CN103060848B

CN103060848B - 一种人造炉膛铝电解槽

Info

Publication number: CN103060848B
Application number: CN201210553800.7A
Authority: CN
Inventors: 吕晓军; 赖延清; 张超; 李劼; 田忠良
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: CN103060848A

Abstract

本发明公开了一种人造炉膛铝电解槽，包括槽壳(13)、电解槽底部内衬(1)、阴极炭块(2)、阳极炭块(12)和浇注料(6)，其特征是：在所述的沿槽壳(13)的内侧四周砌筑有由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛伸腿(10)和人造炉膛炉帮(11)，所述的耐电解质熔体腐蚀绝缘材料是由Na₃AlF₆、K₃AlF₆、Li₃AlF₆、NaF、KF、LiF、AlF₃、CaF₂、MgF₂、Al₂O₃、MgO、MgAl₂O₄中的一种或多种组成。本发明是一种有利于低极距下提高电流效率，可实现铝电解槽低耗高效高稳定运行，同时有利于延长槽寿命的人造炉膛铝电解槽。

Description

一种人造炉膛铝电解槽

技术领域

本发明涉及一种铝电解槽，特别是涉及一种人造炉膛铝电解槽。

背景技术

工业铝电解生产因采用冰晶石、氟化铝等氟化物作为铝电解质主要组分，且电解温度维持在910～960℃之间，因此，铝电解槽内衬或筑炉材料需要经受高温强腐蚀熔体的侵蚀。为了较好地保护铝电解槽内衬，主要是侧部和人工伸腿处，在传统铝电解生产方法中，即在启动后较长一段时间内（一般3个月左右）让电解槽四周自生成一层固体结壳，也就是自生成炉膛，较好地保护了槽侧部和人工伸腿处，以防止电解槽漏炉而早期破损。这种自生成炉膛的好坏不仅影响着铝电解槽的寿命，而且更重要的是直接影响着铝电解槽的技术经济指标。总之，规整的炉膛内型是大型预焙铝电解槽实现低电压、高效、稳定运行以及长寿命的必备条件之一，对现代铝电解生产而言尤为重要。

对于传统的新建或大修后铝电解槽而言，在进入生产前，在经过焙烧与启动过程后，转入非正常生产期。

非正常期的目的主要是建立规整高稳定性的炉膛。为此，在这一时期，电解槽须保持高槽温、高槽电压、高电解质水平、高分子比的工艺技术条件，并在槽四周逐渐形成由α-Al₂O₃与冰晶石组成的固态结壳，以建立规整、稳定的炉膛内型。因此，对于传统铝电解槽而言，非正常期的管理尤为重要，其直接决定着铝电解槽炉膛形成的好坏。

对于传统铝电解槽及其非正常期运行管理而言，仍存在诸多不足：

1）根据不同的槽型、运行条件与技术方案，非正常期一般需要3个月之左右。该时期由于电解槽处于高槽温、高槽电压和高分子比的运行状态，电流效率偏低，使得电解槽运行能耗大幅度提升。

2）非正常期的高温高分子比工艺条件加剧了电解质中钠向阴极的渗透，导致阴极膨胀，严重威胁着阴极内衬的寿命，甚至导致早期破损而停槽，同时，启动后期的高温对铝电解槽的内衬材料也带来严重的考验，增大了内衬材料的热应力集中，也给槽寿命带来不利的影响。

3）传统铝电解槽因依靠非正常期的炉膛自生长，一旦铝电解槽保温结构设计、槽温、铝电解体系间不匹配或工艺条件控制不合理，容易形成畸形的炉膛，因此，这种自生成炉膛的形状可控性差。

4）正因为非正常期形成的炉膛较稳定，这也给后期想要对非正常期形成的畸形炉膛进行调控增加难度，比如，当在非正常期内形成的炉膛伸腿过长，导致后期生产中铝电解槽水平电流增加，槽稳定性显著降低，效率下降。而理想的伸腿长度为至阳极的正投影处，想要对过长的伸腿进行规整难度较大，因为正常生产期低分子比铝电解质的初晶温度比非正常期高分子比的要低20～40℃，如一味通过阳极效应来增加槽温，使过长伸腿熔化，但这同样增大了其他位置炉膛熔化的风险，处理不当甚至可能导致漏炉；如用人工或多功能天车处理，增大了劳动强度和槽散热量，效果也不理想。还有如在铝液-电解质界面处炉膛厚度较薄，容易导致铝的溶解损失加大，电流效率下降，即便后期有意识地对炉膛较薄部位进行规整，但新增形成的炉膛稳定性显著下降，在电解过程容易因生产（工艺条件、操作管理质量等）的波动而消耗。

