CN201166592Y - 电解质初晶温度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种电解质初晶温度检测装置，用于测量铝电解过程中电解质的初晶温度，它包括采样机构和控制柜。采样机构和控制柜均固定于支架基座上。采样机构包括加热炉、沿铅垂方向可往复移动的炉盖、连通加热炉的测温室以及沿铅垂方向可往复移动的测温计。炉盖铅垂向下方可活动地悬挂有沿铅垂方向可反复进入加热炉或者测温室的坩埚。在坩埚内腔中，可活动地插接有可导热的隔离套。该隔离套在坩埚内腔中隔离出同坩埚内腔分离的隔离室。测温计可反复插入隔离室中。该初晶温度检测装置可保护测温计免受熔融电解质的侵蚀，具有测温周期快捷、效率高的特点。

Description

电解质初晶温度检测装置

技术领域

本实用新型涉及电解质初晶温度检测装置。该装置用于电解铝生产过程中电解质初晶温度的测量。

背景技术

铝电解行业是关系到国计民生的重要行业，但同时也是一个能耗极高的产业。在当前电力与原材料紧缺和供应日益紧张的情况下，如何最大限度的提高电解铝的效率，保证电解槽的安全、可靠、稳定运行，成为各电解铝生产企业极为关注的问题。

在原铝生产成本构成中，电能的消耗约占三分之一以上。在当前的电解铝生产中，原铝是在电解槽中生产出来的。电能主要被用来转化为热能，从而维持铝电解槽在某个预定温度附近持续运行。这个温度一般称为电解质温度。通常电解质温度介于910℃至980℃之间。电解质温度适当降低，就能够极大地减少电能的消耗，从而降低生产成本，减少能源消耗。但是，由于电解槽中存在有液态电解质和液态原铝，如果温度过低，将诱发电解质发生结晶现象，使电解槽状态发生变化。在电解质结晶严重的情况下，会导致整个电解槽不能运行，造成“病槽”或者“死槽”，因此而带来的损失是不可估计的。因此，在电解槽稳定运行与节能降耗之间存在着矛盾。

解决这一矛盾的关键在于准确地预知液态电解质的结晶温度，即初晶温度。电解质温度高出初晶温度的部分称为过热度。一般认为最佳过热度是初晶温度以上10℃左右。在这种过热度条件下，既能够保证电解槽的安全、平稳运行，又可以保证电能的消耗量为原铝生产所必需，实现以最少的能源消耗获得最大的产出效益。对于电解铝生产企业而言，可最大程度地降低每吨原铝的生产成本，获取显著的经济效益；对于社会而言，可减少能源消耗与浪费，获得显著的社会效益。

能源供应形势日益紧张的局面成为现今社会需要正视的问题，节能降耗顺理成章地成为降低电解铝生产成本的关键。实践证明，过热度每降低10℃，即可降低电能消耗达2％～3％。对年产几十万吨原铝的企业来说，可节约成产成本数千万元。然而，目前国内多数铝电解厂家的电解质过热度一般维持在20℃～40℃之间，甚至更高。由此造成了企业生产成本居高不下，电能浪费严重。

准确测量初晶温度，控制电解温度，调节过热度达到最佳状态是电解铝行业节能降耗的切实可行手段。电解质温度可以直接通过测量电解槽中的温度来得到，但是，要想准确地预知初晶温度却具有相当的难度。主要体现在以下几方面：测量准确度低；测量成本高；测试周期长。

通常，初晶温度与铝电解质中各种物料成分的比例存在着经验对应关系值，通过测定铝电解质的分子比，然后再查表来推算初晶温度。但是，在电解铝生产过程中，原料配比是不断变化的，并且还有各种添加物料。这些因素都会对查表所得初晶温度的准确性带来负面影响。另一方面，分子比的测定需要使用昂贵的分析设备，而且这类设备的分析效率较低，一般需要七个工作日才能完成一个完整分析，很难满足节能生产的需要。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种电解质初晶温度检测装置。该装置用于检测电解铝生产过程中电解质初晶温度，它可有效地保护测温计免受熔融电解质的侵蚀，提高其使用寿命，同时可有效地克服传统铝电解生产中初晶温度测试周期长，操作复杂的缺陷，达到提高铝电解初晶温度检测效率的目的。

