(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202123099411.5 (22)申请日 2021.12.10 (73)专利权人 郑州大学 地址 450001 河南省郑州市高新 技术开发 区科学大道100号 (72)发明人 孔亚鹏　何季麟　梁学民　杨昇　 陈昱冉　 (74)专利代理 机构 郑州大通专利商标代理有限 公司 41111 专利代理师 高为宝 (51)Int.Cl. G01N 33/00(2006.01) G01N 1/28(2006.01) G05D 23/22(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明 专利 (54)实用新型名称 一种铝电解槽炉 帮熔析过程模拟装置 (57)摘要 本实用新型属于铝电解技术领域， 特别涉及 一种铝电解槽炉帮熔析过程模拟装置及其使用 方法。 该装置包括模拟装置本体、 气冷系统和温 控系统； 模拟装置本体呈倒T型结构、 包括底座和 垂直于底 座的长方体冷壁， 冷壁内开设有长方体 状冷却空腔， 冷却空腔上部设置有密封棒； 气冷 系统与冷却空腔连接； 温控系统设置在冷壁和模 拟装置本体外周的熔融电解质中以测量冷壁和 熔融电解质的温度， 模拟装置还包括高温反应器 和坩埚。 本实用新型依据实际铝电解槽的侧壁平 面式散热结构， 构造了平面冷壁炉帮生长模型模 拟装置， 该装置能够真实地模拟电解槽运行过程 的散热状态， 模拟装置上电解质的析出凝固过程 与实际炉帮生长过程相似， 具有较好的实验模拟 效果。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 216955917 U 2022.07.12 CN 216955917 U 1.一种铝电解槽炉帮 熔析过程模拟装置， 包括模拟装置本体、 气冷系统和温控系统； 其 特征在于， 所述模拟装置本体呈倒T型结构， 模拟装置本体包括底座 （1） 和长方体冷壁 （2） ， 所述长 方体冷壁 （2） 垂直于底座 （1） ， 所述冷壁 （2） 内开设有长方体状冷却空腔 （4） ， 所述冷却空腔 （4） 上部设置有密封棒 （3） ； 所述气冷系统与冷却空腔 （4） 连接并为冷却空腔 （4） 进行冷却； 所述气冷系统包括冷气 源容器 （8） 、 进气管 （6） 和出气管 （7） ， 所述冷气源容器 （8） 连接有进气管 （6） 和出气管 （7） ； 所 述进气管 （6） 伸入冷却空腔 （4） 底部； 所述温控系统设置在冷壁 （2） 和模拟装置本体外周的熔融电解质 （9） 中以测量冷壁 （2） 和熔融电解质 （9） 的温度； 所述温控系统为热电偶 （5） ， 所述热电偶包括第一热电偶和第二 热电偶， 所述第一热电偶设置在 模拟装置本体外周的熔融电解质 （9） 中， 所述第二热电偶预 埋在冷壁的中； 所述模拟装置还包括高温反应器 （10） 和坩埚 （11） ， 所述坩埚 （11） 设置在高温反应器 （10） 中， 坩埚 （1 1） 中设置有熔融电解质 （9） ， 所述模拟装置 本体位于熔融电解质 （9） 中。 2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽炉帮熔析过程模拟装置， 其特征在于， 所述密封 棒 （3） 上开设有冷却气体进口和气体出口， 所述气冷系统与冷却气体进口和气体出口连接 。 3.根据权利要求2所述的一种铝电解槽炉帮熔析过程模拟装置， 其特征在于， 所述进气 管 （6） 穿过密封棒 （3） 上的冷却气体进口伸入冷却空腔 （4） 底部， 所述出气管 （7） 设置在气体 出口中。 