CN104854264B - 用于还原铝的电解槽中的壁的侧壁砖 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电解槽，特别是用于生产铝的电解槽中的壁的侧壁砖，用于制造这种侧壁砖的方法，这种侧壁砖的用途，和具有这种侧壁砖的电解槽。侧壁砖(28)是层状体，其包含具有较高热导率的层和具有较低热导率的层，其中所述热导率的差至少为5W/(m·K)。

Description

用于还原铝的电解槽中的壁的侧壁砖

本发明涉及用于电解槽，特别是用于生产铝的电解槽中的壁的侧壁砖(Seitenstein)，用于制造这种侧壁砖的方法，和这种侧壁砖的用途以及具有这种侧壁砖的电解槽。

电解槽被用于通过电解来生产铝，这在工业中常规上通过Hall-Héroult方法来进行。在Hall-Héroult方法中，将由氧化铝和冰晶石构成、优选由约15％～20％氧化铝和约85％～80％冰晶石构成的熔体电解。冰晶石Na₃[AlF₆]由此用于将纯氧化铝的2045℃的熔点降低到含有冰晶石、氧化铝和外加物质例如氟化铝和氟化钙的混合物的约960℃，使得可以在约960℃的降低的温度下进行熔体电解。

在这种方法中使用的电解槽具有由形成阴极的多个毗连的阴极块、例如24个毗连的阴极块构成的底部。在所述毗连的阴极块之间形成间隙。所述阴极块和可被填充的所述间隙的布置一般被称为阴极底部。所述阴极底部被由多个侧壁砖形成的壁封闭，并且所述壁与所述阴极底部一起形成内槽，所述内槽容纳铝层和熔体层并且其被外钢槽封闭。毗连的阴极块之间以及阴极块与侧壁砖之间存在的间隙或间隔在常规上用碳和/或含碳材料如无烟煤或石墨的捣打料以及粘合剂如煤焦油沥青进行填充。其充当针对熔融成分的密封并且补偿例如由于阴极块在电解槽启动期间受热时的膨胀而出现的机械应力。为了承受在电解槽操作期间普遍存在的热和化学条件，所述阴极块在常规上由均一的含碳材料构成，并且所述侧壁砖在常规上由均一的含碳材料或碳化硅构成。所述阴极块的底面设置有凹槽，在每个凹槽中布置有至少一个电流导轨，经阳极供应的电流通过所述电流导轨从电解槽传送出来。在阴极底部下面，也就是说在阴极块与容纳阴极的钢槽的底部之间，在常规上设置有耐火材料衬里，其使钢槽底部与阴极底部热绝缘。

由单独的阳极块形成的阳极布置在位于阴极上面的熔融铝层上方约3cm～5cm处，含有氧化铝和冰晶石的熔体位于所述阳极与铝表面之间。在约960℃下进行电解期间，形成的铝由于其密度与熔体相比较大而沉降在熔融层下方，也就是说作为阴极块的顶面与熔融层之间的中间层。在电解期间，溶解在熔融冰晶石中的氧化铝被流过的电流分解成铝和氧。根据电化学观点，熔融铝层是真正的阴极，因为铝离子在其表面处被还原成元素铝。然而，在下文中术语阴极将被理解为不是指根据电化学观点的阴极即熔融铝层，而是指形成阴极底部并由一个或多个阴极块构成的部件。

为了确保电解槽的高生产率，现代电解槽在例如高达600kA的高电解电流强度下操作。这些高电流强度导致在电解过程期间的热量产生增加。由于高的热量产生，已发现，难以以如下方式适配来自电解槽的热耗散：使得在整个电解槽中实现在电解的稳定性和效率方面以及在电解槽的使用寿命方面的最佳热状况，电解的能源效率例如因热量产生较高的电解槽区域中的过多热能损失而降低。电解操作的可靠性和经济性以及电解槽的使用寿命因此由于电解槽中的不利热状况而受损。

虽然可以经由钢槽底部通过布置在阴极底部与钢槽之间的耐火衬里来调节在电解槽中产生的过量热量、即维持熔融过程所不需要的热量的耗散，所述耐火衬里在常规上由耐火砖或板构成，所述耐火砖或板放置在钢槽中并且在钢槽底部区域中堆叠在彼此顶部上，但经由利用阴极底部和侧壁砖形成的内槽的相对薄侧壁进行热耗散对于液态铝层和发生电解的熔融层的区域中的温度条件也发挥了重要的作用。所述侧壁中的热流与电解槽中的热状况特别相关，因为侧壁在常规上与电解槽中的各种成分和介质接触，即特别是与液态铝层、布置在其上的液态熔融层、在所述液态熔融层上方存在的固化熔体或硬壳层和在电解槽期间由其中所含的多种元素产生的气体气氛接触。

所产生的热能的量必须以限定方式部分地耗散，但同时也必须避免过多的热损失，所述热损失意味着能量损失并因此损害电解过程的经济性。

在已知电解槽中，由于侧壁的垂直构造和所产生的结构要求，在相对薄的侧壁区域中不存在如在钢槽底部区域中所提供的另外的堆叠耐火砖衬里，使得经由侧壁的热耗散不能以与底部区域中的相同的简单方式进行适配。在常规上由含碳材料或碳化硅构成的均一侧壁在与侧壁的平面垂直的方向上的热传导性质方面是均匀的，并且只允许有限控制操作期间侧壁中的热流和等温曲线。这种在侧壁与阴极块之间的间隙在常规上用碳和/或含碳材料如无烟煤或石墨的捣打料以及粘合剂如煤焦油填充。这种间隙通常是手工或半自动捣打的，由此可能出现捣打失误，这可导致对间隙的破坏，或者在最坏的情况下甚至是电解槽整体的过早损坏。这种破坏通常只发生在电解槽的启动期间或操作期间。在相应的间隙更大、更宽或更厚时都将会出现破坏的风险。更宽或更厚的间隙另外也意味着更高的操作费用和对于环境和管理电解槽的人员的更高负担，因为在常规的捣打料中存在有害于健康的物质。已知通过预烧碳或石墨的倾斜层来替换在侧壁砖与阴极块之间需要的一些或全部的捣打料。如果仅替换一些捣打料，则使捣打料间隙的厚度降低多于50％～99％，优选多于75％～99％，特别优选多于90％～99％。此外也有可能的是，例如为了产生用于扩大阳极表面的空间，这个层不填充整个体积的原始捣打料层。在大部分情况下，保持具有例如50mm厚度的薄的垂直的周围捣打料间隙。可将例如氮化硅结合碳化硅的垂直布置的侧壁砖连接至这个倾斜层。这种包含侧壁砖和倾斜层的构造在下文被称为“复合侧壁砖”。在现代电解槽中已经使用了其中将氮化硅结合碳化硅粘接结合至倾斜层的复合侧壁砖。常规使用的粘接剂可能包含有害于健康的物质，这又意味着对于环境和管理电解槽的人员的更高的负担。另外，粘接剂材料的施用需要另外的操作步骤。如果由于不合适的粘接剂材料或其不当施用而出现粘接失误，则粘接结合的接头可失效。这种复合侧壁砖的侧壁砖由均一材料制成并且因此不允许在侧壁砖自身的热导率方面出现任何差异。所述粘接剂材料或粘接结合的接头也可能影响电解槽中的热流。因为粘接结合的接头本身是非常薄的，所述接头中的不规则处可损害相应的局部热流。在电解槽启动期间的粘接剂材料的碳化可导致其粘着力降低，这可意味着预烧碳或石墨的倾斜层与垂直的侧壁砖之间的结合弱化。如果所述结合失效，即以上倾斜层和垂直的侧壁砖不再彼此连接，则热流以不确定方式受损并且不能再充分地确保必要的热耗散。这可导致电解槽过热，并且在最坏的情况下，导致其过早损坏，即电解槽的寿命或使用寿命降低。也可在形成侧壁的单独的侧壁砖之间使用呈薄的粘接层形式的粘接剂材料。

