CN101709486A

CN101709486A - 一种铝电解槽

Info

Publication number: CN101709486A
Application number: CN200910243385A
Authority: CN
Inventors: 杨建红; 李旺兴; 陈喜平
Original assignee: Aluminum Corp of China Ltd
Current assignee: China Aluminum Zhengzhou Research Institute Of Nonferrous Metals Co ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: CN101709486B

Abstract

一种铝电解槽，涉及一种用于原铝生产的铝电解槽。其特征在于其结构包括：铝电解槽槽体——该槽体由水平槽底与槽体联为一体的垂直侧槽壁；铝电解槽盖板——该盖板为覆盖在垂直槽壁上端的水平盖板，在盖板上开有电极通孔。本发明的一种铝电解槽，槽体结构密封性好，能量利用率高，无污染，占地面积小，单位面积产能高，科学实现了电解槽熔体区和上部的保温，电解槽寿命长。

Description

一种铝电解槽

技术领域

一种铝电解槽，涉及一种用于原铝生产的铝电解槽。

背景技术

传统铝电解槽内衬的底面和侧面结构是不同的，底面一般铺设硅酸钙板、轻质保温砖、耐火砖、防渗料、阴极碳块几层，侧面一般砌筑碳化硅块、碳块或碳化硅-碳复合块，侧面与底面接缝处捣打阴极糊；阴极与阳极是水平相对的，电解质和铝液在阴极和阳极之间呈水平层状分布。

US 5149412公开了一种铝电解槽内衬及其耐火材料的生产工艺，该电解槽内衬包括金属槽壳，封闭的侧衬、底衬和耐火内衬，内衬中至少有一层耐火材料可以抗高温碱金属和氟化物腐蚀，该层耐火材料一般由赤泥、胶体氧化铝、胶体氧化硅、硅酸钙或铝酸钠制成。

US 4589967公开了一种铝电解槽内衬，该内衬由钢壳、石墨块、绝缘隔热层组成，绝缘隔热层铺设在钢壳和石墨块之间。

US 6436272公开了一种采用空心阴极的低温铝电解槽，该电解槽采用惰性阳极，阴极为空心结构，阴极和阳极垂直浸入电解质中，阴极的两个侧面分别与两块阳极相对，阴极两个侧面尾部相连形成一个蓄铝池。

US 5368702公开了一种多极铝电解槽，采用抗腐蚀的不消耗阳极和不消耗阴极，阳极较理想的结构为管状并具有活性的阳极内表面，阴极为棒状或管状，安装在管状阳极中间，阴极延伸超出阳极底部。

US 4624766公开了一种铝电解槽用铝湿润阴极，阴极表面可被铝湿润，表面由硬质耐火材料和非石墨化碳基体组成，采用斜底或导流阴极槽和不消耗阳极。

CN 96100352.9公开了一种铝电解槽内衬及其制作方法，电解槽的内衬阴极块下部用耐火浇注料和由塑料隔膜隔开的干散保温料组成。由于采用廉价的轻质散状物料，取代岩棉板、轻质砖和氧化铝粉，用耐火浇注料代替了耐火砖，使电解槽在保证工艺性能不变的情况下的制作成本大大降低，而且制作容易，省工省时，大大减少了施工人员的劳动强度，经济效益好。

CN 97213795.5公开了一种铝电解槽内衬，包括有侧部阴极炭块、底部阴极炭块、导电钢棒、耐火砖层和保温砖层、其中，在耐火砖层和保温砖层之间还设有氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铁、氧化钙组成的填料层。采用这种抗渗保温性高的铝电解槽内衬，能提高铝电解槽的使用寿命，降低能耗和造价。

CN 00223634.6公开了一种铝电解槽内衬结构，它在电解槽壳内的上部周围有碳氮化硅与碳块的复合块，在电解槽壳内阴极碳块的纵向浇注有高强浇注料层，并在高强浇注料层与电解槽壳的内壁之间砌筑有保温砖，在高强浇注料层与复合块之间有耐火砖，在电解槽壳内的底部有保温材料块，在保温材料块的上面有一层防渗料层。该内衬具有良好的抗冲刷和抗腐蚀性能、不易发生漏炉现象、能提高电解槽生产稳定性和使用寿命较长的优点。

