鋁電解石墨坩堝實驗裝置制造方法及圖紙

一種鋁電解石墨坩堝實驗裝置，包括計算機、陽極導電桿、陰極導電桿、石墨陽極、石墨坩堝和加熱爐，加熱爐側壁上設有爐門，加熱爐底板上設有安裝口，底部爐門安裝于升降機構頂端；加熱爐頂部設有陽極導電桿安裝孔和陰極導電桿安裝孔，加熱爐內設有兩組硅碳棒組；使用時，使石墨坩堝位于兩組硅碳棒組之間，陰極導電桿穿入陰極導電桿安裝孔內，陰極導電桿的下端與石墨坩堝相連接，陽極導電桿穿入陽極導電桿安裝孔內，并安裝石墨陽極，使得石墨陽極位于石墨坩堝內。該實驗裝置能模擬工業現場設備內的電化學反應，通過前期的理論計算安排和后期的實驗現象觀察，起到很好的教學作用，同時實驗數據也可為生產現場提供指導和參考數據。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于職業學校實訓教具
，涉及一種實驗裝置，特別涉及一種鋁電解石墨坩堝實驗裝置。
技術介紹
目前，鋁電解行業相關研究課題主要針對解決工業現場某一實際問題及需求，其實驗設備帶有明確的指向性，并不適用于大專院校教學實訓的需要。本技術旨在通過實驗設備模擬鋁電解槽基本參數的情況下，還原電解鋁過程中的電化學反應，并通過計算機系統記錄電壓、電流、溫度等主要參數供教學實訓之用。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種鋁電解石墨坩堝實驗裝置，適用于大專院校教學實訓的需要。為實現上述目的，本技術所采用的技術方案是：一種鋁電解石墨坩堝實驗裝置，包括計算機、陽極導電桿、陰極導電桿、石墨陽極、石墨坩堝和殼體；殼體內設有加熱爐，加熱爐側壁上設有爐門，加熱爐底板上設有底部爐門的安裝口，底部爐門安裝于升降機構頂端，升降機構可驅動底部爐門上下往復移動；加熱爐頂部設有陽極導電桿安裝孔和陰極導電桿安裝孔，加熱爐頂部并排設有多個U形的第一硅碳棒，加熱爐頂部并排設有數量與第一硅碳棒數量相同的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熱爐的爐膛內，第一硅碳棒上端和第二硅碳棒上端均位于加熱爐頂部與殼體頂部之間的空隙內；所有第一硅碳棒組成第一硅碳棒組，所有第二硅碳棒組成第二硅碳棒組；加熱爐的側壁上分別設有側面觀察管、加氣管和熱電偶，使用時，使石墨坩堝位于第一硅碳棒組和第二硅碳棒組之間，陰極導電桿穿入陰極導電桿安裝孔內，陰極導電桿的下端與石墨坩堝相連接，陽極導電桿穿入陽極導電桿安裝孔內，并安裝石墨陽極，使得石墨陽極位于石墨坩堝內。>本技術實驗裝置具有如下優點：1）通過實驗的方法模擬工業現場設備內的電化學反應，就可以探究出不同配方的電解質在固定條件下的差異，以供配方及研究使用。2）通過自由調整陽極高度，了解電解電壓和電解電流的不同變化，通過觀察計算機記錄到的不同曲線，豐富教學內容。3）通過理論計算，即當電解質中的鋁離子含量低于某一數值后將引發陽極效應，可以知道陽極效應發生的大概時間。由于實驗設備采用的電流較小，陽極效應發生時電壓上升不會太高，電能浪費較少，又可多次設置條件研究陽極效應發生的條件，為生產實踐提供一定的參考和指導。就可通過電解電壓和電解電流直觀的發現陽極效應發生時刻。這樣通過前期的理論計算安排和后期的實驗現象觀察，起到很好的教學作用，同時實驗數據也可為生產現場提供指導和參考數據。附圖說明圖1是本技術實驗裝置的示意圖。圖2是進行電解實驗時石墨陽極放入熔融電解質中的示意圖。圖中：1.側面觀察管，2.加氣管，3.第一硅碳棒，4.