DE 3506200公开了用于电解槽的壁的侧壁砖，该侧壁砖是具有逐层构造的复合体，其包含含碳材料的内层和硬质陶瓷材料的外层，这两个层彼此紧密连接。从而可以实现几乎不受阻碍的从内部到外部的热流。然而，当使用这样的侧壁砖时，耐磨损性，特别是耐磨蚀磨损性和/或耐腐蚀磨损性，仍然是不够的。

因此，利用已知的电解槽不可能实现最佳的工艺条件，特别是当在高的电解电流强度下操作时情况如此，其结果是由此可实现的电解过程的稳定性和经济性是有限的并且电解槽的使用寿命受损。

因此，本发明的一个目的是提供用于电解槽的壁的侧壁砖，当将其用于电解槽中时，确保了在电解操作期间最佳的工艺条件和相应的高经济性和稳定性以及电解槽的长使用寿命。特别地，所述侧壁砖以如下方式通过电解槽的侧壁调节热耗散：电解期间在电解槽中普遍存在最佳热状况，并且在操作期间在最大可能程度上避免由不利的热量和温度分布造成的热损失。在电解期间，所述电解槽的工作温度为920℃～1000℃，优选为950℃～980℃。此外，这种侧壁砖具有增加的耐磨蚀磨损性和/或耐腐蚀磨损性，特别是耐磨蚀磨损性。另外，可在例如不使用一种或多种粘接剂的情况下制造这种侧壁砖。此外，当这种侧壁砖呈复合侧壁砖形式时，也允许省去侧壁与阴极块之间的一些或全部的捣打料。

根据本发明，通过用于电解槽、特别是用于生产铝的电解槽中的壁的侧壁砖来实现所述目的，所述侧壁砖是层状体并包含具有较低热导率的层和具有较高热导率的层，其中较低热导率与较高热导率之间的差至少为5W/m·K，这是在920℃～1000℃、优选950℃～980℃的温度下测得的，并且其中所述层中的至少一个掺杂有硅(粉末)、氧化的陶瓷材料或非氧化的材料。如下文中将要描述的，可在不使用一种或多种粘接剂的情况下制造这种层状体。由于所述侧壁砖的构造，同样可省去在形成侧壁的单独的侧壁砖之间的一种或多种粘接剂的使用。由于这种层状体的形式，可省去用于填充侧壁砖与阴极块之间的间隙的一些或全部的捣打料，如下文中将同样进行解释的。

已认识到，将用于电解槽的侧壁砖构造为具有拥有不同热导率的层，其中所述层中的至少一层掺杂有硅(粉末)、氧化陶瓷材料或非氧化的材料，允许在电解槽操作期间电解槽中的热状况非常简单且同时高效地进行适配，使得电解槽的电解稳定性和效率以及使用寿命得到优化。另外，使耐磨损性，特别是耐磨蚀磨损性和/或耐腐蚀磨损性增加。如果将粘接剂材料用于单独的侧壁砖之间，则由于这种侧壁材料的构造，可完全地省去这种粘接剂材料。此外，已认识到，借助于侧壁砖的特定成形，除了适配热状况之外，还可省去用于填充侧壁砖与阴极块之间的间隙的一些或全部捣打料。

当下文使用表达“侧壁砖”时，这种表达也可包括上述的复合侧壁砖。如下文所描述的，复合侧壁砖具有特定的形状。

表达“较低”和“较高”热导率应被理解为是指具有所述热导率的特定层相比于各自的其它层具有“较低”或“较高”热导率。特别地，一个层由具有较低热导率的材料构成，另一个层由具有较高热导率的材料构成，所述两种材料彼此不同。如果层状体包含多于两个的层，则所有的层可具有不同的热导率，或者至少两个层可具有相同的热导率，和/或可提供各自具有相同热导率的至少两组层。在多于两个的层的情况下，在920℃～1000℃、优选950℃～980℃的温度下测得的在至少两个所述层之间的热导率差至少为5W/m·K，这是足够的。特别地，在侧壁砖的至少一个方向上，优选特别是与由侧壁砖形成的侧壁垂直的方向上，所述层的热导率不同。

在920℃～1000℃、优选950℃～980℃的温度下测得的较低热导率与较高热导率之间的差可为5W/m·K～80W/m·K，优选为5W/m·K～70W/m·K，特别优选为8W/m·K～60W/m·K，最特别优选为10W/m·K～50W/m·K。

借助于侧壁砖的具有不同热导率的不同层，可以有目的地调节经由侧壁砖的热传导和耗散以及侧壁中的等温曲线。因为侧壁砖的一些区域与液态铝层和发生电解的熔融层直接接触，所以可直接地且高效地影响其中的温度条件，所述温度条件对于电解的稳定性和效率来说是特别重要的，使得可确保用于电解槽操作的最佳热状况。例如，可在侧壁砖区域中设置不同的热导率，当将所述侧壁砖用于电解槽中时，所述区域与电解槽的不同介质接触。同样，可沿着穿过侧壁砖向外的热流方向设置具有不同热导率的多个连续层，以调节所述方向上的热流。在电解槽中所产生的热状况优化导致电解过程的稳定性和效率的显著增加以及电解槽的使用寿命的显著增加。通过用硅(粉末)、氧化的陶瓷材料或非氧化的材料对至少一个层进行掺杂，也增加电解过程的稳定性和效率以及电解槽的使用寿命。

根据本发明的侧壁砖(也包括复合侧壁砖)可优选以相当于具有均一热导率的已知侧壁砖的常规方式，在涉及空间中的限定方向的每种情况下安装在电解槽中，并且可在无涉及电解槽构造的必需的变化或必须接受的相关缺点的情况下用于衬砌钢槽侧壁，可使电解槽的侧壁特别是以已知方式相当地薄。通过从其中含有对应于要制造的层的不同生坯混合物的单个粘结性生坯基体整体烧制侧壁砖，可在低费用下制造具有优异机械稳定性并且特别是在不同层之间具有非常好的粘结力的侧壁砖，由此所述基体可对应于单个侧壁砖或可从所述烧制基体分离出多个侧壁砖。在制造复合侧壁砖时，可例如首先在生坯体的整个长度上将这种烧制生坯体切出期望的多边形形状，然后将单独的复合侧壁砖切割成板形式。下文中将对优选的多边形形状进行详细描述。在最终加工操作中，可向复合侧壁砖添加凹槽、隆凸、凹陷和粗糙化区域。在此再次指出，在不使用一种或多种粘接剂的情况下实现根据本发明的侧壁砖的不同层之间的粘结力。

在从属权利要求、说明书和附图中对本发明的有利实施方式进行描述。

在以下说明中对于侧壁砖的呈层状体形式的一个或多个层的任何提及是指具有不同的热导率的层，特别地，所述层各自的热导率与侧壁砖的至少一个其它层的热导率相差5W/m·K或更大，这是在920℃～1000℃、优选950℃～980℃的温度下测得的。

特别地，所述两个层可在指定方向上彼此相邻地存在，所述方向可对应于与电解槽中的热状况相关的热流方向，并且可例如由侧壁砖的厚度方向给出。由于在侧壁砖厚度上所产生的热导率变化，可对在所述方向上通过侧壁砖的总热流进行控制，以使得确保侧壁砖中的期望的等温曲线。然而，例如在不包括复合侧壁砖的侧壁砖的高度方向上，所述层也可彼此相邻地存在，其中特别是在电解槽中使用侧壁砖期间，侧壁砖的被不同层覆盖的高度区域可与电解槽的不同介质例如液态铝、液态或固化的熔体、气相接触。由于在侧壁砖的高度上所产生的热导率变化，热耗散可与在所讨论的介质中发生的热量产生和其中所希望的热状况适配，以及另外地与单独介质的化学需求适配。

