专利名称：一种惰性阳极铝电解槽的预热启动设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电解槽的预热启动设备，尤其是涉及一种惰性阳极铝电解槽 的预热启动设备。
背景技术：
采用惰性电极(含惰性阳极或惰性阴极)的电解槽不能像传统电解槽一样在阳极 的参与下焙烧启动。因为其阳极多为金属合金电极或金属陶瓷电极，不能在焙烧电解槽过 程中就通电使用或者在没有任何保护措施下随电解槽一起焙烧。传统的铝液焙烧、焦粒焙 烧、燃气焙烧等都需要阳极在焙烧前期或后期通电，以进一步加热熔化电解质和建立能量 平衡，并且在启动后，需要一段时间相当长而又不稳定的“后期管理期”。所以这些方法对惰 性阳极电解槽来说都不太适用，它需要一种设备来辅助预热电解槽，而不需要阳极参与。此外，惰性阳极抗扰动性差，需要在一个平稳的状态下运行，电解质温度和成分等 都要适合惰性阳极的运行条件，否则会严重影响惰性电极的使用寿命或使用效果。所以，在 惰性电极通电前，为其提供一个已经建立好能量平衡的环境就显得非常重要。在实验室里，小型惰性阳极电解槽可以建在一个加热炉的炉膛里，通过加热炉来 预热电解槽、熔化电解质，并对其进行保温和建立能量平衡。然而，通过加热炉这种设备来 预热电解槽，对于大型的惰性阳极电解槽或工业化生产的电解槽来说并不合适。申请号为200510031315. 3的中国专利申请公开了，将惰性阳极用罐体承装，罐体 采用石墨或碳素制品，承装后的电极如同炭阳极一样，可以在焙烧启动中或换极时使用，以 避免热、电和热腐蚀性气体的冲击。通电后罐体会消耗掉，当露出惰性电极时，电极自然过 渡到工作状态。申请号为01820302. 7的中国专利申请公开了，将若干个惰性电极组合在一起，并 加上绝缘保温材料，形成和炭阳极相似的形状。每组惰性电极组合可以替换现有槽中的一 块或一块以上的炭阳极。其文中表明先用炭阳极焙烧启动电解槽，待电解槽运行稳定后，再 用惰性阳极组进行替换。美国专利US 6，537，438公开了，在预热启动电解槽时，将阴极外涂保护层。保护 层中最里层接触炭阴极的为硼化钛层，中间层为金属铝或合金，最外层为炭。采用气体焙烧 的方法，阳极为金属陶瓷阳极。阳极的保护层来源于焙烧过程中的氧化作用使其表层氧化。以上专利并没有直接针对焙烧启动的设备，而是着重于采取一定的措施，使其能 够沿用传统的焙烧启动方法。而采用传统的方法对预热启动后成功与否或者说惰性电极通 电后怎样才能建立热平衡并没有直接的考虑。因此，适用于中、大型惰性电极电解槽的预热 启动设备仍然是一个空白。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种惰性阳极铝电解槽的预热启动设备，该 设备不仅可以加热和焙烧炉膛，还可以帮助电解槽提前建立能量平衡和炉帮，使电极通电
3后即可运行在一个稳定的环境中。上述目的是通过下述方案实现的一种惰性阳极铝电解槽的预热启动设备，其特征在于，所述设备包括加热装置，其为电解槽加热，并且所述加热装置包括测温器；总控制装置，其通过连接电缆为所述加热装置供电，并且通过信号线与所述测温 器连接，所述总控制装置根据测得的温度控制供电；计算机，其与所述总控制装置连接，为所述总控制装置设定升温程序。根据上述设备，其特征在于，所述加热装置由交流母线、多个电加热管、支撑架、隔 热保温板、热电偶组成，所述支撑架下方垂直插接有所述多个电加热管，所述隔热保温板在 所述支架下方，所述电加热管穿过所述隔热保温板，所述电加热管与所述交流母线点连接， 所述热电偶也垂直插接在所述支架上并穿过所述隔热保温板，所述电加热管外有加热管保 护套或保护涂层。