CN103103567B - 电解铝设备及其阳极碳块加热炉 - Google Patents

电解铝设备及其阳极碳块加热炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电解铝设备及其阳极碳块加热炉，其电解铝设备包括电解槽，电解槽内设置有阳极碳块，电解槽的一侧设置有阳极碳块加热炉，阳极碳块加热炉与电解槽之间设置有由阳极碳块加热炉上方延伸至电解槽上的吊运行车，吊运行车的小车下部设置有夹持阳极碳块的夹紧装置，所述阳极碳块加热炉包括下端的炉底、四周的炉体以及顶端的炉顶，所述的炉底上间隔凸设有有放置阳极碳块的凸台，所述炉顶的内侧固定布设有用于夹持阳极碳块的阳极导杆的夹具，所述夹具与所述凸台一一对应，所述的阳极碳块加热炉还设置有加热装置。先阳极碳块进行预热后更换到电解槽内，克服了冷极入槽引起槽电压摆的现状，绿色环保，节能效果明显。

Description

电解铝设备及其阳极碳块加热炉
技术领域
本发明涉及一种通过电解法生产金属铝的电解铝设备，同时本发明还涉及对电解铝设备的阳极碳块进行预热的阳极碳块加热炉。
背景技术
在电解铝的工艺中得到金属铝的反应式为：2AL2O3+3C=4AL+3CO2，反应条件为：通电，电解铝的工艺流程如图1所示，由上述方程式结合工艺流程图可以看出在产生金属铝的同时会消耗碳。现有技术中用电解的方式生产金属铝的设备一般都包括电解槽，电解槽内设置有阳极碳块，在实际生产中通过消耗阳极碳块来进行生产的，这样，随着反应的进行，阳极碳块会被消耗，这就需要更换阳极炭块。但是换极后会出现很多副面问题，比如易出现电压摆动，电解槽稳定性差，造成电耗增加，效率降低；换极后新极导电量很少，基本上24H才达到全电流；换极后新极吸收电解槽的热量，造成电解槽热能损失；新极换上后，由于局部温度过低，影响电解槽电流分布不均，严重的造成相邻极钢爪发红，甚至阳极脱落。换极前电解槽相对较稳定，换极后造成电压波动。长时间电压高，影响电耗，同时电压波动也造成铝损失增加，这是制约铝电解行业吨铝直流电耗高的原因之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种电解铝设备，以解决现有技术中的电解铝设备在更换了阳极碳块后出现的电压摆动、电解槽稳定性差、造成电耗增加的问题，同时，本发明的目的还在于提供该电解铝设备的阳极碳块加热炉。
为了实现以上目的，本发明的电解铝设备采用如下技术方案：一种电解铝设备，包括电解槽，电解槽内设置有阳极碳块，电解槽的一侧设置有阳极碳块加热炉，阳极碳块加热炉与电解槽之间设置有由阳极碳块加热炉上方延伸至电解槽上的吊运行车，吊运行车的小车下部设置有夹持阳极碳块的夹紧装置，所述阳极碳块加热炉包括下端的炉底、四周的炉体以及顶端的炉顶，所述的炉底上间隔凸设有有放置阳极碳块的凸台，所述炉顶的内侧固定布设有用于夹持阳极碳块的阳极导杆的夹具，所述夹具与所述凸台一一对应，所述的阳极碳块加热炉还设置有加热装置。
所述的加热装置为炉体上布设的伸入阳极碳块加热炉内的燃烧器，所述的燃烧器上连接有天然气供气管。
所述的阳极碳块加热炉内设置有温控装置，所述温控装置具有警报装置并与天然气供气管上设置的开关阀控制相连。
所述炉底包括处在最外侧的钢板，钢板的内侧面的四周砌设有耐火砖带，所述耐火砖带围成的空间内填设有保温沙层，耐火砖带与保温沙层的内侧叠设有耐火砖层，所述凸台设置在耐火砖层上。
所述阳极碳块加热炉内的加热温度为700~800度。
本发明的电解铝设备的阳极碳块加热炉采用如下技术方案：
一种电解铝设备的阳极碳块加热炉，所述阳极碳块加热炉包括下端的炉底、四周的炉体以及顶端的炉顶，所述的炉底上间隔凸设有有放置阳极碳块的凸台，所述炉顶的内侧固定布设有用于夹持阳极碳块的阳极导杆的夹具，所述夹具与所述凸台一一对应，所述的阳极碳块加热炉还设置有加热装置。