由此可见，传统铝电解槽自生成的炉膛仍存在很多不足，且容易导致能耗高、效率低、生产不稳定且增加槽破损风险，给后期生产管理增大难度。为此，本发明提出了一种人造炉膛铝电解槽。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有利于低极距下提高电流效率，可实现铝电解槽低耗高效高稳定运行，同时有利于延长槽寿命的人造炉膛铝电解槽。

为了解决上述技术问题，本发明提供的人造炉膛铝电解槽，包括槽壳、电解槽底部内衬、阴极炭块、阳极炭块和浇注料，在所述的沿槽壳的内侧四周内侧砌筑有由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛伸腿和人造炉膛炉帮，所述的耐电解质熔体腐蚀绝缘材料是由Na₃AlF₆、K₃AlF₆、Li₃AlF₆、NaF、KF、LiF、AlF₃、CaF₂、MgF₂、Al₂O₃、MgO、MgAl₂O₄中的一种或多种组成。

所述的人造炉膛伸腿的伸腿长度至所述的阳极炭块的正投影阴极表面处。

所述的人造炉膛炉帮至所述的阳极炭块的大面距离为5cm～20cm，与所述的人造炉膛炉帮至所述的阳极炭块的小面距离为5cm～25cm。

在所述的槽壳内设有捣固糊伸腿，所述的人造炉膛伸腿砌筑在所述的捣固糊伸腿和所述的阴极炭块的上表面上。

所述的浇注料与所述的阴极炭块上表面平齐，所述的人造炉膛伸腿砌筑在所述的浇注料和所述的阴极炭块的上表面上。

所述的人造炉膛炉帮处于所述的人造炉膛伸腿上方。

在所述的人造炉膛伸腿和所述的人造炉膛炉帮与所述的槽壳之间设有侧部块。

所述的人造炉膛伸腿处于所述的人造炉膛炉帮的外侧。

在所述的人造炉膛炉帮与所述的槽壳之间设有侧部块。

采用上述技术方案的人造炉膛铝电解槽，是在电解槽的大修或新建筑炉过程中以及电解槽焙烧启动前预先砌筑形成的，即人造炉膛是由人造炉膛材料在电解槽内侧与阳极外围空间砌筑而成，而不是在电解槽启动后的非正常期内生长而成，生产金属铝的方法与传统的铝电解槽生产金属铝的方法基本上是一样的，只是人造炉膛铝电解槽在焙烧启动后无需经过自生成炉膛的非正常期，可直接转入正常生产；也可在高温高分子比条件下运行较短一段时间，再转入正常生产运行。

本发明提供的人造炉膛铝电解槽的特点是，将预先制备好的耐电解质熔体腐蚀的绝缘材料沿槽壳四周进行砌筑，以形成设计所需的人造炉膛内型，从而避免了传统铝电解槽在启动后需经高温高分子比条件下运行较长时间以自形成炉膛的工艺过程。由于本发明的人造炉膛铝电解槽，无需经过非正常期运行，并且可以真正实现规整的炉膛，所以具有以下几方面的优势：①大大减少了启动至正常运行期间所需的能耗；②避免了非正常期高温高分子比运行引起阴极Na膨胀而导致阴极破损的风险；③克服了传统槽非正常期自生成炉膛的不规整而导致后期难以规整的问题；④规整的人造炉膛可显著降低槽内水平电流，降低铝液的波动，减少铝的二次反应，有利于提高槽稳定性和电流效率。

综上所述，本发明在铝电解槽的炉膛是筑炉期间砌筑而成，即在电解槽焙烧启动前预先形成，即由预先制备好的耐电解质熔体腐蚀的绝缘材料在电解槽内侧与阳极外围空间砌筑而成，避免了传统铝电解槽在启动后需经高温高分子比条件下运行较长时间以形成炉膛的工艺过程。本发明的人造炉膛铝电解槽可以真正实现设计需要的规整炉膛，无需非正常期运行，大大减少启动至正常运行期间所需的能耗，避免了非正常期高分子比电解质运行引起阴极Na膨胀而导致阴极破损的风险。而且，克服了传统槽非正常期自生成炉膛的不规整而导致后期难以规整的问题，有利于实现铝电解槽低耗高效高稳定长寿命运行。因此，人造炉膛铝电解槽有利于低极距下提高电流效率，可实现铝电解槽低耗高效高稳定运行，同时有利于延长槽寿命。