CN 200720012572.7公开了一种铝电解槽内衬结构，包括阴极碳块、阴极钢棒、底部耐火层结构，其特征在于：(1)阴极钢棒位于槽壳内、露出阴极碳块外的部分，用一U形金属板包裹后，再用耐火泥捣固；(2)阴极钢棒上用耐火绝缘纸分段包裹，再用钢棒糊填实；(3)阴极两端头的里层采用耐火砖、外层采用保温砖封堵；碳块底部中间为疏松的颗粒状耐火材料，两端为耐火砖；(4)阴极碳块与侧壁碳化硅砖之间的直边糊结构改为弧形边糊结构。该内衬结构的底部保温和侧部散热效果均有改善，阴极不易变形，可延长电解槽工作寿命。

CN 200410100487.7公开了一种铝电解槽内衬结构，它包括阴极炭块、电解槽壳，其特征在于在电解槽阴极炭块的底面与电解槽壳的底部之间由上至下，分别砌筑有防渗砖层、保温砖层和耐火砖层，在防渗砖层、保温砖层和耐火砖层的侧面与电解槽壳相连部分设有侧部缓冲层，在阴极炭块与电解槽壳内壁之间砌筑缓冲层和侧部防渗砖层，电解槽壳的上部内周围砌筑氮化硅结合炭化硅侧块，在阴极炭块与氮化硅结合炭化硅侧块之间有炭糊层。该内衬具有较高的槽膛深度，满足电解槽自动熄灭效应的要求，可增大散热面积；并设有多个缓冲层，可吸收炭块产生的膨胀力；在电解槽生产过程中，表现出良好的热平衡。

CN 200710048985.5公开了一种大型预焙铝电解槽内衬结构。该内衬结构在电解槽壳底部从下到上依次砌筑有石棉板层，耐高温硅酸钙板构成的保温层，两层轻质砖构成的保温层，一层氧化铝构成的防渗层，两层耐火砖构成的防渗层，半石墨质阴极复合TiB₂涂层块，侧部为异型侧块。该内衬的优点：(1)具有较高的导热率、较低的电阻率以及较低的电解膨胀率，阴极炭块中的电流分布更加均匀；(2)防渗层对延长槽寿命特别有利；(3)侧部异型侧块具有较高的导热系数和较低的电阻率，特别有助于延长电解槽寿命。

但是上述专利的技术实质仍然是阴极和阳极水平相对的电解槽结构。传统的铝电解槽内衬能量利用率低、能耗高；使用炭电极产生PFC、CO₂、SO₂和PAH，污染大、温室效应强；电解槽占地面积大，单位占地面积产能低；电解槽寿命短(一般1500-2000天)。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效克服传统铝电解槽寿命短、占地面积大、能量利用率低、污染大等问题的铝电解槽。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种铝电解槽，其特征在于其结构包括：

铝电解槽槽体——该槽体由水平槽底与槽体联为一体的垂直侧槽壁；

铝电解槽盖板——该盖板为覆盖在垂直槽壁上端的水平盖板，在盖板上开有电极通孔。

本发明的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的水平槽底的结构包括由外向内依次设置的，选自硅酸钙板、轻质保温砖、耐火砖、防渗料、硅酸铝纤维纸、氧化铝、普通阴极碳块/高强石墨块、高铝陶瓷砖或刚玉砖或碳化硅砖或耐蚀氮化物(如氮化硼、氮化锆)、碳化物(如碳化钛、碳化锆)中的至少三种材料层。

本发明的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的垂直侧槽壁的结构包括由外向内依次设置的，选自高铝水泥浇注料、耐火砖、硅酸铝纤维纸、氧化铝、普通阴极碳块/高强石墨块、碳化硅板或刚玉板或碳化硅-氮化硅板或高铝陶瓷板或其他耐蚀氮化物(如氮化硼、氮化锆)、碳化物(如碳化钛、碳化锆)中的至少三种材料层。

