CN112014265A - 连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置以及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置以及评价方法。该装置的模具有容纳阳极糊料的腔体，腔体的顶部敞口，压块可沿竖向从腔体的顶部自由滑落至腔体内部，压块上设置有排气孔，排气孔和腔体相通，加热组件和模具连接，用于对模具加热。本发明通过获取阳极糊料在常温下、阳极糊料粘度稳定温度、焙烧温度时对应的高度值，并利用获取对应温度下的高度值，来获取连续阳极铝电解槽阳极糊料性能，且阳极糊料在常温下、阳极糊料粘度稳定温度、焙烧温度时对应的高度值获取方便快捷、操作简单，具有很好的检测效率，可满足连续阳极料性能的检测需要。
Description
技术领域
本发明属于铝电解测技术领域，尤其涉及一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置以及评价方法。
背景技术
最早的连续阳极是自焙槽，该槽型由于电耗高、环境污染严重等原因逐渐被预焙槽所取代。而目前预焙阳极铝电解技术作为主流的铝电解技术，存在着流程长，生产成本高，频繁更换阳极，导致工作强度大影响电解槽的稳定，进而影响铝电解的技术经济指标。随着新型连续阳极技术的出现，该技术能够大幅缩短铝电解生产流程，降低阳极铝电解生产成本，实现电解和炭素全流程的节能减排。而其中阳极作为新型连续阳极的核心，最关键的是阳极糊料的性能。阳极糊料性能的好坏关系着阳极糊料在内置导体间的填充效果，同时也直接关系着阳极开槽对阳极质量的要求。
文献《炭糊制品流动性的研究与测量》介绍了国内外关于阳极糊料流动性测试原理及测试方法，主要方法有荷重变形法、Ctedko法、斜槽板测试法等，这些方法仅仅能够测试阳极糊料流动性，只适用于传统的自焙槽阳极；文献《阳极糊流动系数在生产过程中的控制及对电解生产的影响》介绍并研究了阳极糊料流动性对电解的影响，其所用的流动系数(KT值)测试采用的阳极底部直径前后变化率进行表征。上述文献中的方法应用于连续阳极时，表征方法单一，无法从对内置导体间的填充效果及阳极质量进行综合评价，不能为阳极糊料是否满足新型连续阳极提供科学指导，而且现有方法存在着操作复杂、自动化程度低、检测效率低等缺陷，已不能满足新型连续阳极的需要。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置以及评价方法，以满足连续阳极料性能的检测需要。
本发明的技术方案为：
一方面，本发明提供了一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置，所述装置包括：
模具，所述模具有容纳阳极糊料的腔体，所述腔体的顶部敞口；
压块，所述压块可沿竖向从所述腔体的顶部自由滑落至所述腔体内部，所述压块上设置有排气孔，所述排气孔和所述腔体相通；
加热组件，所述加热组件和所述模具连接，用于对所述模具加热。
进一步地，所述装置还包括多个导体，多个所述导体间隔设置在所述模具内部。
进一步地，所述模具的内壁沿相对设置有两列沟槽，所述沟槽从所述模具的顶部沿竖向向所述模具的底部延伸；每个所述导体的两端分别设置在两列所述沟槽中。
更进一步地，相邻的所述导体的端部之间设置有钢柱。
进一步地，所述装置还包括横梁，所述横梁和所述压块固定连接；
所述装置还包括两个导向杆，两个所述导向杆相对设置在所述模具的外侧，所述横梁的两端分别滑动设置在两个所述导向杆上。
优选地，每个所述导向杆上均具有刻度。
进一步地，所述装置还包括提升组件，所述提升组件包括支撑架、驱动单元以及丝杠，所述驱动单元固定设置在所述支撑架上，所述驱动单元的输出端做旋转运动，所述驱动单元的输出端和所述丝杠的一端连接，所述丝杠沿竖向设置，所述丝杠的另一端连接在所述横梁上。
更进一步地，所述驱动单元包括电机以及涡轮箱，所述电机以及所述涡轮箱均固定设置在所述支撑架上，所述电机的输出端和所述涡轮箱的输入端连接，所述涡轮箱的输出端和所述丝杠的一端连接。
进一步地，所述支撑架包括支撑柱以及支撑板，所述支撑柱沿竖向设置，所述支撑板的一端可转动地连接在所述支撑柱上，所述支撑板的另一端沿水平方向向背离所述支撑柱的方向延伸，所述驱动单元设置在所述支撑板上。
另一方面，本发明还提供了一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价方法，所述方法是基于上述装置进行的，所述方法包括：
提供阳极糊料，将提供的所述阳极糊料加入到所述模具中；
提供和阳极糊料相匹配的所述压块，将所述压块放置在装有所述阳极糊料的模具中，所述压块设置在所述阳极糊料上，记录所述阳极糊料的高度为第一高度；