如果所述侧壁砖确切地具有两个拥有不同热导率的层，则可实现在电解槽操作期间根据本发明在电解槽中要实现的热状况的适配。这种层结构另外具有高稳定性并且可在低费用和高可靠性以及再现性下制造。然而，原则上，侧壁砖的不同层的数目不限于确切地两个。相反地，侧壁砖还可包含更大数目的层，例如至少三个、四个、五个、六个或更多个不同的层。结果，可实现侧壁砖的热传导特性与电解槽中的热状况的甚至更加差异化的局部匹配。优选地，侧壁砖包含两个至四个层，特别优选地两个至三个层，最特别优选地两个层。如果除了在电解槽操作期间电解槽中的热状况的期望适配之外，阴极块与侧壁砖之间的一些或全部的捣打料也被替换，即如果使用复合侧壁砖，则所述复合侧壁砖也可包含更大数目的层，例如至少三个、四个、五个、六个或更多个不同的层。优选地，所述复合侧壁砖包含两个至四个层，特别优选地两个至三个层，最特别优选地两个层。

所述层可在指定方向上彼此相邻地存在，特别地，所述方向可对应于侧壁砖的厚度或高度方向，使得在侧壁砖的厚度方向上或高度方向上实现侧壁砖的热导率变化。所述侧壁砖也可具有在不同方向上彼此相邻地存在的层，使得在不同方向上实现侧壁砖的热导率变化。例如，在第一方向上侧壁砖的彼此相邻地存在的多个层可形成第一层顺序并且在第一方向上彼此相邻地存在的多个不同层可形成第二层顺序，所述两个层顺序优选在第二方向上彼此相邻地存在，所述第二方向不同于第一方向，并且特别地，垂直于所述第一方向，这就像是方格图案。

根据一个有利的实施方式，所述层状体具有交替顺序的具有较低热导率的层和具有较高热导率的层。这种交替顺序可出现在指定方向上，特别地，所述方向对应于厚度或高度方向。然而，具有较低热导率的层和具有较高热导率的层的交替顺序也可出现在第一方向上并且交替顺序也可出现在不同于第一方向、特别是垂直于第一方向的第二方向上。如果层状体的一个外层是具有较低热导率的层并且另一个外层是具有较高热导率的层，则由此实现特别有利的热传导特性。结果，经由侧壁砖的由侧壁砖的外层形成的外面的热吸收、分布和耗散有效且直接地适配。优选地，层状体的与液态铝和/或液态熔融层接触的外层是具有较低热导率的层，并且层状体的与阴极底部和/或槽接触的其它外层是具有较高热导率的层。热导率有差异的方向是与由侧壁砖形成的侧壁垂直的方向。

原则上，所述层和/或侧壁砖可具有任何期望的适当形状。应理解，形状显著取决于侧壁砖的预期用途，即取决于单独地在电解槽操作期间电解槽中的热状况的适配，或这种适配与替换阴极块与侧壁砖之间的一些或全部捣打料的组合。

在侧壁砖的热传导特性和生产率方面特别有利的一种实施方式中，侧壁砖的层具有块形状，特别是矩体形状，并且经由接触面、特别是其底面，或经由其侧面连接在一起。这些层的制造特别简单并且允许热导率沿着优选块形状的、特别是矩体形状的侧壁砖的主方向有目的地适配和改变。

所述侧壁砖优选是块形状的，特别是矩体形状的。侧壁砖的一个或多个层的厚度方向可与侧壁砖的厚度方向一致，使得层的取向与侧壁砖的取向和侧壁砖中相应的主要热传导方向适配。因此经由其底面连接在一起的层可在侧壁砖的厚度方向上彼此相邻地存在，并且经由其侧面连接在一起的层可在侧壁砖的高度方向上彼此相邻地存在。

在本发明的含义内，块应理解为具有六个矩形面、八个矩形角和十二条边的料体，其中在每种情况下，至少四条边具有相等长度并且彼此平行。如果所述块是矩体，则四条边具有相同的长度并且彼此平行。然而，也可以是十二条边中的八条具有相同的长度，四条边彼此平行，或者所有边都具有相同的长度，在这种情况下也是四条边彼此平行。

如果将侧壁砖以复合侧壁砖形式用于电解槽中，则在侧壁砖的一个有利的实施方式中，侧壁砖的至少一个层具有块形状，特别是矩体形状，并且侧壁砖的至少一个层具有多边形形状。这些层经由接触面、特别是其底面连接在一起；具有块形状的层的底面与具有多边形形状的层的底面部分地或完全地接触。当所述底面完全接触时，两个层具有相同的高度；在部分接触的情况下，具有多边形形状的层具有如下的高度，其相当于具有块形状的层的高度的30％～小于100％、优选地40％～80％、特别优选地50％～75％。这样的层同样非常容易制造，并且一方面，允许热导率沿着侧壁砖的主方向适配和改变；另一方面，这种侧壁砖允许对侧壁砖与阴极块之间的一些或全部的捣打料进行替换。

复合侧壁砖的至少一个层具有多边形形状。在本发明的含义内，多边形应理解为可优选含有三个至六个角、特别优选三个至五个角的多边形。具有四个角的多边形应理解为例如矩形、正方形或梯形。这些多边形可为规则或不规则形式。在本发明的上下文内，规则的多边形应理解为其中所有的边具有相同长度并且所有的内角大小相同的多边形。借助于不同的多边形形状，可使复合侧壁砖与期望的电解槽设计适配；例如，可通过复合侧壁砖的相应设计、即呈多边形形式的层的构造，产生更多阳极空间。较大的阳极表面允许较高的电流强度和由此产生较高的生产率。另外，复合侧壁砖的形状可与原始周围捣打料间隙的形状适配。此外，这些多边形可具有标准角和/或圆角。标准角被理解为是相应多边形的两条边相交的点。圆角应理解为具有向内凹的圆曲线的角，而在所述弯曲区域中的方向无任何角度或方棱的改变。圆角相比于尖角具有以下优点：在圆角处力的分布更均匀。这种更均匀的力分布实现了所发生应力的降低，并且由此实现了在复合侧壁砖的那些点处的裂纹和/或缺陷的形成减少。优选地，多边形仅含有标准角，或者多边形的一个角是圆角并且其它角是标准角。

复合侧壁砖的一个或多个层的厚度方向可与侧壁砖的厚度方向一致，使得所述层的取向与侧壁砖的取向和侧壁砖中的相应的主要热传导方向适配。经由其底面连接在一起的层可相应地在复合侧壁砖的厚度方向上彼此相邻地存在。

所述侧壁砖(包括复合侧壁砖)原则上可具有拥有相对小的厚度和特别是显著较大的高度和宽度的平坦结构形状，所述侧壁砖可具有比宽度大的高度。当所述层经由其底面连接在一起时，侧壁砖的厚度可为例如50mm～700mm并且取决于使用类型。如果侧壁砖仅用于适配电解槽中的热状况，则厚度优选为60mm～250mm，特别优选为80mm～150mm，最特别优选为90mm～110mm。另一方面，如果将复合侧壁砖用于电解槽中，则厚度优选为150mm～600mm，特别优选为200mm～350mm，最特别优选为225mm～300mm。特别地，两个层的厚度的比率可为例如不大于1:3，优选不大于1:2，特别优选1:1。

所述侧壁砖(包括复合侧壁砖)的宽度可按需要与电解槽的侧壁的长度适配，即其可以占据侧壁的整个长度或者其仅相当于侧壁长度的一部分。侧壁的长度可例如为3500mm～4000mm或者10,000mm～15,000mm。如果侧壁的长度为10,000mm～15,000mm，则侧壁砖的宽度可为所述长度，或者侧壁被例如2个～3个长度为5000mm的侧壁砖覆盖。