本发明的一种铝电解槽，其特征在于所述铝电解槽盖板为多层结构，包括由上向下依次设置的，选自高铝水泥预制板、硅酸铝纤维板、高铝陶瓷板或碳化硅板或刚玉板或碳化硅-氮化硅板中的至少两种材料层。

本发明的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的水平槽底和垂直侧槽壁的结构由外向里依次包括：硅酸钙板层、轻质保温砖层、耐火砖层、防渗料层或高铝陶瓷板层、硅酸铝纤维纸层、氧化铝层、碳化硅板或刚玉板层；铝电解槽盖板结构组成由下向上依次包括刚玉板或高铝陶瓷板或碳化硅板层、硅酸铝纤维板层、高铝水泥预制板层。

本发明的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的水平槽底的结构组成由外向内依次包括硅酸钙板层、保温砖层、防渗料层、硅酸铝纤维纸层、氧化铝层和高铝陶瓷砖层；垂直侧槽壁的结构组成由外向里依次包括耐火砖层、硅酸铝纤维纸层、氧化铝层和高铝陶瓷板层；铝电解槽盖板结构组成包括位于底层的刚玉板层与刚玉板层复合的硅酸铝纤维板层。

本发明的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的水平槽底的结构组成由外向内依次包括硅酸钙板层、保温砖层、防渗料层、硅酸铝纤维纸层、氧化铝层和碳化硅砖层；垂直侧槽壁的结构组成由外向里依次包括耐火砖层、硅酸铝纤维纸层、高铝陶瓷板层、氧化铝层和碳化硅-氮化硅板层；铝电解槽盖板结构组成由下向上依次包括高铝陶陶瓷板层、高铝水泥预制板层和硅酸铝纤维板层；且在垂直底部侧槽壁外侧设有为高铝水泥浇注料角状加强体。

本发明的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的水平槽底的结构组成由外向内依次包括保温砖层、防渗料层、硅酸铝纤维纸层、氧化铝层和刚玉砖层；垂直侧槽壁的结构组成由外向里依次包括耐火砖层、高铝水泥浇注层、硅酸铝纤维纸层、氧化铝层和刚玉板层；铝电解槽盖板结构组成由下向上依次包括碳化硅板层和硅酸铝纤维纸层；且在垂直侧槽壁外侧的中下部设有砖火砖层和硅酸钙板层的板状加强体。

本发明的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的水平槽底和垂直侧槽壁的结构由外向里依次包括：硅酸铝纤维板层、氧化铝层和碳块层；铝电解槽盖板结构组成由下向上依次包括碳化硅-氮化硅复合板层和硅酸铝纤维板层。

本发明的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的盖板的最下底层板为空心板结构，空心板两端开有通孔。

本发明的一种铝电解槽，该电解槽无通常铝电解槽的阴极钢棒，槽壳上不需要开窗口，有利于延长电解槽的寿命；电解槽内衬的底面为多层结构，材料可用硅酸钙板、轻质保温砖、耐火砖、防渗料、硅酸铝纤维纸/板、氧化铝、碳化硅以及其他耐蚀氮化物、碳化物及其复合材料；电解槽内衬的侧面为多层结构，材料可用SiC、SiC-Si₃N₄、高铝水泥浇注料、高铝陶瓷、氧化铝、硅酸铝纤维纸以及其他耐蚀氮化物、碳化物及其复合材料；阴极和阳极垂直相对排列，阴、阳极总数大于3；槽罩板为多层结构，材料可用高铝陶瓷板、硅酸铝纤维纸/板、碳化硅板、高铝水泥预制板和刚玉板，槽罩板水平放置；内衬材料可含或不含碳素制品。该内衬结构密封性好，能量利用率高，无污染，占地面积小，单位面积产能高，寿命长(可达3000天以上)，科学实现了电解槽熔体区和上部的保温，对于电解过程发热功率小的惰性材料电解槽尤为适合。

本发明的一种铝电解槽，结构密封性好，能量利用率高，无污染，占地面积小，单位面积产能高，科学实现了电解槽熔体区和上部的保温，电解槽寿命长。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明的另一种结构示意图；