所述的加热装置为炉体上布设的伸入阳极碳块加热炉内的燃烧器，所述的燃烧器上连接有天然气供气管。
所述的阳极碳块加热炉内设置有温控装置，所述温控装置具有警报装置并与天然气供气管上设置的开关阀控制相连。
所述炉底包括处在最外侧的钢板，钢板的内侧面的四周砌设有耐火砖带，所述耐火砖带围成的空间内填设有保温沙层，耐火砖带与保温沙层的内侧叠设有耐火砖层，所述凸台设置在耐火砖层上。
所述阳极碳块加热炉内的加热温度为700~800度。
本发明的电解槽的一侧设置有阳极碳块加热炉，在更换电解槽内的阳极碳块时，先将新的阳极碳块放在阳极碳块加热炉中进行预热，然后再将预热好的阳极碳块用吊运行车运送到电解槽的上方，进行阳极碳块的更换，由于阳极碳块进行了预热，更换电极后的电解槽内的温度仍然均匀，不存在温度低的区域，新的阳极阳极碳块一到电解槽内就很快导全电流，正常工作，减少对电解槽的干扰，避免对电解槽的温度冲击，彻底克服冷极入槽引起槽电压摆的现状，不但绿色环保，而且节能效果明显。
本发明的加热装置为使用天然气的燃烧器，天然气是一种的洁净能源，不会对环境造成污染，具有重大的环保意义。
本发明设置有温控装置，可以自动控制阳极碳块加热炉的加热温度，能准确控制阳极碳块的预热温度，在达到预热温度的同时不会造成能源浪费，从而达到节能的目的。
附图说明
图1电解铝的工艺流程图；
图2是本发明的阳极碳块加热炉的结构示意图；
图3是图1的后视图的剖视图；
图4是图1的俯视图；
图5是图1中的阳极碳块加热炉的立体结构示意图。
具体实施方式
一种电解铝设备的实施例，电解铝设备的电解槽的一侧设置有阳极碳块加热炉，电解槽与阳极碳块加热炉之间设置有吊运行车，这里的吊运行车为现有技术中的吊运行车，吊运行车的运行轨道的两端分别延伸到电解槽和阳极碳块加热炉的上方，运行轨道上移动装配有小车，小车可以由在电解槽和阳极碳块加热炉之间移动，小车的下部具有夹持阳极碳块的夹紧装置，这里的夹紧装置也要能夹持中阳极碳块的阳极倒杆把阳极碳块吊起来就可以。这里的阳极碳块加热炉的结构形式如图2~5所示，阳极碳块加热炉为方形，由下端的炉底、四周的炉体1和顶端8的炉顶组成，在炉底的内侧向内凸设有凸台7，各个凸台7间隔设置，在炉顶上间隔布设有用于夹持阳极碳块的阳极导杆的夹具9，各个夹具9与各个凸台7一一对应，在使用的时候，阳极碳块上部的阳极导杆被夹持在炉顶的夹具9上，阳极碳块的下端防止在凸台7上。
本实施例的阳极碳块加热炉的加热装置为燃烧器，燃烧器装配在炉体上并伸入阳极碳块加热炉内部，每两个相邻的凸台之间就设置有一个，该燃烧器的燃料为天然气，燃烧器上设置有天然气供气管10，天然气公司管10上设置有与燃烧器一一对应的支管，各个支管与各自对应的燃烧器相连，并将主管里的天然气供给燃烧器。
本实施例中的炉底由多个层组成，处在最外侧为钢板5，在钢板5的内侧边缘处四周砌设有耐火砖带4，耐火砖带4形成一个封闭的圈，在耐火砖带4围成的空间内填设有保温沙层6，在耐火砖带4与保温沙层6的内侧设有耐火砖层3，耐火砖层3叠置在耐火砖带4与保温沙层6的内侧，上面所说的凸台设置在耐火砖层3的内侧面上。
在阳极碳块加热炉内还设置有温控装置，天然气供气管10上设置的开关阀，该开关阀为电磁开关阀，温控装置与天然气供气管10上设置的开关阀控制相连，温控装置检测阳极碳块加热炉内的温度，当温度达到设定值以后，温控装置会控制开关阀关闭，温控装置还具有具有警报装置，当极碳块加热炉内的温度达到设定值以后，温控装置会发出警报。
本实施例中的阳极碳块加热炉内的加热温度为700~800度。