当侧壁砖的宽度占据电解槽的侧壁的整个长度时，一方面，借助于这种侧壁砖，可省去可用于单独的侧壁砖之间的接头的粘接剂材料；另一方面，这种侧壁砖的更简单的安装节省了时间。在根据本发明的侧壁砖的宽度仅为侧壁长度的一部分的情况下，使用至少两个根据本发明的侧壁砖。在本发明的上下文中，可使用具有不同宽度的根据本发明的侧壁砖，即单独的侧壁砖的宽度可以按需要适配。当根据本发明的侧壁砖(包括复合侧壁砖)的宽度仅占据侧壁长度的一部分时，其可为300mm～600mm，优选为400mm～600mm，特别优选为450mm～550mm。

所述侧壁砖(包括复合侧壁砖)的高度可为例如500mm～900mm，优选为600mm～800mm，特别优选为600mm～750mm。在复合侧壁砖的情况下，高度被视为具有块形状的层的长度。

根据一个实施方式，不包括复合侧壁砖的侧壁砖具有两个如下的层，所述两个层在侧壁砖的厚度方向上彼此相邻地存在，并且特别地，经由其底面部分地或完全地连接在一起，所述层各自覆盖侧壁砖的厚度的30％至70％、优选50％，并且因此覆盖侧壁砖的整个厚度。此处应理解，和下文中一样地，单独的层厚度的百分比总和总是100％。因此，层可以在侧壁砖的整个高度上延伸。

不包括复合侧壁砖的侧壁砖同样可具有两个如下的层，所述两个层在侧壁砖的高度方向上彼此连续地存在，并且特别地，经由其侧面连接在一起，所述层各自覆盖侧壁砖的高度的30％至70％、优选50％，并且因此覆盖侧壁砖的整个高度。因此，层可以在侧壁砖的整个厚度上延伸。

根据一个有利的实施方式，非复合侧壁砖的侧壁砖的一个或多个层、特别是所有的层具有25mm～125mm、优选30mm～100mm、特别优选40mm～75mm、最特别优选45mm～55mm的厚度。当侧壁砖具有两个经由其底面连接在一起并且在厚度方向上彼此相邻地存在并且特别是各自占侧壁砖厚度的30％至70％、优选50％的层时，这是特别优选的。所述层可以各自在侧壁砖的整个高度上延伸。

根据另一个优选的实施方式，不包括复合侧壁砖的侧壁砖的一个或多个层、特别是所有的层，当这些层经由其侧面连接在一起并且在高度方向上彼此相邻地存在时，具有150mm～450mm、优选200mm～400mm、特别优选250mm～350mm、最特别优选280mm～320mm的高度。特别地，当这种侧壁砖具有两个经由其侧面连接在一起并在高度方向上彼此相邻地存在且各自特别是在侧壁砖高度的30％至70％、优选50％上延伸的层时，这是优选的。所述层可各自在侧壁砖的整个厚度上延伸。特别地，两个层的高度的比率可为例如不大于1:3，优选不大于1:2，特别优选1:1。

根据复合侧壁砖的一个实施方式，这种侧壁砖具有两个在侧壁砖的厚度方向上彼此相邻地存在并且特别是经由其底面部分地或完全地连接在一起的层，所述层各自覆盖侧壁砖厚度的30％至70％、优选50％，并且因此覆盖侧壁砖的整个厚度。此处应理解，和下文中相同，单独的层厚度的百分比的总和总是100％。层可在侧壁砖的整个高度上部分地或完全地延伸。具有多边形形状的层可完全在具有矩体形状的层的整个高度上延伸，或者它在具有矩体形状的层的高度的30％～小于100％、优选40％～80％、特别优选50％～75％上延伸。

根据另一个有利的实施方式，复合侧壁砖的一个或多个、特别是所有的层具有75mm～250mm、优选100mm～175mm、特别优选110mm～150mm的厚度。特别是当复合侧壁砖具有两个经由其底面部分地或完全地连接在一起并在厚度方向上彼此相邻地存在且特别是各自相当于复合侧壁砖的厚度的30％至70％、优选50％的层时，这是优选的。在所述底面完全接触的情况下，所述层各自在复合侧壁砖的整个高度上延伸；另一方面，如果所述底面部分接触，则具有多边形形状的层在具有矩体形状的层的高度的30％～小于100％、优选40％～80％、特别优选50％～75％上延伸。

根据另一个实施方式，所述复合侧壁砖的一个或多个矩体形状的层、特别是所有的矩体形状的层具有500mm～900mm、优选650mm～850mm、特别优选700mm～800mm的高度，并且一个或多个、特别是所有的多边形的层具有150mm～小于900mm、优选200mm～720mm、最特别优选250mm～675mm的高度。

所述侧壁砖可在其高度上与电解槽的不同成分或介质接触，特别是与液态铝层、熔融层、任选地布置在熔融层上的固化熔体硬壳接触，以及与气体气氛接触，与在电解槽操作期间形成的在电解槽中所含的各种物质接触。在其较低区域中，侧壁砖可连接至阴极底部和/或捣打料，可提供所述捣打料以用于在阴极底部与侧壁砖之间产生紧密连接。根据前述说明，侧壁砖可具有拥有不同热导率的多个层，所述层在其高度方向上彼此相邻地存在，侧壁砖的其中侧壁砖与不同介质接触的的高度区域优选由侧壁砖的不同层形成。结果，经由侧壁砖的热吸收和耗散与不同介质中的特定热状况和需求适配。借助于这种适配，整体侧壁砖遭受较小应力，其导致较高的耐磨损性。

可选地或另外地，所述侧壁砖可具有拥有不同热导率的多个层，所述层在侧壁砖的厚度方向上彼此相邻地存在。结果，侧壁砖的热传导可在热流方向上改变，该方向垂直于侧壁砖的界定槽内部的侧面。

在如下方面优选的一个实施方式中，至少一个层、优选所有的层由选自碳、石墨碳、石墨化碳或碳化硅或其任意混合物的材料制成，或含有这样的材料：所述侧壁砖的热、机械和化学稳定性对于侧壁砖在电解槽中的使用是重要的。这些材料特别适于承受当将侧壁砖用于电解槽中并且由此使侧壁砖与液态铝层和熔融层接触时出现的状况。此外，适当的材料组成的选择允许侧壁砖的热导率在有利的值范围内适配。侧壁砖的在920℃～1000℃、优选950℃～980℃的温度下所测得的一个或多个、特别是所有层的热导率可例如为4W/m·K～120W/m·K，特别为4W/m·K～100W/m·K，优选为5W/m·K～80W/m·K，特别优选为8W/m·K～50W/m·K。

