磁场对铝电解高温熔盐电解质相变温度的影响

磁场对铝电解高温熔盐电解质相变温度的影响 王红强 ，李庆余 ，赖延清 ，王家伟 ，高宏权 (1(广西师范大学化学化工学院，广西桂林541000;2(中南大学冶金科学与工程学院，湖 南长沙410083) 摘要:采用“动态法”测温技术及特制的热电偶探头，对铝电解现场有磁场影响下的铝电解熔盐电解质的相变过程进行了直接测定。并与在中测定的没有磁场影响下的铝电解熔’盐电解质相变过程的测定结果进行了对比。结果明:300kA预焙铝电解槽中，烟道端与出铝端的电解质在磁场强度为l3 39高斯和l4(75高斯下的初晶点温度分别为955(412和950(712，而没有磁场的初晶点941(59? 和943(41? 。磁场确实会对铝电解熔盐电解质的初晶点温度产生影响。 关键词:铝电解;熔盐电解质;初晶点温度;磁场 在强大的直流电作用下，铝电解槽内溶解在温度高达950? 左右的熔融电解质中的氧化铝发生电解反应生成金属铝的生产过程，是至今为止工业生产所采用的唯一冶炼铝(称为Hall—Heroult法)。这一生产过程耗能巨大(吨铝直流电耗高达13000,14o00kwh)，因此人们不断地追求铝电解工艺、设备的改进与优化达到提高技术经济指标，实现节能降耗的目的，其中最见成效的途径是，在保持电解质温度高于初晶温度一定的值(称为过热度)，而且电解质其他理化性质能满足要求的前提下，尽可能地降低电解质温度。因此，无论是科学研究还是生产实践，均十分关注对铝电解温度具有决定作用的电解质相图及相变过程。由于铝电解熔盐电解质是高温、强腐蚀介质，给温度测量带来很大困难，导致对铝电解现行温度的控制具有重要参考价值的电解质相变温度至今仍然说法不一。液相线温度的计算是使用一种理论上的液相线方程式。除了离线式过早地取样存在的潜在错误外，液相线数据的确定也是不准确的，因为并非熔池中所有的成分能分析出或被考虑到液相线方程式中。因此长期以来困扰铝电解界的“液相 线之谜一直未能得到合理解释。根据统计物理学关于相变的理论，外场(特别是电场、磁场和流场)对相变过程存在很大的影响。例如，一些铸造工艺上的研究表明，磁场确实对凝固过程存在很大的影响，并认为这是由于在磁场的作用下液相凝固时产生偏析从而影响相变，但未对其相变点作研究;金蔚青等发现磁场会对熔体的温度分布梯度产生影响。本文利用热电偶“动态法”测温原理，及稳定性强和重现性好的特制热电偶探头及计算机数据处理系统，研究磁场对铝电解熔盐电解质初晶点的影响，为揭示铝电解熔盐电解质“液相线之谜”，深度优化生产工艺技术条件提供可靠的实验基础。 1 实验 1(1 实验设备 冰晶石多功能测温分析仪(Multi—I ab 2 Crv—O—Therm，德国Heraeus Electro—Nite公司生产)三维高斯计(美国F(W (Bell公司生产)，实验室热电偶温度测试系统(自制)。 1(2 实验过程 冰晶石多功能测温分析仪测量系统中的传感器由一支经精确校验的外部用u 型石英管保护的Ptl0,Rh—Pt(S型)热电偶组成。热电偶安装在陶瓷体中，外面再套以纸管保护。偶丝在黄金熔点(1064?)处校准到精度为?0(5~C。传感器的结构如图1所示。将这种传感器插入冰晶石熔池中直到得到一个稳定的温度平台。大约25秒后传感器从熔池中取出，同时在探头附带的金属样杯中取到一个冰晶石试样。熔池试样在冷却过程中不断被搅动。当达到液相线温度(初结晶 点)时，熔解热被释放，冷却速度降低。从时间一温度曲线上可以确 定出对应液相线温度的拐点，这样就能确定熔盐初结晶点的温度。