4.根据权利要求1所述的一种铝电解槽炉帮熔析过程模拟装置， 其特征在于， 所述进气 管 （6） 上设置有流 量计和冷却气体调节阀门。 5.根据权利要求1所述的一种铝电解槽炉帮熔析过程模拟装置， 其特征在于， 所述进气 管 （6） 和出气管 （7） 均为 不锈钢管或刚玉管。 6.根据权利要求1所述的一种铝电解槽炉帮熔析过程模拟装置， 其特征在于， 所述第 二 热电偶预埋在冷壁的中心位置 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 216955917 U 2一种铝电解槽炉帮熔析过 程模拟装置 技术领域 [0001]本实用新型属于铝电解技术领域， 特别涉及一种铝电解槽炉帮熔析过程模拟装 置。 背景技术 [0002]现代铝工业采用的大型预焙电解槽 由阴极结构、 上部结构、 母线结构和电气绝缘 四大部分构成。 其中， 阴极结构是电解槽最重要的组成部分， 是盛装电解熔体 （包括熔融电 解质与铝液） 的容器， 包括槽壳及其所包含的内衬砌体。 内衬砌体的底部用炭块砌筑， 侧部 是用炭块或碳化硅等材料制成的板块砌筑， 下部为耐火砖与保温砖及其它耐火、 保温和防 渗材料。 铝电解槽启动运行后， 炉膛 内壁可形成由熔融电解质凝结成的一圈固态电解质块 体， 工业上称其为炉帮。 炉帮主要由冰晶石、 氧化铝、 氟化钙等固态无机盐组成， 它连续地以 不同厚薄程度构成了槽膛空间， 在此空间内进行着铝电解的电化学及物理化学反应， 实现 铝电解过程。 炉帮能够保护槽侧壁免受高温腐蚀性电解质侵蚀； 减少电解槽热量的流 失， 促 进炉膛保温； 阻止电流通过槽侧部， 抑制水平电流； 同时炉帮能够调节铝电解槽的热平衡和 物料平衡。 [0003]良好形状的炉膛对于获得高电流效率和生产效率十分重要。 目前， 研究者开发了 基于温度场分析 的静/动态数值模拟仿真计算方法， 对铝电解槽炉帮及其传热等性质进行 计算分析， 然而由于熔融电解质的高温腐蚀性， 电解槽内实际的炉帮形状和变化行为难以 直接测量。 现有技术中， 专利CN109283207B公开了一种模拟铝电解槽炉帮生长过程的检测 装置， 采用中心 开通孔的回转体 （材质与工业电解槽侧壁一致） 模拟铝电解槽侧部炭块和人 造伸腿， 使用时将其放入熔融的工业电解质中， 向中心孔鼓入冷却空气对孔内壁进 行冷却， 使电解质在外壁凝固， 获得模拟炉帮。 该发明专利采用的圆柱型回转体结构与实际电解槽 的平面侧壁形状差距稍大， 二者传热方式不同， 无法真实模拟实际电解槽散热情况， 生 成炉 帮形状也与实际的炉帮相 差较大， 且该模拟装置冷却采用向中心通孔中鼓风的方式， 由于 冷却空腔体积较小， 会导致装置传热慢、 外壁温度分布不均匀。 因此， 为更加真实地模拟实 际铝电解槽炉帮的熔析行为， 掌握炉帮的生成、 熔化过程和成分分布、 微观组织等数据， 需 要设计能够更加准确地反映炉 帮熔析过程的模拟装置和方法。 发明内容 [0004]本实用新型为解决现有技术中的模拟装置不能真实地模拟实际铝电解槽炉帮的 熔析行为的问题， 本实用新型提供了一种 具有大体积冷却空腔和炉帮析出平面、 可精确控 温的铝电解槽炉 帮熔析过程模拟装置及其使用方法。 [0005]为了实现上述目的， 本实用新型的技 术方案是： [0006]一种铝电解槽炉 帮熔析过程模拟装置， 包括模拟装置 本体、 气冷系统和温控系统； [0007]所述模拟装置本体呈倒T型结构， 模拟装置本体包括底座和垂直于底座的长方体 冷壁， 所述冷壁内开设有长方体 状冷却空腔， 所述冷却空腔顶部设置有密封棒；说　明　书 1/4 页 3 CN 216955917 U 3