[發(fā)明專利]荷載和鋁電解耦合作用下陰極炭塊時(shí)變力學(xué)性能測試裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210365805.7
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102879270A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉慶生;鐘春明;陳聞;何文
• 申請（專利權(quán)）人: 江西理工大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;C25C3/06;C25C3/08
• 代理公司: 贛州凌云專利事務(wù)所 36116
• 代理人: 曾上

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁電解工程中時(shí)變力學(xué)性能測試裝置，更具體地說涉及一種荷載和鋁電解耦合作用下陰極炭塊時(shí)變力學(xué)性能測試裝置。

背景技術(shù)

在大量鋁電解槽早期破損事故中，陰極炭塊先行失效的例子屢見不鮮。因此作為槽中最薄弱的環(huán)節(jié)，陰極炭塊已成為鋁電解槽中最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)元件之一，日益被鋁電解界所關(guān)注。如何準(zhǔn)確地預(yù)測陰極炭塊力學(xué)性能的演化規(guī)律，保證其結(jié)構(gòu)完整性和安全可靠地服役對電解槽的正常運(yùn)行是至關(guān)重要的，是實(shí)現(xiàn)槽壽命最優(yōu)設(shè)計(jì)和最佳管理的重要環(huán)節(jié)。

陰極炭塊結(jié)構(gòu)都是在高溫鋁電解環(huán)境下工作的，不僅受到槽殼約束應(yīng)力的作用，而且還受到電解質(zhì)尤其是金屬鈉的滲透侵蝕等多種因素協(xié)同作用，大量的無鋁電解環(huán)境作用下的陰極炭塊的力學(xué)性能測試并不能合理真實(shí)反映陰極炭塊結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)。為此，研究荷載和環(huán)境耦合作用下的陰極炭塊的長期時(shí)變力學(xué)性能成為鋁電解工程的研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，但是，目前還沒有荷載和鋁電解耦合作用下陰極炭塊時(shí)變力學(xué)性能測試裝置。

現(xiàn)有陰極炭塊的力學(xué)性能測試都是在室溫環(huán)境下進(jìn)行的，并沒有考慮鋁電解環(huán)境作用對炭塊的影響，也沒有考慮持續(xù)荷載作用的影響，更不能測試荷載和鋁電解環(huán)境耦合作用下陰極炭塊構(gòu)件力學(xué)性能的衰變退化規(guī)律。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決以上提出的問題，提供一種荷載和鋁電解耦合作用下陰極炭塊時(shí)變力學(xué)性能測試裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，能進(jìn)行陰極炭塊在荷載和鋁電解環(huán)境耦合作用下力學(xué)性能的試驗(yàn)，得到其力學(xué)性能演化規(guī)律。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種荷載和鋁電解耦合作用下陰極炭塊時(shí)變力學(xué)性能測試裝置，包括萬能試驗(yàn)機(jī)22，在萬能試驗(yàn)機(jī)22的壓縮試臺21與動(dòng)橫梁1之間布置有一封閉的管式電爐16，管式電爐16上設(shè)置有進(jìn)氣孔19和出氣孔10；在管式電爐16中布置有一石墨坩堝12，石墨坩堝12由下石墨壓頭17和下水冷壓頭20支承在壓縮試臺21上；在石墨坩堝12底墊有絕緣層15，炭塊試樣14立于石墨坩堝12底的絕緣層15上，在炭塊試樣14上從低到高依次放置上石墨壓頭11、上水冷壓頭7、框架2，動(dòng)橫梁1壓在框架2上，框架2、上水冷壓頭7、上石墨壓頭11、炭塊試樣14、石墨坩堝12、下石墨壓頭17和下水冷壓頭20的中心線布置在同一軸線上；在上石墨壓頭11和上水冷壓頭7的軸中心線上設(shè)置有通孔，通孔中放置有位移傳動(dòng)桿5，位移傳動(dòng)桿5下端與炭塊試樣14的上端面接觸，其上端布置有位移傳感器4，位移傳感器4上數(shù)據(jù)傳輸線連接到萬能試驗(yàn)機(jī)上的數(shù)據(jù)采集與記錄裝置上；上水冷壓頭7、下水冷壓頭20分別通過導(dǎo)線23連接到直流電源24的負(fù)極、正極上。

所述的框架2為門型框架，除傳遞動(dòng)橫梁1的加載外還用于安裝位移傳感器4。

所述的位移傳感器4為精密激光位移傳感器，其量程為10mm，分辯率為1μm，其布置在位移傳動(dòng)桿5上端5-20?mm處。

所述的位移傳動(dòng)桿5為氮化硼位移傳動(dòng)桿。

所述的上水冷壓頭7為軸中心線上有通孔、橫截面為環(huán)狀的管狀結(jié)構(gòu)，環(huán)狀腔上設(shè)置有進(jìn)水口和出水口。

所述的絕緣層15為氮化硼圓片。

所述的下水冷壓頭20為橫截面為環(huán)狀的管狀結(jié)構(gòu)，環(huán)狀腔上設(shè)置有進(jìn)水口和出水口。

所述的管式電爐16由溫度控制儀控制，其上下兩端分別設(shè)置有上爐蓋9、下爐蓋18，在下爐蓋18和上爐蓋9分別設(shè)置有進(jìn)氣孔19和出氣孔10，在兩爐蓋的中心設(shè)置通孔，通孔上配有絕緣密封圈8，與分別穿過兩爐蓋中心通孔的上水冷壓頭7、下水冷壓頭20密封。

本發(fā)明是在陰極炭塊力學(xué)測試中加入了鋁電解環(huán)境，操作簡單，可以較真實(shí)的模擬陰極炭塊在鋁電解環(huán)境中的服役條件，可用于監(jiān)測陰極炭塊在鋁電解環(huán)境下力學(xué)性能的演化規(guī)律，可為鋁電解槽的優(yōu)化設(shè)計(jì)和管理操作提供技術(shù)參數(shù)和理論基礎(chǔ)，可以為延長陰極炭塊和鋁電解槽的使用壽命、減少鋁電解槽破損事故發(fā)生找到技術(shù)措施，特別適合在與炭素產(chǎn)品相關(guān)的企業(yè)與科研單位中推廣和應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的鋁電解環(huán)境下不同陰極炭塊的應(yīng)力—應(yīng)變曲線

圖3是本發(fā)明的不同鋁電解時(shí)間下陰極炭塊的應(yīng)力—應(yīng)變曲線