按照上述目的设计的电解质初晶温度检测装置，包括采样机构和控制柜。采样机构和控制柜均固定于支架基座上。采样机构包括加热炉、沿铅垂方向可往复移动的炉盖、连通加热炉的测温室以及沿铅垂方向可往复移动的测温计。炉盖铅垂向下方可活动地悬挂有沿铅垂方向可反复进入加热炉或者测温室的坩埚。在坩埚内腔中，可活动地插接有可导热的隔离套。该隔离套在坩埚内腔中隔离出同坩埚内腔分离的隔离室。测温计可反复插入隔离室中。

较好地，前述电解质初晶温度检测装置，其隔离套的开口端的周边以外翻方式扣接于坩埚的敞口的外壁表面上。

较佳地，前述电解质初晶温度检测装置，其炉盖沿铅垂方向的往复移动由第一滑块控制。第一滑块扣接于沿铅垂方向延伸的第一滑轨上。其中轴平行于铅垂方向的可转动的第一丝杠以螺纹啮合方式插入设置于第一滑块上的第一螺孔中。

较优地，前述电解质初晶温度检测装置，还包括可连通外部大气和测温室的梭门。其中轴平行于水平方向的可转动的第二丝杠以螺纹啮合方式插入设置于梭门上的第二螺孔中。这里，梭门是指可沿水平方向滑动的活动门扇。

优选地，前述电解质初晶温度检测装置，还包括可活动地隔断加热炉和测温室的隔热插板。

本实用新型的电解质初晶温度检测装置，在坩埚内设置了隔离套之后，测温计既能够顺利地测量铝电解过程中电解质的初晶温度，又能够有效地避免测温计受到电解质的侵蚀，从而有效地提高了测温计的使用寿命。进一步采用活动式的测温计和坩埚之后，可以有效地缩短电解质初晶温度的测量周期，降低测量过程的操作复杂性，最终有效地提高了电解质初晶温度的测量效率。

图面说明

图1本实用新型电解质初晶温度检测装置透视图。

图2本实用新型电解质初晶温度检测装置局部分解透视图。

图3本实用新型电解质初晶温度检测装置局部透视图一。

图4本实用新型电解质初晶温度检测装置局部透视图二。

图5本实用新型电解质初晶温度检测装置用坩埚及其支架透视图。

图6本实用新型电解质初晶温度检测装置用坩埚及隔离套透视图。

图7本实用新型电解质初晶温度检测装置用坩埚及隔离套配合状态剖视图。

具体实施方式

参见图1、2、3、4，本实用新型电解质初晶温度检测装置A，该装置A用于检测铝电解过程中使用的电解质的初晶温度，其结构状况如下。

电解质初晶温度检测装置A的主要组成包括采样机构A1和控制柜A2。

现代工业中，金属原铝的生产通常采用铝电解法。该法以氧化铝为原料、冰晶石(Na₃AlF₆)为熔剂组成电解质，在950-970℃的条件下，通过电解的方法，使电解质熔体中的氧化铝分解为金属铝和氧。铝在碳阴极上以液相的形式析出，氧在碳阳极上以二氧化碳气体的形式逸出。电解质液相线温度，或称电解质初晶温度，是铝电解体系的一个重要性质，它直接影响铝电解工艺流程的操作温度。本实用新型电解质初晶温度检测装置A利用如下的工作原理来检测电解质初晶温度，先把铝电解过程中使用的电解质熔化，再把热电偶之类的测温计插入熔融状态的电解质液体中，然后冷却电解质液体，热电偶实时采集电解质液体的冷却数据，当电解质液体温度下降到使电解质由液态向固态转变时，即电解质液体中出现结晶体时，热电偶所采集的温度值即为电解质初晶温度。热电偶在该测量过程中采集的温度数据通过数据传输线被送往控制柜A2。控制柜A2以可拆卸的方式固定在用来支撑初晶温度检测装置A的长方体形机架A3上，它对热电偶所采集的温度数据负有接受、存储、分析、处理和显示的任务，并把分析结果提供来控制铝电解工艺过程。在控制柜A2中，通常设置有可编程控制器、模数转换单元(A/D单元)、触摸显示屏、控制按钮、炉温显示器、打印机、报警器、通信接口、炉温控制器、接触器、继电器、电源保护开关、隔热装置等等。控制柜A2的工作流程由可编程控制器予以调控。这种调控方式在现有技术中是十分常见的，这里不再赘述，而是重点介绍本实用新型电解质初晶温度检测装置A具有实质性技术创新的内容。

