[发明专利]铝电解石墨坩埚实验装置及实验方法

说明书

技术领域

本发明属于职业学校实训教具技术领域，涉及一种实验装置，特别涉及一种铝电解石墨坩埚实验装置；本发明还涉及一种用该实验装置进行铝电解实验的方法。

背景技术

目前，铝电解行业相关研究课题主要针对解决工业现场某一实际问题及需求，其实验设备带有明确的指向性，并不适用于大专院校教学实训的需要。本发明旨在通过实验设备模拟铝电解槽基本参数的情况下，还原电解铝过程中的电化学反应，并通过计算机系统记录电压、电流、温度等主要参数供教学实训之用。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝电解石墨坩埚实验装置，适用于大专院校教学实训的需要。

本发明的另一个目的是提供一种用上述实验装置进行铝电解实验的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种铝电解石墨坩埚实验装置，包括计算机、阳极导电杆、阴极导电杆、石墨阳极、石墨坩埚和壳体；壳体内设有加热炉，加热炉侧壁上设有炉门，加热炉底板上设有底部炉门的安装口，底部炉门安装于升降机构顶端，升降机构可驱动底部炉门上下往复移动；加热炉顶部设有阳极导电杆安装孔和阴极导电杆安装孔，加热炉顶部并排设有多个U形的第一硅碳棒，加热炉顶部并排设有数量与第一硅碳棒数量相同的U形的第二硅碳棒，第一硅碳棒下端和第二硅碳棒下端均位于加热炉的炉膛内，第一硅碳棒上端和第二硅碳棒上端均位于加热炉顶部与壳体顶部之间的空隙内；所有第一硅碳棒组成第一硅碳棒组，所有第二硅碳棒组成第二硅碳棒组；加热炉的侧壁上分别设有侧面观察管、加气管和热电偶，使用时，使石墨坩埚位于第一硅碳棒组和第二硅碳棒组之间，阴极导电杆穿入阴极导电杆安装孔内，阴极导电杆的下端与石墨坩埚相连接，阳极导电杆穿入阳极导电杆安装孔内，并安装石墨阳极，使得石墨阳极位于石墨坩埚内。

本发明所采用的另一个技术方案是：一种用上述的铝电解石墨坩埚实验装置进行实验的方法，具体按以下步骤进行：

步骤1：取铝锭，使铝锭铺满石墨坩埚的底面，然后，取出铝锭，称取铝锭的质量，再将铝锭铺设于石墨坩埚底面上；再称取3000克电解质；

步骤2：操作升降机构，使底部炉门下降，将石墨坩埚置于底部炉门上；操作升降机构，使底部炉门上升，至石墨坩埚的顶部与炉膛底部齐平，打开加热炉侧壁上的炉门，将步骤1称取的电解质置于石墨坩埚内；将阳极导电杆插入阳极导电杆安装孔，并将石墨阳极安装于阳极导电杆下端，石墨阳极可上下往复移动；操作升降机构，使底部炉门继续上升，直至底部炉门完全闭合，将阴极导电杆穿入阴极导电杆安装孔，使阴极导电杆与石墨坩埚相连，石墨阳极位于石墨坩埚内，并不与石墨坩埚相接触；

连通加气管和保护气发生器，将所有第一硅碳棒和第二硅碳棒均与电源相连接；将阳极导电杆和阴极导电杆分别与直流电源相连；

步骤3：关闭加热炉侧壁的炉门，通过计算机设置控温参数、升温速率和开度；

步骤4：闭合电源，使加热炉以10～15℃/分钟的升温速率升温，当温度升至400℃时，通过加气管向炉膛内输送保护气体，以相同的升温速率将炉温升至1000℃，恒温保温至少30分钟，当铝锭和电解质完全熔化后，通过计算机重新设定控温参数，使炉温恒定在950℃±5℃，炉温在950℃±5℃恒定10分钟后，将中心热电偶插入到熔融的电解质内，测量中心温度；若该中心温度不符合950～970℃的要求，则通过计算机调整，使该中心温度达到950～970℃，温度调整过程中，每次调整后，恒温至少10分钟后，再测量电解质的中心温度，直至中心温度符合要求后，进入步骤5；若中心温度为950℃～970℃，则进入步骤5；

步骤5：中心温度符合要求后，用中心热电偶作探尺，将其插入到石墨坩埚底部，迅速提出，冷却后，测量熔融铝液的高度和熔融电解质的高度；

步骤6：向下移动阳极导电杆，使石墨阳极与石墨坩埚底面相接触；

步骤7：打开直流电源，将过流保护旋钮调节到最大，然后调节电压旋钮使电压值为1～10V，再调节电流旋钮，将电流调为≥80A，使直流电源在恒流模式下工作；

步骤8：通过阳极导电杆提升石墨阳极，通过计算机记录实验电流和电压随石墨阳极与石墨坩埚底面之间距离变化而变化的数据；

步骤9：将石墨阳极置于熔融电解质液内进行电解，通过计算机记录实验数据；

步骤10：当熔融电解质液内氧化铝含量低于1.5%，发生阳极效应时，通过计算机观察电流、电压的变化；