排氣管，5.上部觀察管，6.陽極導電桿，7.陰極導電桿，8.第二硅碳棒，9.石墨陽極，10.石墨坩堝，11.熱電偶，12.底部爐門，13.升降機構，14.殼體，15.加熱爐。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本技術進行詳細說明。如圖1所示，本技術實驗裝置，包括計算機、陽極導電桿6、陰極導電桿7、石墨陽極9、石墨坩堝10和殼體14；殼體14內設有中空的耐火材料制成的加熱爐15，加熱爐15的側壁上設有爐門，加熱爐15的底板上設有底部爐門12的安裝口，底部爐門12安裝于升降機構13的頂端，該安裝口與底部爐門12相適配，升降機構13可采用螺桿螺母副結構，升降機構13可驅動底部爐門12上下往復移動；加熱爐15頂部設有陽極導電桿安裝孔和陰極導電桿安裝孔，加熱爐15頂部設有與加熱爐15爐膛相通的排氣管4，排氣管4的上端依次穿過加熱爐15頂部和殼體14頂部伸出殼體14外；加熱爐15頂部并排設有三個U形的第一硅碳棒3，加熱爐15頂部并排設有三個U形的第二硅碳棒8，所有的第一硅碳棒3組成第一硅碳棒組，所有的第二硅碳棒8組成第二硅碳棒組；第一硅碳棒3下端和第二硅碳棒8下端均位于加熱爐15的爐膛內，第一硅碳棒3上端和第二硅碳棒8上端均位于加熱爐15頂部與殼體14頂部之間的空隙內。加熱爐15的側壁上分別設有側面觀察管1、加氣管2和熱電偶11，觀察管1、加氣管2和熱電偶11均有一端伸入加熱爐15的爐膛內，觀察管1的另一端、加氣管2的另一端和熱電偶11的另一端均依次穿過加熱爐15側壁和殼體14側壁伸出殼體14外。使用時，通過升降機構13使底部爐門12下降，然后，將石墨坩堝10放置于底部爐門12上，再通過升降機構13使底部爐門12上升并進入安裝口內，與該安裝口密閉配合，底部爐門12位于第一硅碳棒組和第二硅碳棒組之間；本技術實驗裝置用可升降的石墨陽極9和石墨坩堝10分別代替鋁電解工業現場使用的陽極炭塊和電解槽，并采用冰晶石——氧化鋁熔鹽電解法進行實驗。同時，為了達到實驗要求的溫度，采用硅碳棒加熱進行升溫，不同于工業上的大電流啟動加熱。整個系統設計比生產現場電解槽成本大大降低，但又能達到同樣效果；石墨陽極9可人工升降，方便實驗時觀察陽極位于不同高度時的數據波動情況。用本技術實驗裝置進行實驗時：步驟1：取適量鋁錠，使鋁錠剛好鋪滿石墨坩堝10的底面，然后，從石墨坩堝10中取出鋁錠，并稱取這些鋁錠的質量，記作M1，稱量后將鋁錠鋪設于石墨坩堝10底部；再稱取3000克電解質（該電解質中含質量百分比為10%左右的氧化鋁，其余為冰晶石。后續步驟中不再添加氧化鋁，是為了盡快觀察到陽極效應，因為電解過程中將消耗氧化鋁，通常氧化鋁含量低于1.5%后將發生陽極效應），電解質的質量記作M2；步驟2：操作升降機構13，使底部爐門12下降，將石墨坩堝10放置于底部爐門12上的中央位置；操作升降機構13，使底部爐門12上升，至石墨坩堝10的頂部與爐膛底部齊平，打開加熱爐15側壁上的爐門，將步驟1中稱取的電解質置于石墨坩堝10內；將陽極導電桿6由上部插入陽極導電桿安裝孔內，使陽極導電桿6下端伸入到加熱爐15的爐膛內，將石墨陽極9從加熱爐15側壁的爐門放入加熱爐15的爐膛并旋緊于陽極導電桿6上，石墨陽極9可上下往復移動；操作升降機構13，使底部爐門12繼續上升，直至底部爐門12完全閉合，將陰極導電桿7穿入陰極導電桿安裝孔內，使陰極導電桿7的下端伸入加熱爐15的爐膛內，并與石墨坩堝10相連接，使得石墨陽極9位