一种电解铝设备的阳极碳块加热炉的实施例，在图2~5中，本实施例中的阳极碳块加热炉即为上述实施例中的电解铝设备中的阳极碳块加热炉，为方形，由下端的炉底、四周的炉体1和顶端8的炉顶组成，在炉底的内侧向内凸设有凸台7，各个凸台7间隔设置，在炉顶上间隔布设有用于夹持阳极碳块的阳极导杆的夹具9，各个夹具9与各个凸台7一一对应，在使用的时候，阳极碳块上部的阳极导杆被夹持在炉顶的夹具9上，阳极碳块的下端防止在凸台7上。
本实施例的阳极碳块加热炉的加热装置为燃烧器，燃烧器装配在炉体上并伸入阳极碳块加热炉内部，每两个相邻的凸台之间就设置有一个，该燃烧器的燃料为天然气，燃烧器上设置有天然气供气管10，天然气公司管10上设置有与燃烧器一一对应的支管，各个支管与各自对应的燃烧器相连，并将主管里的天然气供给燃烧器。
本实施例中的炉底由多个层组成，处在最外侧为钢板5，在钢板5的内侧边缘处四周砌设有耐火砖带4，耐火砖带4形成一个封闭的圈，在耐火砖带4围成的空间内填设有保温沙层6，在耐火砖带4与保温沙层6的内侧设有耐火砖层3，耐火砖层3叠置在耐火砖带4与保温沙层6的内侧，上面所说的凸台设置在耐火砖层3的内侧面上。
在阳极碳块加热炉内还设置有温控装置，天然气供气管10上设置的开关阀，该开关阀为电磁开关阀，温控装置与天然气供气管10上设置的开关阀控制相连，温控装置检测阳极碳块加热炉内的温度，当温度达到设定值以后，温控装置会控制开关阀关闭，温控装置还具有具有警报装置，当极碳块加热炉内的温度达到设定值以后，温控装置会发出警报。
本实施例中的阳极碳块加热炉内的加热温度为700~800度。
在电解槽内的阳极碳块需要更换的时，先将原来的残极卸下，然后将处在阳极碳块加热炉中预热好的阳极碳块取出，装在吊运行车上，移到电解槽的上方，放下并安装在电解槽内即可。
上述实施例中的加热装置为燃烧天然气的加热器，也可以是其他的加热装置。
采用预热阳极碳块的方法可以取得很好的节能效果，其效果如下：
已知：阳极使用周期32天，（32*24=768小时）
阳极高度为600，残极厚度一般在170左右，则32天消耗量为600-170=430mm
每小时阳极消耗量＝430/768＝0.56mm
每台槽16组极，平均每48小时要换一组极，则换极前电解槽上的阳极厚度分别为：
极号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
使用时间 48 96 144 192 240 288 336 384 432 480 528 576 624 672 720 768
残极厚度 573 546 519 492 466 439 412 385 358 331 304 277 251 224 197 170
根据每块残极厚度计算出各阳极炭块电阻，各阳极以并联方式排列，则总电阻：
1/R总1＝1/R1+1/R2+1/R3……+1/R16
经计算R总1=0.0000005655662
吊极后，使用768小时的那组极被吊出，此时槽子上只有15组极，则此时总电阻为：1/R总2=1/R1+1/R2+1/R3……+1/R15
经计算R总2=0.0000006425598
R总2比R总1大13.61%。也就是说吊极后阳极电阻比吊极前增加13.61%。
从现场观测来看，一吊出极，在极脱离电解质的时候，电压升高80-120mv左右，这足以说明阳极前后电阻之变化，根据中南大学测试值，阳极炭块压降约为206mv,降低13.6%约为30mv,也就是说仅此一项能降低电压约30mv；全系列一个月可节电175000度，约9.1万元。
另外，新极在装上槽子后，因阳极温度低，在新极底掌会粘上一层3－8cm左右的电解质皮，这层电解质皮会在2－4小时左右化掉，阳极炭块缓慢升温，在24小时左右，阳极下半部温度达到600度－800度，（现场观测为炭块下半部发红），上半部仍为黑色。根据现场测量的新极电流分布情况分析如下：