附图说明

图1为本发明的基于传统铝电解槽结构的人造炉膛铝电解槽结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为本发明的无捣固糊伸腿的人造炉膛铝电解槽第一结构示意图。

图4为图3的侧视图。

图5为本发明的无捣固糊伸腿的人造炉膛铝电解槽第二结构示意图。

图6为图5的侧视图。

图7为本发明的无捣固糊伸腿和侧部块的人造炉膛铝电解槽第一结构示意图。

图8为图7的侧视图。

图9为本发明的无捣固糊伸腿和侧部块的人造炉膛铝电解槽第二结构示意图。

图10为图9的侧视图。

图中：

1为电解槽底部内衬，2为阴极炭块，3为阴极钢棒，4为阴极炭块间捣固糊，5侧部保温砖，6为浇注料，7为侧部耐火砖，8为侧部块，9为捣固糊伸腿、10为人造炉膛伸腿、11为人造炉膛炉帮、12为阳极炭块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限。

实施例1：

图1和图2所示人造炉膛铝电解槽，是基于传统铝电解槽结构的人造炉膛铝电解槽。该人造炉膛铝电解槽的最外面是一个钢制的槽壳13；槽壳13的内底部自下而上依次铺设硅酸钙板、保温砖、防渗料作为电解槽底部内衬1；底部内衬之上安装阴极炭块2；阴极炭块2两端设有阴极钢棒3；阴极炭块2之间填有炭素捣固糊4；紧贴槽壳13在防渗料上砌筑一层竖直的侧部保温砖5，侧部保温砖5的上表面在阴极炭块2上表面以下；在防渗料之上、侧部保温砖5与阴极炭块2之间，浇筑有与侧部保温砖5上表面齐平的浇注料6；紧贴槽壳13在浇注料6和侧部保温砖5之上砌筑有一层或几层水平的侧部耐火砖7；紧贴槽壳13在侧部耐火砖7之上砌筑有侧部块8；在阴极炭块2、浇注料6、侧部耐火砖7和侧部块8之间区域砌筑有捣固糊伸腿9；紧贴侧部块8在捣固糊伸腿9和阴极炭块2上砌筑横断面为不规则六边形的由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛伸腿10，人造炉膛伸腿10的伸腿长度至阳极炭块12的正投影阴极表面处；紧贴侧部块8在人造炉膛伸腿10上砌筑有横断面为长方形的由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛炉帮11；人造炉膛炉帮11与阳极炭块12的大面的距离为5cm，与阳极炭块12的小面的距离为5cm，耐电解质熔体腐蚀绝缘材料是由Na₃AlF₆、K₃AlF₆、Li₃AlF₆、NaF、KF、LiF、AlF₃、CaF₂、MgF₂、Al₂O₃、MgO、MgAl₂O₄中的一种或多种组成。

实施例2：

图3和图4所示人造炉膛铝电解槽，是无捣固糊伸腿的人造炉膛铝电解槽。该人造炉膛铝电解槽的最外面是一个钢制的槽壳13；槽壳13的内底部自下而上依次铺设硅酸钙板、保温砖、防渗料作为电解槽底部内衬1；底部内衬之上安装阴极炭块2；阴极炭块2两端设有阴极钢棒3；阴极炭块2之间填有炭素捣固糊4；紧贴槽壳13在防渗料上砌筑一层竖直的侧部保温砖5，侧部保温砖5的上表面在阴极炭块2上表面以下；在防渗料上、侧部保温砖5和阴极炭块2之间，浇筑有与侧部保温砖5上表面齐平的浇注料6；紧贴槽壳13在浇注料6和侧部保温砖5之上砌筑有一层或几层水平的侧部耐火砖7，侧部耐火砖7的上表面与阴极炭块2上表面齐平；在已浇筑的浇注料6之上、侧部耐火砖7和阴极炭块2之间，浇筑有与侧部耐火砖7和阴极炭块2上表面齐平的浇注料6；紧贴槽壳13在侧部耐火砖7之上砌筑有侧部块8；紧贴侧部块8在侧部耐火砖7、浇注料6和阴极炭块2上砌筑有横断面为梯形的由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛伸腿10；紧贴侧部块8在人造炉膛伸腿10上砌筑横断面为长方形的由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛炉帮11，人造炉膛伸腿10的伸腿长度至阳极炭块12的正投影阴极表面处；人造炉膛炉帮11与阳极炭块12的大面的距离为10cm，与阳极炭块12的小面的距离为15cm，耐电解质熔体腐蚀绝缘材料是由Na₃AlF₆、K₃AlF₆、Li₃AlF₆、NaF、KF、LiF、AlF₃、CaF₂、MgF₂、Al₂O₃、MgO、MgAl₂O₄中的一种或多种组成。