在初晶温度检测装置A的机架A3上，通过若干个支撑条A105和相应的螺栓(图中未示出)，固定地设置有支撑板A106。支撑板A106以水平方式布置在机架A3的铅垂方向大约中部位置。采样机构A1的组成主要包括加热炉A101、炉盖A102、测温室A103以及热电偶A104。

加热炉A101采用重质莫来石之类的耐火材料作为其隔热炉壁。在加热炉A101的中央部位，设置有中空的炉膛A107。电阻加热丝(图中未示出)以围绕着炉膛A107的方式设置在加热炉A101的炉壁中。加热炉A101以可拆卸的插接形式固定在支撑板A106铅垂方向的下方，以便适时维护炉膛A107的清洁性和更换电阻加热丝。在加热炉A101固定于支撑板A106上的状态下，其炉膛A107的铅垂方向上部开口A110面对支撑板A106的铅垂方向下表面。在加热炉A101固定于支撑板A106上的状态下，支撑板A106上开设的贯穿孔A108对准炉膛A107的开口A110(见图2)。

测温室A103的室壁采用不锈钢之类的材料制备，其内部具有中空的腔体。测温室A103通过螺栓或机械插接方式固定于支撑板A106铅垂方向的上方。这样，测温室A103和加热炉A101刚好分置于支撑板A106铅垂方向的上、下两侧。测温室A103沿铅垂方向的上、下两端均处于开放状态。在测温室A103固定于支撑板A106铅垂方向上方的状态下，其下端开口刚好对准在支撑板A106上开设的贯穿孔A108(见图2、3、4)。

为了方便地置放下文描述的坩埚A116及其坩埚架A119(见图5)，测温室A103水平方向的一个侧壁通常会被设置成可以活动开启的形式(见图2、3、4)。本实施例中，该侧壁采用可沿水平方向滑动的活动门扇，亦即梭门A124的形式。梭门A124在水平方向上具有能够往复移动的特性。这种水平方向上的往复移动特性由以下构造关系予以完成：梭门A124同第二滑块A125之间保持固定连接，第二滑块A125扣接于沿水平方向延伸的单根形式的第二滑轨A126上，其中轴平行于水平方向的能够转动的第二丝杠A127以螺纹啮合方式插入设置于第二滑块A125上的第一螺孔A128中。第二丝杠A127的一端同步进电机A129的驱动轴连接。在步进电机A129的驱动下，第二丝杠A127旋转时由其外壁螺纹产生的推进作用促使第二滑块A125形成沿水平方向的间歇性往复移动，进而带动梭门A124沿水平方向形成间歇性的往复移动，使梭门A124在不同工作阶段适时封盖于测温室A103的侧向开口上(参见图1、2、3、4所示)，使测温室A103的内腔A109(见图4)在不同的工作阶段处于连通外部大气或者同外部大气处于相互隔绝的状态。

初晶温度检测装置A在上述构造状态下，其加热炉A101和测温室A103，确切地说是加热炉A101的炉膛A107和测温室A103的内腔A109(见图4)通过在支撑板A106上开设的贯穿孔A108取得连通，因此，炉膛A107和内腔A109之间成为相互连通的两个空腔。

炉盖A102也是采用重质莫来石之类的耐火材料制备的盖板，其周边的形状通常对应于炉膛A107的相应横向形状，以便其以部分伸入炉膛A107内腔的形式封盖于炉膛A107的开A110上。本实施例中，炉膛A107的内腔具有圆形横截面，因此炉盖A102也采用对应的圆形横截面形状；测温室A103的内腔A109则具有方形横截面，这样炉盖A102的铅垂方向上端也采用对应的方形横截面形状。炉盖A102在铅垂方向上具有能够往复移动的特性。这种往复移动特性由以下构造关系予以完成(图2、4)：炉盖A102同第一滑块A111之间保持固定连接，第一滑块A111扣接于沿铅垂方向延伸的单根形式的第一滑轨A112上，其中轴平行于铅垂方向的能够转动的第一丝杠A113以螺纹啮合方式插入设置于第一滑块A111上的第一螺孔A114中。第一丝杠A113的一端同步进电机A115的驱动轴连接。在步进电机A115的驱动下，第一丝杠A113旋转产生的推进作用促使第一滑块A111形成沿铅垂方向的间歇性往复移动，进而带动炉盖A102沿铅垂方向形成间歇性往复移动，使炉盖A102在不同工作阶段适时封盖于炉膛A107的开A110上和测温室A103沿铅垂方向的上端开口A130上(参见图3、4所示)。