当所述碳为无烟煤，优选为电煅无烟煤，并且碳化硅是氮化硅结合碳化硅时，实现侧壁砖的特别高的耐磨损性，并由此实现配备有所述侧壁砖的电解槽的特别长的使用寿命。

如果侧壁砖的制造包括利用沥青的浸渍步骤和后续的碳化，则可实现侧壁砖的热和机械性质的进一步提高。因此可对侧壁砖整体或侧壁砖的至少一个层进行如上所述的浸渍。

至少一个层可掺杂有硅(粉末)、氧化的陶瓷材料例如氧化铝或二氧化钛或者非氧化的陶瓷材料，所述材料优选由元素周期表第4～6族的至少一种金属和第13或14族的至少一种元素组成。此处的掺杂应理解为是指添加至生坯混合物，所述生坯混合物中的一种或多种掺杂剂的单独的量为3重量％～15重量％，优选为5重量％～10重量％。优选使用具有小于200μm、特别优选小于63μm的直径的粉状粒子。这样的非氧化的材料特别包括金属碳化物、金属硼化物、金属氮化物和金属碳氮化物，其中金属是第4～6族的，例如钛、锆、钒、铌、钽、铬或钨，优选使用钛。还可使用氧化陶瓷材料的任意混合物，非氧化陶瓷材料的任意混合物，氧化陶瓷材料与非氧化陶瓷材料的任意混合物，氧化陶瓷材料与硅(粉末)的任意混合物，非氧化陶瓷材料与硅(粉末)的任意混合物，或者氧化陶瓷材料、非氧化陶瓷材料与硅(粉末)的任意混合物。二硼化钛或碳化钛可作为优选的非氧化材料。如果使用硅(粉末)，则其在烧制过程期间反应为碳化硅。还可使用用于制造氮化硅结合的碳化硅的前体，使用碳化硅与硅粉末的混合物。此处的烧制过程必须以受控氮含量的燃气在最高达1400℃下进行，以确保硅反应形成实际的粘结相氮化硅。总之，通过如在常规的陶瓷材料情况下的烧制进行此处的热处理，也就是说烧制温度与所用的陶瓷材料适配。因此在层状体的制造中，可能必须考虑到由所用的单独的材料的烧制过程形成的不同的需求。特别地，这个层为在操作期间与周围的钢槽接触的层并且因此经受增大的氧化磨损的风险。

优选整体制造所述侧壁砖，使得侧壁砖的层是整体的并且通过材料粘结而连接在一起。这种连接与粘接结合或机械连接相比的区别是增加稳定性。因此所述侧壁砖可形成单独的层的复合体。结果，侧壁砖具有特别高的热、机械和化学抗性，并且配备有所述侧壁砖的电解槽相应地具有特别长的使用寿命。特别地，所述侧壁砖可从生坯块整体获得，所述生坯块可含有对应于成品侧壁砖的不同层的多种不同生坯混合物，所述生坯混合物形成用于侧壁砖的不同层的原料。可通过烧制生坯块获得所述侧壁砖，由此可特别地发生生坯块的生坯材料的碳化和/或石墨化。

例如，可根据DIN 51936在920℃～1000℃的温度下测量侧壁砖的热导率。在高于400℃的温度下测量的情况下，使用脉冲激光。所述侧壁砖在层内可具有至少基本上均匀的热导率。在具有较低热导率的层与具有较高热导率的层之间，可形成过渡区，在所述过渡区中热导率例如至少基本上连续地从较高值降至较低值。相比于所述层的总范围可相对较小的这种过渡区可被视为两个层的一部分。

本发明还提供一种用于制造如上所述的本发明侧壁砖的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供用于具有较低热导率的层的混合物，用于具有较高热导率的层的混合物，和任选地一种或多种用于至少一个其它层的混合物，

b)从根据步骤a)的混合物形成具有层结构的生坯块，和

c)在800℃～1400℃、优选1000℃～1300℃的温度下烧制根据步骤b)的生坯块。

通过经烧制包含形成用于所述层的原料的不同生坯混合物的生坯块来制造侧壁砖，实现具有高稳定性的均一的侧壁砖，其具有在侧壁砖的单独的层之间的材料结合和整体粘结。

根据步骤b)的生坯块的形成可包括将生坯混合物引入模具中。可根据成品侧壁砖的层结构在模具中形成多个生坯混合物的层。通过在模具的开口方向上连续地提供生坯混合物的层可以以简单方式制造所述层结构。在一种特别简单的方式中，可以以如下方式将所述层引入模具中：使所述层基本上水平地、优选水平地取向并且优选在垂直方向上彼此相邻地存在。

根据步骤b)的生坯块的形成还可包括生坯材料的振动成型和/或块压制。这可在存在或不存在真空的情况下进行。由此可以部分地或完全地消除材料内存在的空隙，使得充分均匀地实现期望的堆积密度。如果生坯块的形成包括向生坯材料施加压力或压缩以压实材料，则可另外实现在堆积密度方面的特别高的均质性。

特别地，用于生坯混合物的适当的材料是可烧制成涉及成品侧壁砖的上述优选材料之一的所有生坯材料。例如，至少一种生坯混合物可含有选自含碳材料例如无烟煤、石墨或可石墨化材料例如合成石墨和沥青、或这些材料的任意混合物的材料。此外，特别是含有碳的粘合剂例如粘合沥青可存在于混合物中。借助于生坯块的单独的层的材料的目的性组成，可有目的地对得到的侧壁砖的不同层的热导率进行调节。如果生坯混合物包含含碳材料，则生坯混合物的材料的碳化优选发生在生坯块的烧制期间。此外，可作为另外的步骤d)进行材料的石墨化。为此，可将碳化的或生坯成型体加热至高于2000℃、优选高于2200℃的温度。

为了进一步提高侧壁砖的热和机械性质，在步骤c)的烧制之后和/或在任选地提供的步骤d)的石墨化之后可提供另外的步骤e)，所述步骤e)包括用沥青浸渍烧制的和任选地石墨化的生坯块。

借助于上述方法，优选首先制造具有多个层的生坯体，在上述方法步骤之后的步骤中，特别是通过切割操作，可从所述生坯体中分离出具有期望尺寸的多个侧壁砖。这也适用于复合侧壁砖的制造。

本发明此外提供一种可通过本文所述的方法获得的侧壁砖。当用于电解槽中时，所述侧壁砖实现在电解操作期间在电解槽中的热状况的优化并且另外具有高的机械稳定性和在侧壁砖的不同层之间的非常强的粘结力。根据侧壁砖的宽度，可省去侧壁砖之间的粘接材料。如果使用复合侧壁砖，则另外可省去侧壁砖与阴极块之间的一些或全部的捣打料。

根据本说明书，根据本发明的侧壁砖用于衬砌电解槽中的侧壁的用途是本发明的另一个独立的主题。在本发明的上下文中，也可将用于适配热状况的至少一个侧壁砖与至少一个复合侧壁砖组合，以用于衬砌侧壁。此处使用的侧壁砖或复合侧壁砖的数目可按需要适配。

本发明还提供特别是用于生产铝的电解槽，其包含阴极、阳极和壁，其中所述壁的至少一部分由根据本说明书的侧壁砖形成。如所述的，这种侧壁砖也可以是复合侧壁砖。本文关于侧壁砖、其制造和用途、以及特别是其在电解槽中的用途所述的优点和优选的实施方式，当相应地施用时，是根据本发明的电解槽的优点和优选实施方式。所述至少一种侧壁砖优选形成容纳液态铝层和熔融层的槽的侧壁。所述侧壁砖可衬砌电解槽的外钢槽的封闭由侧壁砖形成的内槽的侧壁。

如上所述，一方面，在电解槽中产生的大量的热能必须以限定方式部分地耗散；然而，另一方面，也必须避免过多的热损失以确保电解槽中的特定温度分布。除了目前为止描述的根据本发明的侧壁砖和复合侧壁砖以及位于阴极与钢槽之间的耐火衬里之外，所述阴极也影响电解槽中的热管理。如果从电解槽中传送出过多热量，则熔体中的冰晶石过度的固化并且可延伸至阴极表面。结果，阴极电流被扰乱，这导致沿着阴极表面的不均匀的电流分布并且因此导致增加的电阻以及因此导致电解槽的能量效率降低。可容易地调节从阴极到位于其下方的耐火衬里的热管理，而从阴极到侧壁的热管理显著地更难以调节。形成阴极的阴极块在常规上由均质材料构成，即这些均质阴极块具有相同的热导率，使得这些阴极块难以或完全不能辅助电解槽中的最佳热管理。这特别是对于从阴极到侧壁的热管理的调节的情况。