从电流分布情况看，阳极在24小时后才基本达到全电流，有个别极可能48小时后导电效果仍不理想。也就是说新极在24小时内消耗很少，从吊出换了24小时的新极看，基本上没有消耗。
我们知道铝的反应式为：
2AL2O3+3C=4AL+3CO2
3*12（36）：4*27（108）
A：X
从上式可以看出，要产出108克铝，要消耗36克炭阳极。炭阳极每小时消耗0.56mm，而一组阳极24小时消耗约13.5mm。按13.5mm炭块重量为1500*660*2*13.5*1.5=40千克设A=40，则X=120千克。可以理解，因为新阳极不导电，造成参与电化学反应的炭减少，理论上计算新极24小时不导电少产铝120千克，按效率92计算，每组极少产铝110千克。每月换16组极，相当于每台电解槽每月少产铝=110*16=1.76吨。
若让每组换上的新极都很快导电，相当于每台槽每月增产1.76吨，而实际上不可能每组新极都24小时不导电，按电流分布情况测算，我们按每台槽每月增产1吨，按一个工区31台计算，每月多产原铝31吨左右。按每吨16000元计算，约50万元。全系列增加200万元。

Claims (8)

1.一种电解铝设备，包括电解槽，电解槽内设置有阳极碳块，其特征在于：电解槽的一侧设置有阳极碳块加热炉，阳极碳块加热炉与电解槽之间设置有由阳极碳块加热炉上方延伸至电解槽上的吊运行车，吊运行车的运行轨道的两端分别延伸到电解槽和阳极碳块加热炉的上方，运行轨道上移动装配有小车，小车可以在电解槽与阳极碳块加热炉之间移动,吊运行车的小车下部设置有夹持阳极碳块的夹紧装置，所述阳极碳块加热炉包括下端的炉底、四周的炉体以及顶端的炉顶，所述的炉底上间隔凸设有放置阳极碳块的凸台，所述炉顶的内侧固定布设有用于夹持阳极碳块的阳极导杆的夹具，所述夹具与所述凸台一一对应，所述的阳极碳块加热炉还设置有加热装置，所述阳极碳块加热炉内的加热温度为700~800 度。
2.根据权利要求1 所述的电解铝设备，其特征在于：所述的加热装置为炉体上布设的伸入阳极碳块加热炉内的燃烧器，所述的燃烧器上连接有天然气供气管。
3.根据权利要求2 所述的电解铝设备，其特征在于：所述的阳极碳块加热炉内设置有温控装置，所述温控装置具有警报装置并与天然气供气管上设置的开关阀控制相连。
4.根据权利要求1 或2 或3 所述的电解铝设备，其特征在于：所述炉底包括处在最外侧的钢板，钢板的内侧面的四周砌设有耐火砖带，所述耐火砖带围成的空间内填设有保温沙层，耐火砖带与保温沙层的内侧叠设有耐火砖层，所述凸台设置在耐火砖层上。
5.一种电解铝设备的阳极碳块加热炉，其特征在于：所述阳极碳块加热炉包括下端的炉底、四周的炉体以及顶端的炉顶，所述的炉底上间隔凸设有放置阳极碳块的凸台，所述炉顶的内侧固定布设有用于夹持阳极碳块的阳极导杆的夹具，所述夹具与所述凸台一一对应，所述的阳极碳块加热炉还设置有加热装置，所述阳极碳块加热炉内的加热温度为700~800 度。
6.根据权利要求5所述的电解铝设备的阳极碳块加热炉，其特征在于：所述的加热装置为炉体上布设的伸入阳极碳块加热炉内的燃烧器，所述的燃烧器上连接有天然气供气管。
7.根据权利要求6所述的电解铝设备的阳极碳块加热炉，其特征在于：所述的阳极碳块加热炉内设置有温控装置，所述温控装置具有警报装置并与天然气供气管上设置的开关阀控制相连。
8.根据权利要求5 或6或7 所述的电解铝设备的阳极碳块加热炉，其特征在于：所述炉底包括处在最外侧的钢板，钢板的内侧面的四周砌设有耐火砖带，所述耐火砖带围成的空间内填设有保温沙层，耐火砖带与保温沙层的内侧叠设有耐火砖层，所述凸台设置在耐火砖层上。
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