图3为本发明的另一种结构示意图；

图4为本发明的另一种结构示意图；

图5为本发明的另一种结构示意图；

图6为本发明的电解槽的盖板的最下底层板结构示意图；

图7为图6的断面剖视图。

具体实施方式

一种铝电解槽，其结构包括：铝电解槽槽体——该槽体由水平槽底与槽体联为一体的垂直侧槽壁；铝电解槽盖板——该盖板为覆盖在垂直槽壁上端的水平盖板，在盖板上开有电极通孔。

电解槽的水平槽底的结构包括由外向内依次设置的，选自硅酸钙板、轻质保温砖、耐火砖、防渗料、硅酸铝纤维纸、氧化铝、普通阴极碳块/高强石墨块、高铝陶瓷砖或刚玉砖或碳化硅砖或耐蚀氮化物(如氮化硼、氮化锆)、碳化物(如碳化钛、碳化锆)中的至少三种材料层。

电解槽的垂直侧槽壁的结构包括由外向内依次设置的，选自高铝水泥浇注料、耐火砖、硅酸铝纤维纸、氧化铝、普通阴极碳块/高强石墨块、碳化硅板或刚玉板或碳化硅-氮化硅板或高铝陶瓷板或其他耐蚀氮化物(如氮化硼、氮化锆)、碳化物(如碳化钛、碳化锆)中的至少三种材料层。

碳化硅板或刚玉板或碳化硅-氮化硅板耐火度高、抗腐蚀性能好，一般铺设最里层或上层，厚度为30-90mm；氧化铝层厚度为20-100mm；硅酸铝纤维纸一般铺设厚度10-50mm；高铝陶瓷板或高铝水泥浇注料一般铺设厚度为10-50mm；防渗料为颗粒状散料，一般铺设厚度为50-140mm。

使用时，阴极和阳极呈垂直相对排列、位于铝电解槽槽体内腔，电板联杆穿过铝电解槽盖板上的通孔与电极母线相联。

实施例1

一种铝电解槽，电解槽的水平槽底和垂直侧槽壁的结构由外向里依次包括：硅酸钙板层1、轻质保温砖层2、耐火砖3、防渗料层4、硅酸铝纤维纸层5、氧化铝层6、碳化硅砖或刚玉砖或高铝陶瓷砖层7；铝电解槽盖板结构组成由下向上依次包括刚玉板或高铝陶瓷板或碳化硅板层8、硅酸铝纤维板层9、高铝水泥预制板层10。参见图1。

实施例2

一种铝电解槽，电解槽的水平槽底的结构组成由外向内依次包括硅酸钙板层11、保温砖层12、防渗料层13、硅酸钙纤维纸层14、氧化铝层15和高铝陶瓷砖层16；垂直侧槽壁的结构组成由外向里依次包括耐火砖层17、硅酸铝纤维纸层18、氧化铝层19和高铝陶瓷板层20；铝电解槽盖板结构组成包括位于底层的刚玉板层21与刚玉板层复合的硅酸铝纤维板层22。参见图2。

实施例3

一种铝电解槽，电解槽的水平槽底的结构组成由外向内依次包括硅酸钙板层23、保温砖层24、防渗料层25、硅酸钙纤维纸层26、氧化铝层27和碳化硅砖层28；垂直侧槽壁的结构组成由外向里依次包括耐火砖层29、硅酸铝纤维纸层30、高铝陶瓷板层31、氧化铝层32和碳化硅-氮化硅板层33；铝电解槽盖板结构组成由下向上依次包括高铝陶瓷板层34、高铝水泥预制板层35和硅酸铝纤维板层36；且在垂直底部侧槽壁外侧设有高铝水泥浇注料角状加强体37。参见图3。

实施例4

一种铝电解槽，电解槽的水平槽底的结构组成由外向内依次包括保温砖层38、防渗料层39、硅酸铝纤维纸层40、氧化铝层41和刚玉砖层42；垂直侧槽壁的结构组成由外向里依次包括耐火砖层43、高铝水泥浇注层44、硅酸铝纤维纸层45、氧化铝层46和刚玉板层47；铝电解槽盖板结构组成由下向上依次包括碳化硅板层48和硅酸铝纤维纸层49；且在垂直侧槽壁外侧的中下部设有砖火砖层50和硅酸钙板层51的板状加强体。参见图4。