利用加热组件对所述模具升温至阳极糊料粘度稳定温度，并保温，记录所述阳极糊料的高度为第二高度，加热过程中产生的烟气通过所述压块上的排气孔排出；
利用加热组件对所述模具升温至阳极糊料焙烧温度，保温后冷却，记录冷却后的所述阳极糊料的高度为第三高度；
利用所述第一高度、第二高度以及第三高度获取所述连续阳极铝电解槽阳极糊料的流动性能。
本发明的有益效果是：
本发明所提供的一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置以及评价方法，通过获取阳极糊料在常温下、阳极糊料粘度稳定温度、焙烧温度时对应的高度值，并利用获取对应温度下的高度值，来获取连续阳极铝电解槽阳极糊料性能，且阳极糊料在常温下、阳极糊料粘度稳定温度、焙烧温度时对应的高度值获取方便快捷、操作简单，具有很好的检测效率，可满足连续阳极料性能的检测需要。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置的结构示意图；
图2为图1中的模具的结构示意图；
图3为本发明实施例的一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
本发明实施例提供一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置以及评价方法，以满足连续阳极料性能的检测需要。
图1为本发明实施例的一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置的结构示意图，结合图1，该装置包括模具1、压块11以及加热组件2，其中，模具1有容纳阳极糊料的腔体，腔体的顶部设置敞口，压块11可沿竖向从腔体的顶部自由滑落至腔体内部，压块11上设置有排气孔，排气孔和腔体相通，而加热组件2和模具1连接，用于对模具加热。
本发明实施例1的模具1具体制作时，可以采用钢材制成，整体呈柱状，其壁厚可为10-20mm，内径可为60-300mm，高度可为100-400mm。
结合图1，本发明实施例的评价装置还包括多个导体10，多个导体10间隔设置在模具1内部，多个导体10的设置可以提高热量在模具1内热量的传递速率和热量传递的均匀性。
图2为图1中的模具的结构示意图，结合图1以及图2，本发明实施例中，模具1的内壁沿相对设置有两列沟槽12，沟槽12从模具1的顶部沿竖向向模具1的底部延伸，每个导体10的两端分别设置在两列沟槽12中。
具体地，本发明实施例中，沟槽12可以呈U形，沟槽12的长度可以从模具1的顶部延伸至距离模具底部的1/4处。另外，本发明实施例的导体10可以为铝材或铜材，导体10的形状可以呈圆柱状或长方体，导体10的尺寸依据沟槽尺寸而定，导体10数量不低于2个，间距不低于50mm，导体10的间距根据阳极糊料的粒度可根据结合计算机仿真和试验室研究结果确定。
进一步地，本发明实施例中，相邻的导体10的端部之间设置有钢柱，通过钢柱完成导体10在模具1中的定位。
本发明实施例中，钢柱最好位于沟槽12内，而沟槽12可以呈U形。
本发明实施例中，模具1可以设置在加热组件2之上，加热组件2可以通过硅碳棒进行加热，并可同时对加热温度及升温速度等参数进行控制。
本发明实施例的压块11的重量，其根据阳极糊料的密度以及体积设定，压块11和模具1的腔体间隙配合，即压块11的内径根据模具1的腔体的内径而定。
结合图1，本发明实施例中，压块11上设置的排气孔内可设置有排气管4，该排气管4用于将阳极糊料升温燃烧所产生的烟气排出。
结合图1，本发明实施例的评价装置还可包括横梁3，横梁3和压块11可以通过焊接的方式固定连接，此种情况下，横梁3和压块11的重量应根据阳极糊料的密度以及体积设定。
结合图1，本发明实施例的评价装置还包括两个导向杆5，两个导向杆5相对设置在模具1的外侧，横梁3的两端分别滑动设置在两个导向杆5上，这样可以对压块11的移动方向进行导向。
另外，本发明实施例中，每个导向杆5上还均具有刻度，当压块11在模具1的腔体中移动时，通过横梁3在导向杆5上的位置，可以快速读取到阳极糊料所处的高度，简单实用，方便快捷。
结合图1，本发明实施例的评价装置还包括提升组件，提升组件用于将使用完毕的压块11从模具1的腔体中取出，其包括支撑架8、驱动单元以及丝杠13，驱动单元固定设置在支撑架8上，驱动单元的输出端做旋转运动，驱动单元的输出端和丝杠13的一端连接，丝杠13沿竖向设置，丝杠13的另一端连接在横梁3上。当需要取出压块11时，可以启动驱动单元，以带动丝杆13动作，将压块11从模具1内的腔体中快速取出。
本发明实施例中，丝杠13的另一端最好连接在压块11的中部，为了避免排气管4同丝杠13干涉，用于安装排气管4的排气孔可以设置在压块11的边缘处。
