CN100392154C - 一种用于铝电解惰性阳极焙烧启动或预热更换的保护装置 - Google Patents
一种用于铝电解惰性阳极焙烧启动或预热更换的保护装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于铝电解惰性阳极焙烧启动或更换的保护装置，包括承装惰性阳极的罐体，位于罐体上部的端盖，紧密连接于罐体或端盖的导电端子，在罐体或端盖上设置有悬挂或吊装孔，端盖上有孔，惰性阳极承装于罐体内部，阳极导杆通过端盖上的孔引出。本发明可以使惰性阳极在电解槽焙烧启动或更换过程中避免强烈的热、电和热腐蚀性气体的冲击，保护惰性阳极顺利完成电解槽焙烧启动和更换这两个重要的工艺过程，同时可对惰性阳极本身起到稳固和保温的作用；另外对惰性阳极和电解槽起到保温的作用，维持槽内温度场平衡。
Description
技术领域
本发明与铝电解及铝电解用惰性阳极有关，特别涉及与惰性阳极配套使用的用于铝电解生产中的电解槽焙烧启动和惰性阳极更换的保护装置。
背景技术：
使用惰性阳极取代现有的炭素阳极是现代铝电解生产发展的趋势。电解铝惰性阳极材料主要有金属、陶瓷、金属陶瓷三大类。在惰性阳极的使用过程中必须经历电解槽的焙烧启动和阳极更换两个工艺阶段。在电解槽的焙烧启动方面，目前国内外通常作法是采用炭素阳极将电解槽焙烧启动，待电解槽工作平稳后再逐次将炭素阳极更换为惰性阳极。更换阳极时，需将惰性阳极预先预热到一定温度(通常在960～1000℃)后，再将惰性阳极直接浸入熔融的电解质中。裸露的惰性阳极从预热炉中取出时表面会急剧冷却，浸入电解质的瞬间已降温的阳极表面又需经历急剧升温的过程，因此常导致陶瓷类和金属陶瓷类惰性阳极因发生表面开裂而失效。电解槽的焙烧启动阶段要求惰性阳极的工作面与焙烧用焦粒、炭块和电解质紧密接触并通电预热电解槽和电解质，在此过程中惰性阳极局部要经受较大的热冲击(由室温快速升至1100℃)、气体腐蚀冲击(由空气气氛进入到高温强腐蚀性氟化物气氛)和电流冲击(从0电流到几百安培电流)，剧烈的热冲击和气体腐蚀冲击极易造成阳极的损坏和失效(包括阳极纵向开裂、周向层裂、表面氧化、表面还原和阳极脱落)。同时惰性阳极经过正常使用并达到其使用寿命后，同样存在非损伤更换问题。
发明内容：
本发明的目的是针对金属、陶瓷和金属陶瓷三大类惰性阳极在铝电解生产中所遇到的上述问题，提供一种与惰性阳极配套使用的阳极保护装置，该保护装置可以使惰性阳极在电解槽焙烧启动或更换过程中避免强烈的热、电和热腐蚀性气体的冲击，保护惰性阳极顺利完成电解槽焙烧启动和更换这两个重要的工艺过程，同时对惰性阳极本身起到稳固和保温的作用。
本发明—一种用于铝电解惰性阳极焙烧启动或更换的保护装置包括承装惰性阳极的罐体，位于罐体上部的端盖，紧密连接于罐体或端盖的导电端子，在罐体或端盖上设置有悬挂或吊装孔，端盖上有孔，惰性阳极承装于罐体内部，阳极导杆通过端盖上的孔引出。
端盖与罐体采用机械连接或粘结的方式紧密结合。
导电端子与罐体或端盖的连接方式采用机械连接或焊接或粘结，还可以与罐体或端盖制成一体。
罐体和端盖的材质采用在铝电解过程中可消耗的炭质材料，包括石墨、石油焦、焦炭或其混合物；导电端子采用金属或与罐体相同的材质制成。
惰性阳极与罐体之间用氧化铝(Al2O3)或氧化铝+冰晶石混合物或铝电解用固体电解质粉末填充料，将惰性阳极和罐壁加以隔离。填充料一方面起到保温作用，另一方面填充料在罐体材料通过电解消耗完全后可充当电解原料而溶入电解质溶液并参加电解反应。
罐体的作用除了用来承装惰性阳极外，还与电源(阳极导杆或阳极大母线)相连接，并通电参加铝电解槽的焙烧启动，直到电解槽和惰性阳极稳定工作。
罐体内部空间除能承装阳极外，在阳极和罐壁之间有能均匀填充5～50mm厚填充料的空间。
在罐体或端盖上直接设置悬挂或吊装孔，悬挂机构采用金属材料，通过机械连接的方式连接保护罐体和电解槽承重梁。当使用导电端子作为悬挂机构时，可通过连接器使其悬挂于阳极导杆、阳极母线或电解槽横梁上，因而其必须具有足够承担罐体和惰性阳极的重量的强度。
本发明所述的惰性阳极包括用于电解铝的金属、陶瓷和金属陶瓷类阳极。保护装置可承装一个或多个惰性阳极。
本发明涉及的惰性阳极保护装置的形状随惰性阳极形状的不同而不同。就惰性阳极的形状而言，主要包括圆柱状、杯状、圆片状、平板状、长棒状、锥台状、及上述几种形状的组合形状，而惰性阳极保护装置的形状主要包括圆筒状、锥台状、多台阶结构、长方体状，其外形尺寸也根据惰性阳极的外形尺寸来确定。