实施例5

一种铝电解槽，电解槽的水平槽底和垂直侧槽壁的结构由外向里依次包括：硅酸铝纤维板层52、氧化铝层53和碳块层54；铝电解槽盖板结构组成由下向上依次包括碳化硅-氧化硅复合板层55和硅酸铝纤维板层56。参见图5。

所述电解槽的盖板的最下底层板为空心板结构，空心板两端开有通孔57。参见图6。

槽盖板水平放置，有利于电解槽的密闭，能量利用率高，并方便回收电解质挥发物；槽盖板底层为空心结构，空气在孔洞中自由流动，有利于电解槽的温度调节。

实施例6

以20kA电解槽为例，水平槽底为四层结构，从内向外依次为90mm厚的高铝陶瓷板、100mm厚的氧化铝、50mm厚的硅酸铝纤维纸和一层耐火砖。垂直侧槽壁为六层结构，最里层砌筑高铝陶瓷异型砖，错缝砌筑，厚度60mm；次层铺设60mm厚的氧化铝，再次层铺设40mm厚的硅酸铝纤维纸，再次层为100mm厚的防渗料，再次层为两层保温砖，再次层为硅酸钙板。内衬筑炉施工按铝电解行业标准进行。槽盖板的最下层为空心刚玉板，厚度40mm；上层层为15mm厚的硅酸铝纤维板。该电解槽不含碳素材料，可较好满足垂直电极电解工艺的要求，能量利用率大于70％。

实施例7

以20kA电解槽为例，垂直侧槽壁为五层结构，从内向外依次为60mm厚的碳化硅-氮化硅板或碳化硅板、60mm厚的氧化铝、30mm厚的高铝陶瓷板、30mm厚的硅酸铝纤维纸和一层耐火砖。水平槽底为七层结构，最里层砌筑碳化硅异型砖，错缝砌筑，厚度30mm；次层铺设20mm厚的氧化铝，再次层铺设10mm厚的硅酸铝纤维纸，再次层为50mm厚的防渗料，再次层为一层耐火砖，再次层为两层保温砖，再次层为硅酸钙板。内衬筑炉施工按铝电解行业标准进行。槽盖板的最下层为20mm厚的空心高铝陶瓷板，中层为20mm厚的高铝水泥预制板，上层层为15mm厚的硅酸铝纤维板。该槽体不含碳素材料，可较好满足垂直电极电解工艺的要求，能量利用率大于70％。

实施例8

以160kA电解槽为例，垂直侧槽壁为六层结构，从内向外依次为30mm厚的刚玉板、20mm厚的氧化铝、50mm厚的高铝水泥浇注料、10mm厚的硅酸铝纤维纸、一层耐火砖和硅酸钙板。水平槽底为五层结构，最里层砌筑刚玉异型砖，错缝砌筑，厚度90mm；其次层铺设80mm厚的氧化铝，再次层铺设40mm厚的硅酸铝纤维纸，再次层为120mm厚的防渗料，再次层为一层耐火砖，再次层为一层保温砖，再次层为硅酸钙板。内衬筑炉施工按铝电解行业标准进行。槽罩板的最下层为40mm厚的空心碳化硅板，上层层为15mm厚的硅酸铝纤维板。该槽体不含碳素材料，可较好满足垂直电极电解工艺的要求，能量利用率大于70％。

实施例9

以160kA电解槽为例，垂直侧槽壁为三层结构，从内向外依次为80-500mm厚的普通阴极碳块或高强石墨块、100mm厚的氧化铝、50mm厚的硅酸铝纤维纸。水平槽底为三层结构，最里层为不同种类的阴极碳块或高强石墨块，厚度80-500mm；中间层铺设100mm厚的氧化铝，外层层铺设50mm厚的硅酸铝纤维纸。碳块内表面有50-200mm的结壳57。内衬筑炉施工按铝电解行业标准进行。槽罩板的最下层为40mm厚的空心碳化硅板，上层为15mm厚的硅酸铝纤维板。该槽体通过形成侧部和底部结壳来形成对内衬材料的保护，可较好满足垂直电极电解工艺的要求，并实现良好的热平衡。

