[发明专利]一种模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测装置及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于铝电解槽技术领域，特别涉及一种铝电解槽炉帮生长过程的检测装置及方法。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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，本发明采用如下技术方案：

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。