WO 02/064860描述了如下的阴极块，当在阴极的长度方向上观察时，所述阴极块具有不同的层，所述层具有不同的电阻，即所述阴极块是在阴极长度方向上的层中使用不同的材料(具有不同的电阻)制造的。利用这些阴极块，即使在不存在电流导轨的复杂引导的情况下，也可使通过电解槽的电流接近于理想的电流分布。

由于不同材料的使用，在阴极长度方向上具有不同层的阴极块也在阴极块内具有不同的热导率。这种阴极块也可有利地用于降低由阴极造成的热损失，特别是在阴极的长度方向上，即朝向侧壁。结果，也可在单独的阴极块中，并且因此在整体阴极中，控制热流分布。有利的是，在阴极的长度方向上，各个阴极块包含至少三个层，优选三个层至七个层，特别优选三个层至五个层，最特别优选三个层。存在具有较高热导率的层和具有较低热导率的层，应理解，在毗连的层中，一个层与另一层相比具有较高的热导率。基于具有较低热导率的材料，在920℃～1000℃的温度范围内、在阴极块的纵轴方向测得的具有较高热导率的层与具有较低热导率的层之间的热导率差至少为10％。阴极块可包含至少两个具有相同热导率的层，即所述两个层由相同材料构成。它们可以是阴极块的两个外层或边缘层。利用这种阴极块，通过选择层数目、层顺序并通过选择各个单独的层的热导率值，可有目的地控制阴极块中的热流。如果需要来自电解槽的热流较小，则例如可使用具有三个层的阴极块。所述两个外层，即直接地或经由捣打料与电解槽的侧壁热接触的两个层，是具有较低热导率的层，而第三中间层是具有较高热导率的层。另一方面，如果需要来自电解槽的较高热流，则在具有三个层的阴极块的情况下，两个外层是相比于第三中间层具有较高热导率的层。

阴极块的长度通常为2500mm～3500mm。

在阴极的纵向上观察，上述单独的层的长度取决于阴极块中期望的热流并且可以有目的地依赖于所述热流进行选择。单独的层的长度还取决于阴极块中的层数目。如果存在七个层，则例如单独的层具有300mm～600mm的长度。如果仅使用三个层，则外层或边缘层的长度为400mm～600mm并且内层具有1700mm～2300mm的长度。与层数目无关，阴极块的外层或边缘层具有400mm～600mm、优选500mm的长度。

所述阴极块的单独的层是基于碳构成的，即由含碳材料构成。关于热导率，已发现，有利的是，阴极块由如下的材料构成，其含有至少50重量％、优选至少80重量％、特别优选至少90重量％、最特别优选至少95重量％、最优选至少99重量％的碳。所述碳可选自无定形碳、石墨碳、石墨化碳和两种或更多种上述碳的任意混合物。

与用于根据本发明的上述侧壁砖的相同的方法可用于制造阴极块。因此，为制造阴极块，参照上文用于制造本发明侧壁砖的方法所作的相应评述。

此外，为制造阴极块，通过烧制包含形成用于所述层的原料的不同生坯混合物的生坯块，实现具有高稳定性的均一阴极块，其具有在所得整体阴极块的单独的层之间的材料结合粘结。

在制造阴极块的情况下，用于生坯混合物的适当的材料也特别地为可以进行烧制从而得到涉及成品阴极块的上述优选材料之一的所有生坯材料。例如，至少一种生坯混合物可含有选自含碳材料例如无烟煤、石墨的或可石墨化的材料例如合成石墨和沥青或这些材料的任意混合物的材料。此外，特别是含有碳的粘合剂例如粘合沥青可存在于混合物中。借助于生坯块的单独的层的材料的目的性组成，可有目的地对得到的阴极块的不同层的热导率进行调节。

阴极块中的层的形状可不同。除了占据阴极块的全高度H的层之外，也可存在仅占据高度H的一部分的层，如例如图10和图11中所示的。可依赖于阴极块中期望的热流进行层的这种成形，即可借助于这种成形以及通过层材料以及由此引起的热导率值的选择来有目的地控制热流。

通过在电解槽中对根据本发明的侧壁砖和上述阴极块进行组合，即将根据本发明的侧壁砖与上述阴极块一起用于电解槽中，相比于仅借助于根据本发明的侧壁砖，可甚至更加有目的地控制电解槽中的热状况。因此，电解槽中的工艺条件可被优化，由此提高可实现的电解过程的稳定性和经济性并且使电解槽的使用寿命增加。此处应理解，可将已提及的侧壁砖的各个实施方式与已提及的阴极块的各个实施方式进行组合。

下文将借助于有利的实施方式，参照附图通过实例来描述本发明，在所述附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的电解槽的剖面透视图；

图2是根据本发明的一个实施方式的侧壁砖的透视图；

图3是根据本发明的另一个实施方式的侧壁砖的透视图；

图4是可与根据本发明的一个实施方式的多个侧壁砖分开的基体的透视图；

图5是可与根据本发明的一个实施方式的多个侧壁砖分开的另一种基体的透视图；

图6以横截面示出复合侧壁砖的多种实施方式；

图7是可与根据本发明的一个实施方式的多个复合侧壁砖分开的基体的透视图，以及已分开的复合侧壁砖的透视图；

图8是可与根据本发明的一个实施方式的多个复合侧壁砖分开的另一种基体的透视图；

图9以横截面示出可与根据本发明的一个实施方式的多个复合侧壁砖分开的另一种基体；

图10是阴极块的透视图；和

图11示出具有不同形状的层的阴极块。

图1是根据本发明的一个实施方式的用于生产铝的电解槽的部分剖面透视图。所述电解槽包含由形成阴极底部的多个阴极块12构成的阴极。在所述阴极的上面布置有液态铝层14，在所述液态铝层14上面布置有液态熔融层16，并且在所述液态熔融层16上布置有固化熔体层或硬壳18。

在熔融层16上方，布置有由浸没在熔融层16中的多个阳极块20构成的阳极。在电解槽的操作期间，经由阳极块20供应电流并且电流通过熔融层16和液态铝层14至阴极块12。经由阴极块12和经由电流导轨22传送出电流，所述电流导轨22插入在阴极块12的底面上的相应凹槽中。电解发生在熔融层16中并且导致从熔体中裂解出元素铝，积聚在阴极底部上面的元素铝形成液态铝层16。

所述电解槽具有充当外罩壳的钢槽24，在钢槽24的底部区域中铺设有多个耐火材料板26，所述多个耐火材料板堆叠在彼此之上并且将位于其上的阴极块12与钢槽24的底部热绝缘。

沿钢槽24的侧壁衬砌有多个矩体形状的侧壁砖28。侧壁砖28形成内槽的侧壁，其中容纳液态铝层14、液态熔融层16和固化熔体层18并且其底部由通过阴极块12形成的阴极底部形成。在阴极块12与侧壁砖28之间形成的间隙被捣打料30堵塞。同样可提供这种捣打料以用于堵塞阴极块12之间的间隙并用于堵塞侧壁砖28之间的间隙。

如图1中所示，侧壁砖28基本上是矩体形状的并且在钢槽24中直立，使得侧壁砖28的高度方向与垂直方向平行。侧壁砖28的界定槽内部的表面由其底面32形成，所述底面32与侧壁砖28的高度方向和宽度方向平行，并且侧壁砖28经由其侧面34连接在一起，所述侧面34与高度方向和宽度方向平行。如图1中所示，侧壁砖28在其高度的不同区域中与电解槽的不同成分或介质接触，即与捣打料30、任选的液态铝层14、液态熔融层16和固化的熔融层18接触。

在电解操作期间，在电解槽中产生大量的热能。约三分之一的这种热能在常规上经由侧壁砖28吸收并且耗散至外部。热流的主要方向对应于侧壁砖28的厚度方向。经由阴极底部或棒材吸收约15％的热能。

