CN102022938A

CN102022938A - 一种热管以及基于热管的导流式铝电解槽

Info

Publication number: CN102022938A
Application number: CN 201110002844
Authority: CN
Inventors: 姜昌伟
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: CN102022938B

Abstract

本发明公开了一种热管，包括管壳、吸液芯和密封端盖，管壳呈L形，吸液芯覆设于管壳的内壁上，密封端盖装设于管壳的两端并形成封闭管腔，密封管腔内装有工作液体。该热管具有结构简单、便于将铝电解槽侧壁处的热量传递到槽底的优点。本发明还公开了一种基于热管的导流式铝电解槽，包括槽体，槽体外侧设有保温砖层，槽体于侧壁内侧设有侧部碳块，槽体于槽底内侧设有耐火砖层，耐火砖层上方设有阴极碳块，阴极碳块中部设有中央聚铝沟，阴极碳块两侧通过捣固糊与侧部碳块连接，捣固糊与阴极碳块的连接处设有周边聚铝沟，槽体内设有上述的热管。该铝电解槽具有可降低铝电解槽侧部散热损失、提高铝电解槽热量利用率、使用寿命长的优点。

Description

一种热管以及基于热管的导流式铝电解槽

技术领域

本发明涉及有色冶金领域，尤其涉及有色冶金设备中用于传递热量的热管以及基于热管的导流式铝电解槽。

背景技术

霍尔-埃鲁特电解炼铝法自1888年诞生以来，一直是工业上大规模炼铝的唯一方法。一百多年来，围绕铝电解槽的提高电流效率和降低能耗，人们已进行了不懈的努力，使电流效率由最初的60%左右提高到了96%的目前最好水平，直流电耗则由41900kWh/t-Al降至12900kWh/t-Al，铝电解槽寿命也达到了5年以上。在现有技术装备条件下，如果铝电解工艺和设备没有根本性改变，这些指标差不多均已达到极限。因此，如何进一步提高效率、降低能耗，仍是当代铝业科技工作者所面临的重要课题。1986年澳大利亚的科玛尔克（Comalco）研究群体提出了导流型阴极概念，为铝电解槽节能提供了一个新的方向，该导流型阴极概念的基本思想是：使阴极底掌下基本不存铝液，即没有目前由于铝液面的波动而不得不采用较高极距的问题，从而可大幅度降低极距，使电解过程得以在较低的极间压降或较高的电流密度状态下进行；配合合适的阴极涂层技术和保温设计，达到将能耗降至10000kWh/t-Al以下的目标。

自此之后国际上相继出现了许多有关导流式铝电解槽的技术方案，如中国专利ZL200410023392.X公开的一种导流式硼化钛涂层阴极铝电解槽，中国专利ZL01248353.2公开的泄流式TiB2－石墨复合材料阴极铝电解槽，美国专利US2003/0201169A1、US2002/0166775A1和US6436273B1等公开的相关技术，以上技术方案的基本思想与澳大利亚的科玛尔克（Comalco）研究群体提出的导流型阴极概念相似：即阴极碳块具有一定的坡度与电解槽侧壁形成有聚铝沟，聚铝沟中铝液定时抽走，这样可以降低铝液波动，从而减少极距，节省电能消耗。但是这种导流式铝电解槽仍存在以下问题：1、由于极距的降低，必然造成铝电解槽所产生的热量减少，从而造成冷槽或铝电解槽抗热扰动弱，影响铝电解的正常生产；2、导流式铝电解槽不能改变电解槽散热损失大、严重恶化铝电解车间的生产环境的缺陷；3、由于导流式铝电解槽的槽体侧部温度要远远高于槽体底部温度，因此造成了槽体热应力比较大，而对于像阴极开设聚铝沟的导流式铝电解槽，其对热应力更为敏感，必然造成导流型电解槽寿命比较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、便于将铝电解槽侧壁处的热量传递到槽底的热管，以及可降低铝电解槽侧部散热损失、提高铝电解槽热量利用率、使用寿命长的基于热管的导流式铝电解槽。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种热管，包括管壳、吸液芯和密封端盖，所述管壳呈L形，所述吸液芯覆设于管壳的内壁上，所述密封端盖装设于管壳的两端并形成封闭管腔，所述密封管腔内装有工作液体。