进一步地，结合图1，本发明实施例的驱动单元可包括电机7以及涡轮箱9，电机7以及涡轮箱9均固定设置在支撑架8上，二者可通过连接轴13将电机7的输出端和涡轮箱9的输入端连接，涡轮箱9的输出端和丝杠13的一端连接。通过涡轮箱9的设置，可以改变电机7的输出方向和输出速度，进而使丝杠13以合适的速度转动，提高压块11取出时的安全性。
结合图1，本发明实施例的支撑架8包括支撑柱8.1以及支撑板8.2，支撑柱8.1沿竖向固定设置，支撑板8.2的一端可转动地连接在支撑柱8.1上，支撑板8.2的另一端沿水平方向向背离支撑柱8.1的方向延伸，驱动单元设置在支撑板8.2上。当压块11取出后，通过外力使支撑板8.2在支撑柱8.1上相对转动，即可将压块11取出，以方便压块11的更换拆卸以及阳极糊料进行的后续工作。
另一方面，基于上述评价装置，本发明还提供了一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价方法，图3为本发明实施例的一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价方法的流程示意图，结合图3，该方法包括：
S1：提供阳极糊料，将提供的阳极糊料加入到模具1中；
该步骤中，可在模具1外围包裹在一个集气罩，该集气罩罩住排气管4，以避免阳极糊料加热的烟气排出，造成的环境问题。
S2：提供和阳极糊料相匹配的压块11，将压块11放置在装有阳极糊料的模具1中，且压块11设置在阳极糊料上，记录阳极糊料的高度为第一高度；
该步骤中，压块11的重量需和阳极糊料的密度以及体积之积相一致，压块11在自由落体的状态下，落在阳极糊料上，此状态下，记录阳极糊料的高度为第一高度，该第一高度值可以通过横梁3的端部在导向杆5上的位置快速读出。
S3：利用加热组件对模具1升温至阳极糊料粘度稳定温度，并保温，记录阳极糊料的高度为第二高度，加热过程中产生的烟气通过压块11上的排气孔排出；
阳极糊料粘度稳定温度是基于沥青粘度变化规律进行确定，煤沥青温度在200-250℃时，沥青粘度趋于稳定，变相差不大。同样，该第二高度值也通过横梁3的端部在导向杆5上的位置快速读出。
S4：利用加热组件对模具升温至阳极糊料焙烧温度，保温后冷却，记录冷却后的阳极糊料的高度为第三高度；
同样，该第三高度值也通过横梁3的端部在导向杆5上的位置快速读出。
S5：利用第一高度、第二高度以及第三高度获取连续阳极铝电解槽阳极糊料的流动性能。
测试结束后，利用提升组件将压块11从模具1中取出，然后在将阳极糊料从模具1中取出，分别测试导体间和导体外阳极的体积密度、孔隙率、电阻率、空气反应残余率、CO2反应残余率等相关指标，以此来综合评价阳极糊料性能能否满足新型连续阳极的需要。
具体运用时，可将阳极糊料放置在模具1的腔体中后，安装好对应的压块11，此时，记录阳极糊料的第一高度，然后进行升温，升至固定温度200℃-250℃(阳极糊料粘度稳定温度)，保温1-4h后，记录阳极糊料的第二高度；随后继续升温至950℃(阳极糊料焙烧温度)，保温3h后升温结束，待冷却后，记录阳极糊料的第三高度，利用获取的第一高度、第二高度以及第三高度即可获取连续阳极铝电解槽阳极糊料的性能。测试结束后，利用提升装置将压块11从模具1中取出，并将其中的阳极糊料取出，分别测试导体间和导体外阳极糊料的体积密度、孔隙率、电阻率、空气反应残余率、CO2反应残余率等相关指标，以此综合评价阳极糊料性能能否满足新型连续阳极的需要。
实施例：
将阳极糊料放置在高度为150mm的模具1的腔体中后，安装好对应的压块11，压块11选择的压力为1.74MPa。采用记录阳极糊料的第一高度，高度为120mm，然后进行升温，升至固定温度200℃-250℃，保温4h后，记录阳极糊料的第二高度，高度为102mm；随后继续升温至950℃，保温3h后升温结束，待冷却后，记录阳极糊料的第三高度，高度为90mm。利用获取的相对于第一高度，第二高度以及第三高度变化率分别为15％和25％。测试结束后，利用提升装置将压块11从模具1中取出，并将其中的阳极取出，首先测试导体间和导体外阳极糊料的体积密度达到1.52g/cm3、1.48g/cm3，孔隙率分别达到26％和28％，进一步对阳极进行电阻率、空气反应残余率、CO2反应残余率等相关指标测试，具体指标如下。
综上所述，本发明实施例所提供的一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置以及评价方法，通过获取阳极糊料在常温下、阳极糊料粘度稳定温度、焙烧温度时对应的高度值，并利用获取对应温度下的高度值，来获取连续阳极铝电解槽阳极糊料性能，且阳极糊料在常温下、阳极糊料粘度稳定温度、焙烧温度时对应的高度值获取方便快捷、操作简单，具有很好的检测效率，可满足连续阳极料性能的检测需要。