根据上述设备，其特征在于，所述加热装置由交流母线、多个平板式电加热器、支 撑架、隔热保温板、热电偶组成，所述支撑架下方垂直插接有所述多个平板式电加热器，所 述隔热保温板在所述支架下方，所述平板式电加热器穿过所述隔热保温板，所述平板式电 加热器与所述交流母线点连接，所述热电偶也垂直插接在所述支架上并穿过所述隔热保温 板，所述平板式电加热器外有板式加热器保护套或保护涂层。根据上述设备，其特征在于，所述支撑架上连接有一个吊环。根据上述设备，所述保护套或保护涂层的材料可以是刚玉、高铝瓷、碳化硅或氮化 硼。根据上述设备，所述支母线与所述交流母线通过具有开关功能的软连接进行连接。该设备由于其功率可调且每组内加热电阻能够单独拆卸，因此不仅可以用来预热 电解槽、熔化电解质，还可以模拟电解槽正常运行时的发热量，为电解槽提前建立热平衡和 炉膛内型，并实现无扰动阳极替换，平稳启动电解槽。
图1是本实用新型的惰性阳极铝电解槽的预热启动设备的结构示意图；图2是一种加热电阻的结构示意图；图3是另一种加热电阻的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，详细说明本实用新型如图1，描述了一套惰性阳极铝电解槽预热启动设备的示意结构。主要包括加热 装置1、总控制装置7和计算机8。加热装置1为电解槽加热，并且加热装置1包括测温器 (参见图2)。总控制装置7通过连接电缆5为加热装置1供电，并且通过信号线6与测温 器连接，总控制装置7根据测得的温度控制供电。计算机8与总控制装置7连接，为总控制 装置设定升温程序。参见图2，图中所示为加热装置所包含的加热电阻的一种实施例。[0027]加热装置由一组或多组加热电阻组2成，每组加热电阻2的结构如图2所示。每 组加热电阻包括支母线11、多个电加热管12、支撑架10、隔热保温板14、热电偶15，支母线 11与交流母线4(参见图1)电连接，例如通过具有开关功能的软连接3，因而每组加热电阻 的通断状态可以单独控制，参见图1。并且每组加热电阻可以单独拆卸、功率连续可调，从而 可以实现在替换电极时，不影响其它加热电阻和已替换电极的工作状态，不会造成电解质 大幅降温和热腐蚀气体或挥发物的散发，做到无扰动替换，平稳启动电解槽。支撑架10下 方垂直插接有多个电加热管12。隔热保温板14在支架11下方，它可以起到隔热保温的作 用，余留的缝隙可用其它耐热材料将炉膛密封。电加热管12穿过隔热保温板14，电加热管 12与支母线11电连接，热电偶15也垂直插接在支架10上并穿过隔热保温板14，可以根据 需要安排热电偶的数量，电加热管12外有加热管保护套或保护涂层13，起到隔离电解质腐 蚀的作用。该保护套或保护涂层13的材料可以是刚玉、高铝瓷、碳化硅或氮化硼。加热电阻是该套设备的主要加热装置，它的组数可以根据电解槽的大小、结构和 电极的多少来增加或减少。参看图3的另一个实施例，与上述实施例不同之处在于使用平板式电加热器12’ 代替电加热管12。使用本实用新型的设备预热启动电解槽时，将加热装置1装入电解槽炉膛内。加 热装置1所包括的加热电阻2的组数大致与电极对数量(一个阳极和一个阴极为一对)相 对应，当电解槽结构特殊时，如设有蓄铝池等，可以适当增加加热电阻2的数量。在装内加 热电阻的同时，用固体电解质填充炉膛或待预热烘烤炉膛后，再灌入液态电解质。加热电阻2的额定功率根据电解槽的设计电压和设计电流强度计算获得，考虑焙 烧过程需要较大功率，可以适当放大。计算公式如下