实施例3：

图5和图6所示人造炉膛铝电解槽，是另一种无捣固糊伸腿的人造炉膛铝电解槽。该人造炉膛铝电解槽的最外面是一个钢制的槽壳13；槽壳13内底部自下而上依次铺设硅酸钙板、保温砖、防渗料作为电解槽底部内衬1；底部内衬之上安装阴极炭块2；阴极炭块2两端设有阴极钢棒3；阴极炭块2之间填有炭素捣固糊4；紧贴槽壳13在防渗料上砌筑一层竖直的侧部保温砖5，侧部保温砖5的上表面在阴极炭块2上表面以下；在防渗料上、侧部保温砖5和阴极炭块2之间，浇筑有与侧部保温砖5上表面齐平的浇注料6；紧贴槽壳13在浇注料6和侧部保温砖5之上砌筑一层或几层水平的侧部耐火砖7，侧部耐火砖7的上表面与阴极炭块2上表面齐平；在已浇筑的浇注料6之上、侧部耐火砖7和阴极炭块2之间浇筑有与侧部耐火砖7和阴极炭块2上表面齐平的浇注料6；紧贴槽壳13在侧部耐火砖7之上砌筑侧部块8；紧贴侧部块7在侧部耐火砖7、浇注料6上砌筑有横断面为长方形的由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛炉帮11；紧贴人造炉膛炉帮11在浇注料6和阴极炭块2上砌筑横断面为直角三角形的由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛伸腿10，人造炉膛伸腿10的伸腿长度至阳极炭块12的正投影阴极表面处；人造炉膛炉帮11与阳极炭块12的大面的距离为15cm，与阳极炭块12的小面的距离为25cm，耐电解质熔体腐蚀绝缘材料是由Na₃AlF₆、K₃AlF₆、Li₃AlF₆、NaF、KF、LiF、AlF₃、CaF₂、MgF₂、Al₂O₃、MgO、MgAl₂O₄中的一种或多种组成。

实施例4：

图7和图8所示人造炉膛铝电解槽，是无捣固糊伸腿和侧部块的人造炉膛铝电解槽。该人造炉膛铝电解槽的最外面是一个钢制的槽壳13；槽壳13内底部自下而上依次铺设硅酸钙板、保温砖、防渗料作为电解槽底部内衬1；底部内衬之上安装阴极炭块2；阴极炭块2两端设有阴极钢棒3；阴极炭块2之间填有炭素捣固糊4；紧贴槽壳13在防渗料上砌筑一层竖直的侧部保温砖5，侧部保温砖5的上表面在阴极炭块2上表面以下；在防渗料上、侧部保温砖5和阴极炭块2之间，浇筑有与侧部保温砖5上表面齐平的浇注料6；紧贴槽壳13在浇注料6和侧部保温砖5之上砌筑有一层或几层水平的侧部耐火砖7，侧部耐火砖7的上表面与阴极炭块2上表面齐平；在已浇筑的浇注料6之上、侧部耐火砖7和阴极炭块2之间浇筑有与侧部耐火砖7和阴极炭块2上表面齐平的浇注料6；紧贴槽壳13在侧部耐火砖7、浇注料6和阴极炭块2上砌筑有横断面为梯形的由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛伸腿10，人造炉膛伸腿10的伸腿长度至阳极炭块12的正投影阴极表面处；紧贴槽壳13在人造炉膛伸腿10上砌筑有横断面为长方形的由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛炉帮11，人造炉膛炉帮11、人造炉膛伸腿10与槽壳13之间的缝隙用氧化铝粉填埋；人造炉膛炉帮11与阳极炭块12的大面的距离为10cm，与阳极炭块12的小面的距离为20cm，耐电解质熔体腐蚀绝缘材料是由Na₃AlF₆、K₃AlF₆、Li₃AlF₆、NaF、KF、LiF、AlF₃、CaF₂、MgF₂、Al₂O₃、MgO、MgAl₂O₄中的一种或多种组成。