于石墨坩堝10內，并不與石墨坩堝10相接觸；將陽極導電桿6和陰極導電桿7分別與相應的電纜相連；連通加氣管2和保護氣發生器，將所有第一硅碳棒3和第二硅碳棒8均與電源相連接；將陽極導電桿6和陰極導電桿7分別與直流電源相連；步驟3：關閉加熱爐15側壁上的爐門，通過計算機設置控溫參數、升溫速率和開度（對應了加熱電流的大小，其值最高不能超過50%）；步驟4：點擊控制柜上的啟動按鈕（主電路交流接觸器吸合），通過硅碳棒進行加熱，使加熱爐15的爐膛以10～15℃/分鐘的升溫速率升溫，當爐膛溫度升至400℃時，通過加氣管2向爐膛內輸送流量50～150L/h的保護氣體（氮氣或氫氣），以相同的升溫速率將爐膛溫度升至1000℃，恒溫保溫至少30分鐘，通過上部觀察孔5進行觀察，當鋁錠和電解質完全熔化為液態后，通過計算機重新設定控溫參數，使爐膛本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋁電解石墨坩堝實驗裝置，其特征在于，包括計算機、陽極導電桿（6）、陰極導電桿（7）、石墨陽極（9）、石墨坩堝（10）和殼體（14）；殼體（14）內設有加熱爐（15），加熱爐（15）側壁上設有爐門，加熱爐（15）底板上設有底部爐門（12）的安裝口，底部爐門（12）安裝于升降機構（13）頂端，升降機構（13）可驅動底部爐門（12）上下往復移動；加熱爐（15）頂部設有陽極導電桿安裝孔和陰極導電桿安裝孔，加熱爐（15）頂部并排設有多個U形的第一硅碳棒（3），加熱爐（15）頂部并排設有數量與第一硅碳棒（3）數量相同的U形的第二硅碳棒（8），第一硅碳棒（3）下端和第二硅碳棒（8）下端均位于加熱爐（15）的爐膛內，第一硅碳棒（3）上端和第二硅碳棒（8）上端均位于加熱爐（15）頂部與殼體（14）頂部之間的空隙內；所有第一硅碳棒（3）組成第一硅碳棒組，所有第二硅碳棒（8）組成第二硅碳棒組；加熱爐（15）的側壁上分別設有側面觀察管（1）、加氣管（2）和熱電偶（11），使用時，使石墨坩堝（10）位于第一硅碳棒組和第二硅碳棒組之間，陰極導電桿（7）穿入陰極導電桿安裝孔內，陰極導電桿（7）的下端與石墨坩堝（10）相連接，陽極導電桿（6）穿入陽極導電桿安裝孔內，并安裝石墨陽極（9），使得石墨陽極（9）位于石墨坩堝（10）內。...

【技術特征摘要】
1.一種鋁電解石墨坩堝實驗裝置，其特征在于，包括計算機、陽極導電桿（6）、陰極導電桿（7）、石墨陽極（9）、石墨坩堝（10）和殼體（14）；殼體（14）內設有加熱爐（15），加熱爐（15）側壁上設有爐門，加熱爐（15）底板上設有底部爐門（12）的安裝口，底部爐門（12）安裝于升降機構（13）頂端，升降機構（13）可驅動底部爐門（12）上下往復移動；加熱爐（15）頂部設有陽極導電桿安裝孔和陰極導電桿安裝孔，加熱爐（15）頂部并排設有多個U形的第一硅碳棒（3），加熱爐（15）頂部并排設有數量與第一硅碳棒（3）數量相同的U形的第二硅碳棒（8），第一硅碳棒（3）下端和第二硅碳棒（8）下端均位于加熱爐（15）的爐膛內，第一硅碳棒（3）上端和第二硅碳棒（8）上端均位于加熱爐（15）頂部與殼體（14）頂部之間的空隙內；所有第一硅碳棒（3...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬瓊，賈碧，施金良，胡愚，侯偉，楊建壯，魏致慧，畢玉龍，
申請(專利權)人：蘭州資源環境職業技術學院，重慶科技學院，
類型：新型
國別省市：甘肅;62