Claims

1.一种铝电解槽，其特征在于其结构包括：

2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的水平槽底的结构包括由外向内依次设置的，选自硅酸钙板、轻质保温砖、耐火砖、防渗料、硅酸铝纤维纸、氧化铝、普通阴极碳块/高强石墨块、高铝陶瓷砖或刚玉砖或碳化硅砖或其他耐蚀氮化物(如氮化硼、氮化锆)、碳化物(如碳化钛、碳化锆)中的至少三种材料层。

3.根据权利要求1所述的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的垂直侧槽壁的结构包括由外向内依次设置的，选自高铝水泥浇注料、耐火砖、硅酸铝纤维纸、氧化铝、普通阴极碳块/高强石墨块、碳化硅板或碳化硅-氮化硅板或高铝陶瓷板或其他耐蚀氮化物(如氮化硼、氮化锆)、碳化物(如碳化钛、碳化锆)中的至少三种材料层。

4.根据权利要求1所述的一种铝电解槽，其特征在于所述铝电解槽盖板为多层结构，包括由上向下依次设置的，选自高铝水泥预制板、硅酸铝纤维板、碳化硅板或高铝陶瓷板或刚玉板中的至少两种材料层。

5.根据权利要求1所述的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的水平槽底和垂直侧槽壁的结构由外向里依次包括：硅酸钙板层、轻质保温砖层、耐火砖层、防渗料层、硅酸铝纤维纸层、氧化铝层、碳化硅板或刚玉板或高铝陶瓷板层；铝电解槽盖板结构组成由下向上依次包括刚玉板或高铝陶瓷板或碳化硅板层、硅酸铝纤维板层、高铝水泥预制板层。

6.根据权利要求1所述的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的水平槽底的结构组成由外向内依次包括硅酸钙板层、保温砖层、防渗料层、硅酸钙纤维纸层、氧化铝层和高铝陶瓷砖层；垂直侧槽壁的结构组成由外向里依次包括耐火砖层、硅酸铝纤维纸层、氧化铝层和高铝陶瓷板层；铝电解槽盖板结构组成包括位于底层的刚玉板层与刚玉板层复合的硅酸铝纤维板层。

7.根据权利要求1所述的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的水平槽底的结构组成由外向内依次包括硅酸钙板层、保温砖层、防渗料层、硅酸钙纤维纸层、氧化铝层和碳化硅砖层；垂直侧槽壁的结构组成由外向里依次包括耐火砖层、硅酸铝纤维纸层、高铝陶瓷板层、氧化铝层、碳化硅板层或碳化硅-氮化硅板层；铝电解槽盖板结构组成由下向上依次包括高铝陶瓷板层、高铝水泥预制板层和硅酸铝纤维板层；且在垂直底部侧槽壁外侧设有为高铝水泥浇注料角状加强体。

8.根据权利要求1所述的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的水平槽底的结构组成由外向内依次包括保温砖层、防渗料层、硅酸钙纤维纸层、氧化铝层和刚玉砖层；垂直侧槽壁的结构组成由外向里依次包括耐火砖层、高铝水泥浇注层、硅酸铝纤维纸层、氧化铝层和刚玉板层；铝电解槽盖板结构组成由下向上依包括碳化硅板层和硅酸铝纤维纸层；且在垂直侧槽壁外侧的中下部设有耐火砖层和硅酸钙板层的板状加强体。

9.根据权利要求1所述的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的水平槽底和垂直侧槽壁的结构由外向里依次包括：硅酸铝纤维板层、氧化铝层和碳块层；铝电解槽盖板结构组成由下向上依次包括碳化硅-氧化硅复合板层和硅酸铝纤维板层。

10.根据权利要求1所述的一种铝电解槽，其特征在于所述电解槽的盖板的最下底层板为空心板结构，空心板两端开有通孔。