CN102051636B - 基于热管的预焙铝电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热管的预焙铝电解槽，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，所述槽体内设有可将侧壁处的热量传递到槽底的热管。该基于热管的预焙铝电解槽具有降低铝电解槽侧部散热损失、提高了铝电解槽热量利用率、使用寿命长的优点。

Description

基于热管的预焙铝电解槽

技术领域

本发明涉及有色冶金领域的铝电解槽，尤其涉及基于热管的预焙铝电解槽。

背景技术

目前炼铝的方法主要采用霍尔-埃鲁特（Hall-Heroult）熔盐电解法，它是利用冰晶石-氧化铝熔盐体系来电解铝，冰晶石作为熔剂，氧化铝作为熔质熔解在其中，在直流电作用下发生电化学反应，含氧络合离子在阳极放电释放出CO₂，含铝络合离子在阴极放电得到铝。

现代铝工业中电解铝的主要生产设备为铝电解槽，电解槽的工作温度在950℃左右，工作电压4V左右，每电解生产1吨铝约需耗电13000kWh，占生产成本的三分之一左右。随着电解铝技术的进步，电解槽的容量向大型化发展，槽体的发热量也越来越大，然而由于在铝电解槽的设计中一直沿用传统的设计理念，即加强铝电解槽侧部散热和底部保温，这造成槽壳侧壁温度高达450℃以上，槽壳侧壁温度比槽壳底部温度高300℃以上，这造成了槽壳热应力过大，槽壳会发生严重变形，其内衬也会受力破损，从而降低了电解槽的寿命。同时，槽壳侧壁温度过高，会造成铝电解槽的炉帮不易生成，易引起槽壁内衬的破损；槽壳所散发的热量白白地损失掉，也严重的恶化了铝电解车间的生产环境。

针对上述问题，铝电解研究者分别提出了加强铝电解槽侧部散热、加强铝电解槽余热回收利用和改变铝电解槽内衬结构的技术方案。加强铝电解槽侧部散热的技术有：中国专利文献ZL200720014618.9公开的铝电解槽强制冷却系统，中国专利文献ZL200820300111.4公开的一种铝电解槽壳侧壁的局部强制冷却装置，中国专利文献ZL200620168327.0公开的大型铝电解槽强制对流冷却装置，中国专利文献ZL200720011498.7公开的一种大型铝电解槽通风散热装置，中国专利文献ZL200720190849.5公开的一种铝电解槽侧部散热装置以及中国专利文献ZL03249580.3公开的铝电解槽端头槽壳新型通风结构等，以上技术虽然加强了电解槽侧壁的冷却，但都没有考虑如何有效利用铝电解槽槽壳所散发的热能。加强铝电解槽余热回收利用的技术有：中国专利文献ZL200710034298.8公开的铝电解槽余热利用热声模块装置，中国专利文献ZL200820053438.6公开的风冷式铝电解槽废热利用装置，中国专利文献ZL200820053439.0公开的铝电解槽废热利用装置，中国专利文献ZL200720307041.0公开的气体介质铝电解槽余热回收装置等，以上技术虽然对铝电解槽余热加以回收利用，但是大多热回收效率不高，利用气体介质或液体介质换热器与槽壳侧壁进行热量交换从而加热气体介质或液体介质来满足工业应用或生活应用，这种方法虽然换热效率较高，但该系统结构复杂、占用空间大，在铝电解车间这种空间利用率很高的地方难以实现。改进铝电解槽内衬结构的技术有很多，大概可分为两类，一类是常规型铝电解槽，如中国专利文献ZL200810227120.X公开的一种大型铝电解槽内衬结构，中国专利文献ZL200710048985.5公开的一种大型预焙铝电解槽内衬结构，此类常规型铝电解槽都是对铝电解槽进行局部优化，从而使铝电解槽侧部散热得到强化而底部保温得到加强，受其结构限制大多是治标不治本，热能流失严重；第二类是导流式铝电解槽内衬结构，如中国专利文献ZL200410023392.X公开的一种导流式硼化钛涂层阴极铝电解槽，中国专利文献ZL200710010523.4公开的一种异形阴极碳块结构铝电解槽，以及美国专利文献US2003/0201169A1、 US2002/0166775A1和US5028301公开的导流式铝电解槽，这种铝电解槽主要特征为阴极碳块具有一定的坡度，电解槽具有聚铝沟，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，但是上述铝电解槽不能根本改变侧部散热严重的问题。

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，提供一种降低铝电解槽侧部散热损失、提高了铝电解槽热量利用率、使用寿命长的基于热管的预焙铝电解槽。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于热管的预焙铝电解槽，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，所述槽体内设有可将侧壁处的热量传递到槽底的热管。

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

所述热管包括管壳和吸液芯，所述管壳呈L形，所述吸液芯覆设于管壳的内壁上，所述管壳的两端均装设有密封端盖并形成封闭管腔，所述密封管腔内装有工作液体。

所述管壳为钢管。

保温砖层外侧包覆有微孔硅酸钙板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的基于热管的预焙铝电解槽，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；槽体温度分布更为均匀，降低了铝电解槽槽体应力，规整了铝电解槽炉帮，提高铝电解槽的使用寿命；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。热管的管壳选用钢管，除了槽体对磁场的屏蔽效应之外，钢管也可起到磁场屏蔽效应效果，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。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中热管的结构示意图。

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。

具体实施方式

图1和图2示出了本发明的一种基于热管的预焙铝电解槽实施例，该铝电解槽包括槽体，在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内侧自下而上依次设有耐火砖层5、耐火防渗层8和阴极碳块9，侧部碳块4与阴极碳块9通过捣固糊10和耐火混凝土层11固定，槽体内设有可将侧壁1处的热量传递到槽底2的热管6。通过热管6可以将铝电解槽侧壁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。

本实施例中，热管6包括管壳61和吸液芯62，管壳61呈L形，吸液芯62覆设于管壳61的内壁上，管壳61的两端均装设有密封端盖63并形成封闭管腔64，密封管腔64内装有工作液体；热管6呈L形，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。本实施例中，管壳61选用钢管，除了槽体对磁场有屏蔽效应之外，钢管也可起到磁场屏蔽效应效果，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。

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 (4)

1.一种基于热管的预焙铝电解槽，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），其特征在于：所述槽体内设有可将侧壁（1）处的热量传递到槽底（2）的热管（6），所述热管（6）呈L形，所述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，所述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。

2.根据权利要求1所述的基于热管的预焙铝电解槽，其特征在于：所述热管（6）包括管壳（61）和吸液芯（62），所述管壳（61）呈L形，所述吸液芯（62）覆设于管壳（61）的内壁上，所述管壳（61）的两端均装设有密封端盖（63）并形成封闭管腔（64），所述密封管腔（64）内装有工作液体。

3.根据权利要求2所述的基于热管的预焙铝电解槽，其特征在于：所述管壳（61）为钢管。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于热管的预焙铝电解槽，其特征在于：所述保温砖层（3）外侧包覆有微孔硅酸钙板（7）。

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