图1中所示的电解槽的侧壁砖28各自具有至少一个具有较低热导率的层和一个具有较高热导率的层，较低热导率与较高热导率之间的差至少为5W/m·K。结果，经由通过侧壁砖28形成的侧壁的热吸收和耗散经过适配，使得在电解槽操作期间在整个电解槽中建立最佳热状况，因此使电解操作的稳定性、可靠性和效率提高并且使电解槽的使用寿命增加。

图2和图3各自示出根据本发明的一个实施方式的侧壁砖28，所述侧壁砖可用于例如图1中所示的电解槽中。侧壁砖28各自具有相对小的厚度d以及宽度b和大于宽度b的高度h。

图2中所示的侧壁砖28具有两个矩体形状的层36、38，层36具有较低的热导率并且层38具有较高的热导率。层36、38经由其底面40、42连接在一起，所述底面40、42与高度方向和宽度方向平行并且各自形成接触面；所述层在侧壁砖28的厚度方向彼此相邻地存在并且各自在侧壁砖28的约一半厚度d上延伸。结果，可对厚度方向中的热流和侧壁砖28内的等温线位置进行如下适配，其使得在操作期间电解槽中的热操作条件被优化。

图3中所示的侧壁砖28同样具有两个矩体形状的层36、38，层36具有较低的热导率并且层38具有较高的热导率。层36、38经由其侧面44、46连接在一起，所述侧面44、46与宽度方向和厚度方向平行并且各自形成接触面；所述层在侧壁砖28的高度方向上彼此相邻地存在并且各自在侧壁砖28的约一半高度h上延伸。相对于电解槽中的安装情形，优选通过具有较低热导率的层36形成上半部分的高度。结果，经由侧壁砖28的热传导可适配电解槽中在相应的高度区域中与侧壁砖28接触的不同的成分或介质以及其中普遍存在的热状况，因此在电解期间使电解槽中普遍存在的热状况得到优化。在上述情况下，热量通过高度的包含具有较高热导率的层38的下半部分与阴极之间的良好热接触而耗散，这经由捣打料30发生。

在电解槽的不同热设计的情况下，与其热导率相关的层的反向布置可为有利的。

图4示出作为根据本发明用于制造侧壁砖的方法的中间产物制造的基体48。基体48是矩体形状的并且由具有较低热导率的矩体形状的层36和具有较高热导率的矩体形状的层38构成，所述层经由其底面连接在一起。借助于切割操作，可从基体48切割出形成侧壁砖的多个板，所述板具有拥有不同热导率的两个层36、38。为此，如图4中由虚线所示，沿着垂直于两个层36、38之间的界面的多个切割平面切割基体48。

图5示出基本上对应于图4中所示基体的另一种基体48。然而，基体48包含具有较低热导率的两个层36和布置在其间的具有较高热导率的层38，所述层经由其底面连接在一起。如图5中所示，为了制造侧壁砖，不仅在垂直于层36、38之间的界面的多个平面内，而且另外在与这些界面平行的层38的中间平面中，对基体48进行切割，使得所得侧壁砖各自具有拥有不同的热导率的两个层36、38。这种制造方法是更经济的。

图6示出根据本发明的复合侧壁砖29的不同实施方式的横截面，所述复合侧壁砖可用于例如图1中所示的电解槽中。

图6中所示的所有复合侧壁砖具有矩体形状的层36和多边形层38，层36具有较低的热导率并且层38具有较高的热导率。层36、38经由其底面40、42连接在一起，所述底面40、42与高度方向和宽度方向平行并且各自形成接触面；所述层在复合侧壁砖29的厚度方向上彼此相邻并且各自在复合侧壁砖29的厚度d的30％至70％、优选50％上延伸。底面40、42可部分地或完全地彼此接触。借助于复合侧壁砖的这些不同构造，一方面，可以以在操作期间在电解槽中的热操作条件得到优化的方式适配厚度方向上的热流和复合侧壁砖29内部的等温线位置；另一方面，借助于这种复合侧壁砖29，还可省去复合侧壁砖29与阴极块之间的一些或全部的捣打料。

在图6a)中，层38具有梯形形状，在图6b)中，层38具有三角形形状，并且在图6c)中，层38具有拥有圆角的不规则五边形形状。在这些实施方式中，底面40、42完全接触。另一方面，在图6d)和图6e)中，底面40、42仅部分接触，图6d)中的层38是具有圆角的矩形，并且图6e)中的层38具有拥有圆角的不规则五边形形状。

在不同热设计的电解槽的情况下，层的关于其热导率的反向布置可为有利的。

图7示出已经作为根据本发明用于制造复合侧壁砖29的方法的中间产物制造的基体48。这种基体48是矩体形状的并且由具有较低热导率的矩体形状的层36和具有较高热导率的矩体形状的层38构成，所述层经由其底面连接在一起。这些层是水平层。对层36进行机械加工，使得所述层在基体48的整个长度上需要期望的多边形形状。在后续步骤中，从基体48切割具有期望宽度的板。由此通过在基体加工期间相应地选择基体，可在侧壁砖中利用并调节在基体制造期间出现的晶粒方向和相应地在水平和垂直方向上出现的不同性质，例如热导率。

图8示出已经作为根据本发明用于制造复合侧壁砖29的方法的中间产物制造的基体48。这种基体48是矩体形状的并且由两个具有较低热导率的矩体形状的层36和一个具有较高热导率的矩体形状的层38构成，所述层经由其底面连接在一起。这些层是垂直层，层36是两个外层。可从基体48切割多个具有两个外层36和内层38的板，所述层具有不同的热导率。在后续步骤中，对层38进行切割，使得获得两个块，在另一个步骤中从所述块对层38进行切割，使得获得期望的多边形形状。或者，可首先在长度方向上将基体分成两半，可切出多边形，并且然后可任选地切割期望长度的板。

此处，通过在相应基体制造中的层的取向-水平或者垂直形式-可影响多种性质，例如热导率。其原因是在成形过程期间的不同晶粒取向和所产生的物理性质的各向异性。

图9同样示出已经作为根据本发明用于制造复合侧壁砖29的方法的中间产物制造的基体48。这种基体48是矩体形状的，并且与图8的基体一样，由两个具有较低热导率的矩体形状的层36和一个具有较高热导率的矩体形状的层38构成，所述层经由其底面连接在一起。这些层是垂直层，层36是两个外层。此处同样地，可从基体48切割多个具有两个外层36和内层38的板，所述层具有不同的热导率。在后续步骤中，然后可通过适当的切割从这种单独的切片切割具有相同形状的两个复合侧壁砖29。这种方法的优点在于加工顺序，其意味着几乎没有任何材料损失。

图10示出具有三个层的阴极块12，由相同材料A构成两个外层和由材料B构成中间层。此处单独的层在阴极块的全高度上延伸。

图11a)和图11b)示出阴极块12中的不同形式的层，将两种材料即材料A和材料B用于各个阴极块中。此处材料A的两个层仅占据阴极块的高度H和长度L的一部分。

实施方式：

实施方式1：

从含有58重量百分比(重量％)电煅无烟煤、9重量％合成石墨、17重量％粘合沥青、8重量％硅和8重量％氧化铝的混合物A和含有77重量％合成石墨和23重量％粘合沥青的混合物B制造侧壁砖。为此，以如下方式向用于制造生坯块的振动模具填充所述两种混合物：使得混合物A和混合物B的两个连续层在要制造的侧壁砖的高度方向上在生坯块中彼此相邻。如下选择振动模具中的层的高度：考虑了通过在填充后的生坯块的压实提供的目标堆积密度，使得在压实后两个层各自在生坯块的一半高度上延伸。然后在1200℃下的环式窑中对生坯块进行烧制以制造基体。

