿模型；所述侧部炭块模型为采用与实际铝电解槽侧部炭块相同材质制作且带中心沉孔的实心圆柱体，其侧壁厚度为实际铝电解槽侧部炭块厚度的K倍；所述侧部人造伸腿模型为采用与实际铝电解槽侧部人造伸腿相同材质制作且带中心通孔的实心回转体，其侧壁的纵截面形状与实际铝电解槽侧部人造伸腿的横截面形状相似且相似比为K；冷却系统，对所述侧部炭块模型的内侧壁进行冷却；温控系统，包括预埋在所述侧部炭块模型内的热电偶以及与所述热电偶电性连接的温度显示单元；所述侧部人造伸腿模型套设在所述侧部炭块模型上。

【技术特征摘要】
1.一种模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置，其特征在于，包括：炉帮生长装置，包括侧部炭块模型以及侧部人造伸腿模型；所述侧部炭块模型为采用与实际铝电解槽侧部炭块相同材质制作且带中心沉孔的实心圆柱体，其侧壁厚度为实际铝电解槽侧部炭块厚度的K倍；所述侧部人造伸腿模型为采用与实际铝电解槽侧部人造伸腿相同材质制作且带中心通孔的实心回转体，其侧壁的纵截面形状与实际铝电解槽侧部人造伸腿的横截面形状相似且相似比为K；冷却系统，对所述侧部炭块模型的内侧壁进行冷却；温控系统，包括预埋在所述侧部炭块模型内的热电偶以及与所述热电偶电性连接的温度显示单元；所述侧部人造伸腿模型套设在所述侧部炭块模型上。2.根据权利要求1所述的模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置，其特征在于：所述冷却系统包括与所述侧部炭块模型顶部开口对接的外管、套设在所述外管内且延伸至所述中心沉孔底端处的内管以及向所述内管内通入冷却介质的供冷装置，所述内管与所述外管之间存在空隙。3.根据权利要求2所述的模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置，其特征在于：所述外管与所述中心沉孔螺纹紧固连接。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：张红亮，王棋钰，李劼，李天爽，王景坤，孙珂娜，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43