在经历电解槽焙烧启动和阳极更换后，惰性阳极保护装置的电解工作面，经过一段时间的电解反应，会逐渐被消耗掉，从而使惰性阳极的工作面完全暴露于电解质内并开始通电进行正常的电解工作，此时，需要对保护装置进行断电处理，即断开导线与导电端子的连接。此后，阳极保护装置对阳极的保护作用依然存在，被电解反应消耗掉的保护罐边缘基本与惰性阳极工作面保持齐平，熔融电解质将逐渐渗入罐内并与填充料形成结壳，结壳的存在可以进一步稳固惰性阳极。
本发明可以使惰性阳极在电解槽焙烧启动或更换过程中避免强烈的热、电和热腐蚀性气体的冲击，保护惰性阳极顺利完成电解槽焙烧启动和更换这两个重要的工艺过程，同时可对惰性阳极本身起到稳固和保温的作用；另外对惰性阳极和电解槽起到保温的作用，对维持槽内温度场平衡和铝电解生产的节能增效也具有深远的意义。
附图说明
图1：圆柱或杯状惰性阳极用保护装置结构示意图；
图2：图1中A-A剖面图；
图3：锥台结构惰性阳极保护装置结构示意图；
图4：图3中B-B剖面图；
图5：多台阶结构惰性阳极保护装置结构示意图；
图6：图5中C-C剖面图；
图7：平板状、圆片状惰性阳极用保护装置示意图；
图8：图7中D-D剖面图；
图9：长棒形惰性阳极用保护装置示意图；
图10：图9中E-E剖面图；
图11：承装四个惰性阳极用保护装置示意图；
图12：图11中F-F剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1，描述了圆柱或杯状惰性阳极用保护装置的示意结构。主要包括阳极导杆1，导电端子2，悬挂孔3，圆柱状或长方体阳极用保护罐罐体4，惰性阳极5，填充料6。该阳极保护装置罐体4为圆筒形结构，罐体和端盖可分别采用石墨、石油焦、焦炭等的单体或其混合物制成。导电端子2采用钢铁或碳质材料制成并用机械或粘结的方式使其与端盖紧密连接。罐体工作面为罐体底部，其厚度较罐壁大，一般为罐壁厚度的3～20倍。罐内除了承装阳极的空间外上下左右均预留5～50mm的空隙用来作填充料空间。
实施例2：
图3为锥台结构惰性阳极保护装置结构示意图，图5为多台阶结构惰性阳极保护装置结构示意图，包括阳极导杆1，导电端子2，悬挂孔3，锥台或多台阶式阳极保护装置罐体4，惰性阳极5，填充料6。此类阳极保护装置的罐体结构采用锥台或多台阶设计，顶部小底部大，并在罐体底部特别采用加厚设计，因而特别适用于铝电解槽焙烧启动使用。保护装置所用材料及操作方式同实例1。由于其体积和重量都较大，在罐体上打孔并添加悬挂机构。
实施例3：
图7描述了平板状、圆片状惰性阳极保护装置的示意结构。主要包括阳极导杆1，导电端子2，悬挂孔3，板状、片状惰性阳极保护装置罐体4，惰性阳极5，填充料6。保护装置所用材料及操作方式同实例1。由于板状或片状惰性阳极是采用侧面作为工作面的，所该阳极保护装置罐体的侧面采用了加厚设计并添加悬挂及导线引出机构，以保障使用的需要。
实施例4：
图9描述了长棒形惰性阳极用保护装置的示意结构。主要包括阳极导杆1，导电端子2，悬挂孔3，长棒状惰性阳极保护装置罐体4，惰性阳极5，填充料6。保护装置罐体所用材料及操作方式同实例1。
实施例5：
图11：描述了承装四个惰性阳极用保护装置的示意结构；该装置中承装有四个惰性阳极。其结构主要包括阳极导杆1，导电端子2，悬挂孔3，长棒状惰性阳极保护装置罐体4，惰性阳极5，填充料6。保护装置罐体所用材料及操作方式同实例1。
Claims (4)
1.一种用于铝电解惰性阳极焙烧启动或更换的保护装置，其特征在于：包括承装惰性阳极的罐体，位于罐体上部的端盖，紧密连接于罐体或端盖的导电端子，在罐体或端盖上设置有悬挂或吊装孔，端盖上有孔，惰性阳极承装于罐体内部，阳极导杆通过端盖上的孔引出；
端盖与罐体采用机械连接或粘结或其他方式紧密结合；
导电端子与罐体或端盖的连接方式采用机械连接或粘结或与罐体制成一体或与端盖制成一体；
所述端盖和罐体的材质采用在铝电解过程中可消耗的炭质材料，包括石墨、石油焦、焦炭或其混合物；所述导电端子采用金属或与罐体相同的材质制成。
2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：惰性阳极与保护装置罐体之间用氧化铝或氧化铝+冰晶石混合物或铝电解用固体电解质粉末填充料，将惰性阳极和罐壁加以隔离，填充料厚度为5～50mm。
3.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：所述的惰性阳极包括用于电解铝的金属、陶瓷和金属陶瓷类阳极。
4.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：其形状可以是圆筒状或锥台状或多台阶结构或长方体状。
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