然后从经过烧制和预加工的基体切割具有10cm厚度的板，所述板在后续步骤中进一步加工并且可用例如沥青浸渍。成品侧壁砖的实例具有475mm的宽度、640mm的高度和100mm的厚度，其中，基于侧壁砖在电解槽中的安装情形，在所述电解槽中将所述侧壁砖沿着其高度方向垂直布置，侧壁砖高度的上部320mm是由混合物A产生的材料A形成的，并且下部320mm是由混合物B产生的材料B形成的。

材料A具有在室温下在侧壁砖的一个方向上测得的约8W/m·K的热导率，而材料B在侧壁砖的同一方向上、在材料A和B的晶粒方向上具有约45W/m·K的热导率。可根据ISO12987，即在特定方向上，在侧壁砖制造期间向原料施加压力的情况下，例如与压力施加方向垂直或平行，即与晶粒方向相反或在晶粒方向上，测量在室温下的热导率。

在材料A的情况下，在920℃与1000℃之间的温度下测得的热导率为约9W/m·K，并且在材料B的情况下，为约37W/m·K。此处可根据DIN 51936，使用脉冲式激光，在晶粒方向上测量热导率。

实施方式2：

从含有58重量％电煅无烟煤、9重量％合成石墨、17重量％粘合沥青、8重量％硅和8重量％氧化铝的混合物A和含有65重量％合成石墨、5重量％氧化铝、10重量％硅粉末和20重量％粘合沥青的混合物B制造复合侧壁砖。为此，以如下方式向用于制造生坯块的振动模具填充所述两种混合物：使得混合物A和混合物B的两个连续层在复合砖的高度方向上在生坯块中彼此相邻。如下选择振动模具中的层的高度：考虑了通过在填充后的生坯块的压实提供的目标堆积密度，使得在压实后两个层各自在生坯块的一半高度上延伸。然后在1300℃下的环式窑中对生坯块进行烧制以制造基体。

然后对含有材料A的层进行如下加工，使得其在生坯块的整个长度上获得期望的多边形形状。在后续步骤中，然后从基体切割具有50cm厚度的板。成品复合侧壁砖的实例具有500mm的宽度、700mm的高度和250mm的厚度。

材料A具有在室温下在侧壁砖的一个方向上测得的约8W/m·K的热导率，而材料B在侧壁砖的同一方向上、在材料A和B的晶粒方向上具有约45W/m·K的热导率。可根据ISO12987，即在特定方向上，在侧壁砖制造期间向原料施加压力的情况下，例如与压力施加方向垂直或平行，即与晶粒方向相反或在晶粒方向上，测量在室温下的热导率。

在材料A的情况下，在920℃～1000℃的温度下测得的热导率为约9W/m·K，并且在材料B的情况下，为约37W/m·K。

实施方式3：

通过首先将混合物A、然后将混合物B、然后再次将混合物A引入振动模具中，制造如图10中所示的阴极块，所述振动模具的高度被视为生坯成型体的成品高度。

混合物A具有以下组成：

-57重量％无烟煤

-24重量％石墨，和

-19重量％粘合沥青。

混合物B具有以下组成：

-80重量％石墨，和

-20重量％粘合沥青。

如下选择振动模具中的层的高度：考虑了通过在填充后的生坯块的压实提供的目标堆积密度，使得在压实后两个层各自在生坯块的一半高度上延伸。然后在1200℃下的环式窑中对生坯块进行烧制以制造基体。材料A具有在室温下在阴极块的一个方向上测得的约15W/m·K的热导率，而材料B在阴极块的同一方向上、在材料A和B的晶粒方向上具有约40W/m·K的热导率。可根据ISO 12987，即在特定方向上，在阴极块制造期间向原料施加压力的情况下，例如与压力施加方向垂直或平行，即与晶粒方向相反或在晶粒方向上，测量在室温下的热导率。

如此制造的阴极块可具有420mm的宽度、400mm的高度和3100mm的长度，并且可用于制造具有例如24个阴极块的阴极底部。这样的阴极块可与根据本发明的侧壁砖一起用于电解槽中。

附图标记列表

12 阴极块

14 液态铝层

16 液态熔体层

18 固化熔体层

20 阳极块

22 电流导轨

24 钢槽

26 耐火板

28 侧壁砖

29 复合侧壁砖

30 捣打料

32 底面

34 侧面

36 具有较低热导率的层

38 具有较高热导率的层

40、42 底面

44、46 侧面

48 基体

b 宽度

h 高度

d 厚度

H 阴极块的高度

L 阴极块的长度

Claims (19)

1.一种用于电解槽中的壁的侧壁砖，

其中

所述侧壁砖(28)为层状体，

所述层状体包含具有较低热导率的层(36)和具有较高热导率的层(38)，在920℃～1000℃的温度下测得的较低热导率与较高热导率之间的差至少为5W/m·K，

其特征在于

所述层(36，38)中的至少一个掺杂有硅、氧化的陶瓷材料或非氧化的材料。

2.根据权利要求1所述的侧壁砖，

其特征在于

所述层状体具有交替顺序的具有较低热导率的层(36)和具有较高热导率的层(38)。

3.根据权利要求2所述的侧壁砖，

其特征在于

所述层状体的一个外层为具有较低热导率的层(36)并且另一个外层为具有较高热导率的层(38)。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的侧壁砖，

其特征在于

所述层(36，38)具有块形状，并且经由接触面连接在一起。

5.根据权利要求4所述的侧壁砖，

其特征在于

所述层(36，38)经由其底面(40，42)或经由其侧面(44，46)连接在一起。

6.根据权利要求1～3中的任一项所述的侧壁砖，

其特征在于

所述层(36，38)中的一个具有块形状，并且其它层(36，38)具有多边形形状，所述两个层经由接触面连接在一起。

7.根据权利要求6所述的侧壁砖，

其特征在于

具有多边形形状的所述层(36，38)为具有三个至六个角的多边形。

8.根据权利要求5所述的侧壁砖，

其特征在于，

当所述层(36，38)经由其底面(40，42)连接在一起时，所述层状体的厚度为50mm～700mm。

9.根据权利要求5所述的侧壁砖，

其特征在于，

当所述层(36，38)经由其侧面(44，46)连接在一起时，所述层的高度为150mm～450mm。

10.根据权利要求1～3中的任一项所述的侧壁砖，

其特征在于

至少一个层(36，38)由选自碳或碳化硅或其任意混合物的材料构成。

11.根据权利要求10所述的侧壁砖，

其特征在于

所述碳选自石墨碳或石墨化的碳。

12.根据权利要求1～3中的任一项所述的侧壁砖，

其特征在于

至少一个层(36，38)含有选自碳或碳化硅或其任意混合物的材料。

13.根据权利要求12所述的侧壁砖，

其特征在于

所述碳选自石墨碳或石墨化的碳。

14.根据权利要求1～3中的任一项所述的侧壁砖，

其特征在于

较低热导率与较高热导率之间的差为5W/m·K～80W/m·K。

15.一种用于制造根据权利要求1～14中的任一项所述的侧壁砖(28)的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供用于具有较低热导率的层(36)的混合物，用于具有较高热导率的层(38)的混合物，和任选地一种或多种用于至少一个其它层的混合物，

b)从根据步骤a)的混合物形成具有层结构的生坯块，

c)在1100℃至1400℃的温度下烧制根据步骤b)的生坯块。

16.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于

根据步骤b)的形成包括振动成型。

17.根据权利要求1～14中的任一项所述的侧壁砖(28)用于衬砌电解槽中的侧壁的用途。

18.一种电解槽，其包含阴极(12)和阳极(20)以及侧壁，其中由根据权利要求1～14中的任一项所述的侧壁砖(28)形成所述壁的至少一部分。

19.根据权利要求18所述的电解槽，其中所述阴极由阴极块形成，所述阴极块为包含具有较低热导率的层和具有较高热导率的层的层状体。