— kxV设Xl设 阶帳_η其中，W·为单个内加热电阻的额定功率；VS、Is为电解槽设计电压和设计电流； k为放大系数(广2) ；η为加热电阻2的个数。连接好导线和测温热电偶的信号线。装炉完成后，在人机界面或计算机中设定好 升温程序，自动加热升温。待电解质熔化并达到目标温度后，自动改变加热功率，使其模拟 电解槽正常运行时的发热功率。待电解槽达到热平衡以后，逐个拆卸内加热电阻，用电极组 合替换，并逐步加载直流电。待全部电极替换完后，则额定电流全部加载，启动电解槽。在 计算机上可以显示各组加热电阻的工作状态或各点温度数值；控制方式具有温度程序跟踪 或功率程序跟踪功能。该套设备在完成预热炉膛和熔化电解质以后，可以模拟电解槽在正常运行的发热 量；通过这种功能可以实现电解质成分调整、建立能量平衡和建立良好的炉膛内型。
权利要求一种惰性阳极铝电解槽的预热启动设备，其特征在于，所述设备包括加热装置，其为电解槽加热，并且所述加热装置包括测温器；总控制装置，其通过连接电缆为所述加热装置供电，并且通过信号线与所述测温器连接，所述总控制装置根据测得的温度控制供电；计算机，其与所述总控制装置连接，为所述总控制装置设定升温程序。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述加热装置由一组或多组加热电阻组 成，每组所述加热电阻由支母线、多个电加热管、支撑架、隔热保温板、热电偶组成，所述支 母线与交流母线电连接，所述支撑架下方垂直插接有所述多个电加热管，所述隔热保温板 在所述支架下方，所述电加热管穿过所述隔热保温板，所述电加热管与所述支母线电连接， 所述热电偶也垂直插接在所述支架上并穿过所述隔热保温板，所述电加热管外有加热管保 护套或保护涂层。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述加热装置由一组或多组加热电阻组 成，每组所述加热电阻由支母线、多个平板式电加热器、支撑架、隔热保温板、热电偶组成， 所述支母线与交流母线电连接，所述支撑架下方垂直插接有所述多个平板式电加热器，所 述隔热保温板在所述支架下方，所述平板式电加热器穿过所述隔热保温板，所述平板式电 加热器与所述支母线电连接，所述热电偶也垂直插接在所述支架上并穿过所述隔热保温 板，所述平板式电加热器外套有板式加热器保护套或保护涂层。
4.根据权利要求1-3之一所述的设备，其特征在于，所述支撑架上连接有一个吊环。
5.根据权利要求1-3之一所述的设备，所述保护套或保护涂层的材料是刚玉、高铝瓷、 碳化硅或氮化硼。
6.根据权利要求2或3之一所述的设备，所述支母线与所述交流母线通过具有开关功 能的软连接进行连接。
专利摘要本实用新型公开了一种惰性阳极铝电解槽的预热启动设备，其包括加热装置，其为电解槽加热，并且所述加热装置包括测温器；总控制装置，其通过连接电缆为所述加热装置供电，并且通过信号线与所述测温器连接，所述总控制装置根据测得的温度控制供电；计算机，其与所述总控制装置连接，为所述总控制装置设定升温程序。该设备由于其功率可调且每组内加热电阻能够单独拆卸，因此不仅可以用来预热电解槽、熔化电解质，还可以模拟电解槽正常运行时的发热量，为电解槽提前建立热平衡和炉膛内型，并实现无扰动阳极替换，平稳启动电解槽。
文档编号C25C3/06GK201762461SQ20102023451
公开日2011年3月16日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年6月13日
发明者代惠民, 包生重, 李旺兴, 杨建红, 白文博 申请人:中国铝业股份有限公司