在炉盖A102的铅垂方向下方，还设置有隔热插板A122(见图2)。隔热插板A122同相应的一套独立驱动机构A123连接(参见图3)。驱动机构A123的构造关系与形成炉盖A102往复移动的第一滑块A111、第一丝杠A113、步进电机A115等构件之间的构造关系类似，也配置有一套相应的独立滑块、丝杠和步进电机等构件。它使隔热插板A122能够形成沿水平方向的往复移动，进而使隔热插板A122能够间歇性地进入或者离开炉膛A107的铅垂方向上部开口A110所在的部位，进而隔断加热炉A101和测温室A103，或者恢复加热炉A101和测温室A103之间的连通状态。

热电偶A104同相应的一套独立升降机构(图中未示出)连接。该套升降机构的构造关系与炉盖A102形成往复移动的第一滑块A111、第一丝杠A113、步进电机A115等构件的构造关系类似，它使热电偶A104能够形成沿铅垂方向的往复移动，进而使热电偶A104间歇性地插入下文描述的设置于坩埚A116内的隔离套A117所形成的隔离室A118中。

参见图1、2、5，在炉盖A102的铅垂向下方设置有接插槽(图中未示出)，用于支撑坩埚A116的坩埚架A119通过其接插块A120可拆卸地插接于该接插槽中。当炉盖A102在不同工作阶段形成封盖于炉膛A107的开口A110上和测温室A103沿铅垂方向的上端开口A130上的状态时，支撑于坩埚架A119上的坩埚A116也相应地被置于加热炉A101的炉膛A107和测温室A103的内腔A109中。在坩埚A116被置于加热炉A101的炉膛A107中时，置放于坩埚A116内腔中的电解质受热后处于熔化状态；在坩埚A116被置于测温室A103的内腔A109中时，置放于坩埚A116内腔中的电解质进入冷却状态。

参见图6、7，在本实用新型电解质初晶温度检测装置A使用的坩埚A116中配置有导热性能优良的隔离套A117。隔离套A117具有长管形式，其内部中空。隔离套A117的铅垂向上部开口端A121的周边以外翻的方式扣接于坩埚A116的敞口的外壁表面上。隔离套A117在坩埚A116的内腔中隔离出同坩埚A116内腔分离的由隔离套A117内部中空部分形成的隔离室A118。当坩埚A116被置于加热炉A101的炉膛A107和测温室A103的内腔A109中时，热电偶A104也相应地插入到隔离室A118中。热电偶A104通过采集隔离室A118的温度数据获得置放于坩埚A116内腔中的电解质的温度数据。

Claims (5)

1.电解质初晶温度检测装置，包括采样机构和控制柜，所述采样机构和所述控制柜均固定于支架基座上，所述采样机构包括加热炉、沿铅垂方向可往复移动的炉盖、连通所述加热炉的测温室以及沿铅垂方向可往复移动的测温计，所述炉盖铅垂向下方可活动地悬挂有沿铅垂方向可反复进入所述加热炉或者所述测温室的坩埚，其特征是，在所述坩埚内腔中可活动地插接有可导热的隔离套，所述隔离套在所述坩埚内腔中隔离出同所述坩埚内腔分离的隔离室，所述测温计可反复插入所述隔离室中。

2.根据权利要求1所述的电解质初晶温度检测装置，其特征在于所述隔离套的开口端的周边以外翻方式扣接于所述坩埚的敞口的外壁表面上。

3.根据权利要求2所述的电解质初晶温度检测装置，其特征在于还包括可活动地隔断所述加热炉和所述测温室的隔热插板。

4.根据权利要求3所述的电解质初晶温度检测装置，其特征在于所述炉盖沿铅垂方向的往复移动由第一滑块控制，所述第一滑块扣接于沿铅垂方向延伸的第一滑轨上，其中轴平行于铅垂方向的可转动的第一丝杠以螺纹啮合方式插入设置于所述第一滑块上的第一螺孔中。

5.根据权利要求4所述的电解质初晶温度检测装置，其特征在于包括可连通外部大气和所述测温室的梭门，其中轴平行于水平方向的可转动的第二丝杠以螺纹啮合方式插入设置于所述梭门上的第二螺孔中。

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