来获取连续阳极铝电解槽阳极糊料性能，且阳极糊料在常温下、阳极糊料粘度稳定温度、焙烧温度时对应的高度值获取方便快捷、操作简单，具有很好的检测效率，另外，能够从内置导体间填充效果(阳极形貌及体积密度)以及阳极指标(体积密度、电阻率、空气反应残余率、CO2反应残余率)等方面更好的评价阳极糊料能否满足连续阳极对阳极糊料流动性和抗氧化性的要求，具有很好的实用价值。
以下所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式下的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
Claims (10)
1.一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置，其特征在于，所述装置包括：
模具，所述模具有容纳阳极糊料的腔体，所述腔体的顶部敞口；
压块，所述压块可沿竖向从所述腔体的顶部自由滑落至所述腔体内部，所述压块上设置有排气孔，所述排气孔和所述腔体相通；
加热组件，所述加热组件和所述模具连接，用于对所述模具加热。
2.根据权利要求1所述的连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置，其特征在于，所述装置还包括多个导体，多个所述导体间隔设置在所述模具内部。
3.根据权利要求2所述的连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置，其特征在于，所述模具的内壁沿相对设置有两列沟槽，所述沟槽从所述模具的顶部沿竖向向所述模具的底部延伸；每个所述导体的两端分别设置在两列所述沟槽中。
4.根据权利要求3所述的连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置，其特征在于，相邻的所述导体的端部之间设置有钢柱。
5.根据权利要求1所述的连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置，其特征在于，所述装置还包括横梁，所述横梁和所述压块固定连接；
所述装置还包括两个导向杆，两个所述导向杆相对设置在所述模具的外侧，所述横梁的两端分别滑动设置在两个所述导向杆上。
6.根据权利要求5所述的连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置，其特征在于，每个所述导向杆上均具有刻度。
7.根据权利要求5所述的连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置，其特征在于，所述装置还包括提升组件，所述提升组件包括支撑架、驱动单元以及丝杠，所述驱动单元固定设置在所述支撑架上，所述驱动单元的输出端做旋转运动，所述驱动单元的输出端和所述丝杠的一端连接，所述丝杠沿竖向设置，所述丝杠的另一端连接在所述横梁上。
8.根据权利要求7所述的连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置，其特征在于，所述驱动单元包括电机以及涡轮箱，所述电机以及所述涡轮箱均固定设置在所述支撑架上，所述电机的输出端和所述涡轮箱的输入端连接，所述涡轮箱的输出端和所述丝杠的一端连接。
9.根据权利要求7所述的连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价装置，其特征在于，所述支撑架包括支撑柱以及支撑板，所述支撑柱沿竖向设置，所述支撑板的一端可转动地连接在所述支撑柱上，所述支撑板的另一端沿水平方向向背离所述支撑柱的方向延伸，所述驱动单元设置在所述支撑板上。
10.一种连续阳极铝电解槽阳极糊料性能评价方法，其特征在于，所述方法是基于权利要求1-9任一项所述的装置进行的，所述方法包括：
提供阳极糊料，将提供的所述阳极糊料加入到所述模具中；
提供和阳极糊料相匹配的所述压块，将所述压块放置在装有所述阳极糊料的模具中，所述压块设置在所述阳极糊料上，记录所述阳极糊料的高度为第一高度；
利用加热组件对所述模具升温至阳极糊料粘度稳定温度，并保温，记录所述阳极糊料的高度为第二高度，加热过程中产生的烟气通过所述压块上的排气孔排出；
利用加热组件对所述模具升温至阳极糊料焙烧温度，保温后冷却，记录冷却后的所述阳极糊料的高度为第三高度；
利用所述第一高度、第二高度以及第三高度获取所述连续阳极铝电解槽阳极糊料的流动性能。
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