实施例5：

图9和图10所示人造炉膛铝电解槽，是另一种无捣固糊伸腿和侧部块的人造炉膛铝电解槽。该人造炉膛铝电解槽的最外面是一个钢制的槽壳13；槽壳13内底部自下而上依次铺设硅酸钙板、保温砖、防渗料作为电解槽底部内衬1；底部内衬之上安装阴极炭块2；阴极炭块2两端设有阴极钢棒3；阴极炭块2之间填有炭素捣固糊4；紧贴槽壳13在防渗料上砌筑一层竖直的侧部保温砖5，侧部保温砖5的上表面在阴极炭块2上表面以下；在防渗料上、侧部保温砖5和阴极炭块2之间，浇筑有与侧部保温砖5上表面齐平的浇注料6；紧贴槽壳13在浇注料6和侧部保温砖5之上砌筑有一层或几层水平的侧部耐火砖7，侧部耐火砖7的上表面与阴极炭块2上表面齐平；在已浇筑的浇注料6之上、侧部耐火砖7和阴极炭块2之间再浇筑有与侧部耐火砖7和阴极炭块2上表面齐平的浇注料6；紧贴槽壳13在侧部耐火砖7、浇注料6上砌筑有横断面为长方形的由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛炉帮11；紧贴人造炉膛炉帮11在浇注料6和阴极炭块2上砌筑有横断面为直角三角形的由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛伸腿10，人造炉膛伸腿10的伸腿长度至阳极炭块12的正投影阴极表面处。人造炉膛炉帮11、人造炉膛伸腿10与槽壳13之间的缝隙用氧化铝粉填埋；人造炉膛炉帮11与阳极炭块12的大面的距离为20cm，与阳极炭块12的小面的距离为25cm，耐电解质熔体腐蚀绝缘材料是由Na₃AlF₆、K₃AlF₆、Li₃AlF₆、NaF、KF、LiF、AlF₃、CaF₂、MgF₂、Al₂O₃、MgO、MgAl₂O₄中的一种或多种组成。

Claims

1.一种人造炉膛铝电解槽，包括槽壳(13)、电解槽底部内衬(1)、阴极炭块(2)、阳极炭块(12)和浇注料(6)，其特征是：在所述的沿槽壳(13)的内侧四周内侧砌筑有由耐电解质熔体腐蚀绝缘材料构成的人造炉膛伸腿(10)和人造炉膛炉帮(11)，所述的耐电解质熔体腐蚀绝缘材料是由Na₃AlF₆、K₃AlF₆、Li₃AlF₆、NaF、KF、LiF、AlF₃、CaF₂、MgF₂、Al₂O₃、MgO、MgAl₂O₄中的一种或多种组成，所述的人造炉膛伸腿(10)的伸腿长度至所述的阳极炭块(12)的正投影阴极表面处，所述的人造炉膛炉帮(11)至所述的阳极炭块(12)的大面距离为5cm～20cm，与所述的人造炉膛炉帮(11)至所述的阳极炭块(12)的小面距离为5cm～25cm。

2.根据权利要求1所述的人造炉膛铝电解槽，其特征是：在所述的槽内设有捣固糊伸腿(9)，所述的人造炉膛伸腿(10)砌筑在所述的捣固糊伸腿(9)和所述的阴极炭块(2)的上表面上。

3.根据权利要求1或2所述的人造炉膛铝电解槽，其特征是：所述的浇注料(6)与所述的阴极炭块(2)上表面平齐，所述的人造炉膛伸腿(10)砌筑在所述的浇注料(6)和所述的阴极炭块(2)的上表面上。

4.根据权利要求1或2所述的人造炉膛铝电解槽，其特征是：所述的人造炉膛炉帮(11)处于所述的人造炉膛伸腿(10)上方。

5.根据权利要求4所述的人造炉膛铝电解槽，其特征是：在所述的人造炉膛伸腿(10)和所述的人造炉膛炉帮(11)与所述的槽壳(13)之间设有侧部块(8)。

6.根据权利要求1或2所述的人造炉膛铝电解槽，其特征是：所述的人造炉膛伸腿(10)处于所述的人造炉膛炉帮(11)的外侧。

7.根据权利要求6所述的人造炉膛铝电解槽，其特征是：在所述的人造炉膛炉帮(11)与所述的槽壳(13)之间设有侧部块(8)。