所述管壳为钢管。

一种基于热管的导流式铝电解槽，包括槽体，所述槽体外侧设有保温砖层，槽体于侧壁内侧设有侧部碳块，槽体于槽底内侧设有耐火砖层，所述耐火砖层上方设有阴极碳块，所述阴极碳块中部设有中央聚铝沟，所述阴极碳块两侧通过捣固糊与侧部碳块连接，所述捣固糊与阴极碳块的连接处设有周边聚铝沟，所述槽体内设有可将侧壁处的热量传递到槽底的上述的热管。

所述热管一边竖直设置于保温砖层与侧部碳块之间，另一边水平设置于保温砖层与耐火砖层之间。

所述保温砖层外侧包覆有微孔硅酸钙板。

所述耐火砖层与阴极碳块之间设有耐火防渗层。

所述捣固糊与侧部碳块下方设有耐火混凝土层。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的热管结构简单、便于制作、成本低廉，其管壳呈L形，便于安装到铝电解槽中，将铝电解槽侧部的热量传递到底部；密封管腔中的工作液体被吸液芯吸收送到蒸发段，工作液体在此吸热变为气体后，再通过密封管腔回到冷凝段放热变回液体，如此循环完成热量的高效传递。管壳选用钢管，可起到磁场屏蔽效应效果，用在铝电解槽中时可降低铝液的波动高度，减缓电解槽内阴极铝液的流动速度，从而可以减少极距，降低铝电解生产电能消耗。本发明的基于热管的导流式铝电解槽由于装有上述的热管，因此具备与上述热管相应的技术效果，另外，通过热管把铝电解槽侧部的热量传递给底部，大大降低铝电解槽侧部散热损失，提高了铝电解槽热量利用率；同时使槽体温度分布更为均匀，降低了铝电解槽槽体内应力，规整了铝电解槽炉帮，提高了铝电解槽的使用寿命；并且能够维持铝电解槽的正常热平衡及增强其抵抗热扰动的能力，使槽况更为稳定；通过设置中央聚铝沟和周边聚铝沟，使铝电解槽产生的铝液通过聚铝沟流向盛铝池，可减少极距，降低铝电解生产的电能消耗。

附图说明

图1是本发明热管实施例的结构示意图；

图2是本发明铝电解槽实施例的结构示意图。

图中各标号表示：

1、侧壁2、槽底；3、保温砖层；4、侧部碳块；5、耐火砖层；6、热管；7、微孔硅酸钙板；8、耐火防渗层；9、阴极碳块；10、捣固糊；11、耐火混凝土层；61、管壳；62、吸液芯；63、密封端盖；64、封闭管腔；91、中央聚铝沟；92、周边聚铝沟。

具体实施方式

图1示出了本发明的一种热管实施例，该热管包括管壳61、吸液芯62和密封端盖63，管壳61呈L形，吸液芯62覆设于管壳61的内壁上，密封端盖63装设于管壳61的两端并形成封闭管腔64，密封管腔64内装有工作液体。本发明的热管结构简单、便于制作、成本低廉，呈L形的管壳61便于安装到铝电解槽中，将铝电解槽侧部的热量传递到底部；该热管工作时，密封管腔64中的工作液体被吸液芯62吸收送到蒸发段，工作液体在此吸热变为气体后，再通过密封管腔64回到冷凝段放热变回液体，如此循环完成热量的高效传递。

本实施例中，管壳61选用钢管，可起到磁场屏蔽效应效果，用在铝电解槽中时可降低铝液的波动高度，减缓电解槽内阴极铝液的流动速度，从而可以减少极距，降低铝电解生产电能消耗。

图2示出了本发明的一种基于热管的导流式铝电解槽实施例，该铝电解槽包括槽体，槽体外侧设有保温砖层3，保温砖层3外侧包覆有微孔硅酸钙板7，槽体于侧壁1内侧设有侧部碳块4，槽体于槽底2内侧设有耐火砖层5，耐火砖层5上方设有阴极碳块9，耐火砖层5与阴极碳块9之间设有耐火防渗层8，阴极碳块9中部设有中央聚铝沟91，阴极碳块9两侧通过捣固糊10与侧部碳块4连接，捣固糊10与侧部碳块4下方设有耐火混凝土层11，捣固糊10与阴极碳块9的连接处设有周边聚铝沟92，槽体内设有可将侧壁1处的热量传递到槽底2的如上述实施例所述的热管6，通过该热管6把铝电解槽侧壁1的热量传递给槽底2，大大降低铝电解槽侧壁1的散热损失，提高了铝电解槽热量利用率；同时使槽体温度分布更为均匀，降低了铝电解槽槽体内应力，规整了铝电解槽炉帮，提高了铝电解槽的使用寿命；并且能够维持铝电解槽的正常热平衡及增强其抵抗热扰动的能力，使槽况更为稳定；通过设置中央聚铝沟91和周边聚铝沟92，使铝电解槽产生的铝液通过聚铝沟流向盛铝池，可减少极距，降低铝电解生产的电能消耗。

本实施例中，L形的热管6一边竖直设置于保温砖层3与侧部碳块4之间，该段热管6为蒸发段，用于吸收侧部碳块4散发的热量，热管6内吸液芯62中的工作液体在该段热管6中蒸发吸热变为气态，L形的热管6另一边水平设置于保温砖层3与耐火砖层5之间，该段热管6为冷凝段，用于将热量释放到槽底2的耐火砖层5，管内气体通过封闭管腔64运动到冷凝段，在此冷凝放热变为工作液体，冷凝后的工作液体被吸液芯62吸收瓶传递到蒸发段。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1. 一种热管，其特征在于：包括管壳（61）、吸液芯（62）和密封端盖（63），所述管壳（61）呈L形，所述吸液芯（62）覆设于管壳（61）的内壁上，所述密封端盖（63）装设于管壳（61）的两端并形成封闭管腔（64），所述密封管腔（64）内装有工作液体。

2. 根据权利要求1所述的热管，其特征在于：所述管壳（61）为钢管。

3. 一种基于热管的导流式铝电解槽，包括槽体，所述槽体外侧设有保温砖层（3），槽体于侧壁（1）内侧设有侧部碳块（4），槽体于槽底（2）内侧设有耐火砖层（5），所述耐火砖层（5）上方设有阴极碳块（9），其特征在于：所述阴极碳块（9）中部设有中央聚铝沟（91），所述阴极碳块（9）两侧通过捣固糊（10）与侧部碳块（4）连接，所述捣固糊（10）与阴极碳块（9）的连接处设有周边聚铝沟（92），所述槽体内设有可将侧壁（1）处的热量传递到槽底（2）的如权利要求1或2所述的热管（6）。

4. 根据权利要求3所述的基于热管的导流式铝电解槽，其特征在于：所述热管（6）一边竖直设置于保温砖层（3）与侧部碳块（4）之间，另一边水平设置于保温砖层（3）与耐火砖层（5）之间。

5. 根据权利要求3或4所述基于热管的导流式铝电解槽，其特征在于：所述保温砖层（3）外侧包覆有微孔硅酸钙板（7）。

6. 根据权利要求5所述的基于热管的导流式铝电解槽，其特征在于：所述耐火砖层（5）与阴极碳块（9）之间设有耐火防渗层（8）。

7. 根据权利要求6所述的基于热管的导流式铝电解槽，其特征在于：所述捣固糊（10）与侧部碳块（4）下方设有耐火混凝土层（11）。