CN105441978A - 一种铝电解槽阴极结构整体捣固成型方法及其冷捣糊阴极结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝电解槽阴极结构整体捣固成型方法及其冷捣糊阴极结构，它是采用冷捣糊材料替代传统阴极炭块捣固形成预焙铝电解槽的阴极底部，使电解槽阴极整体捣固成型，本发明的优点是结构简单，操作简便，既降低了铝电解槽的筑炉成本，又简化了筑炉施工流程，提高了电解槽的维护工效并改善了铝电解槽大修作业的环保效果，而且有利于提高电解槽的阴极使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及铝电解技术领域，具体涉及一种铝电解槽阴极结构整体捣固成型方法及其冷捣糊阴极结构。
背景技术
霍尔-埃鲁特（Hall–Heroult）电解炼铝法自1888年诞生以来，一直是炼铝工业的唯一生产方法。而电能利用率低（一般为46～49%）及槽内衬寿命短（国内槽内衬平均使用寿命一般低于2000天）仍然是其结构方法的严重不足。近年来国内外铝工业一直围绕着实现铝电解槽的深度节能环保技术进行了大量的结构和材料研究工作，取得了不少重大技术进展，但在铝电解槽阴极结构设计与新材料使用方面仍存在缺陷，以至于难于取得预期的生产节能环保效果。
传统预焙铝电解槽的阴极结构一般由阴极炭块、阴极钢棒、捣固糊和内衬耐火保温材料等组成。电解槽筑炉时，多组带阴极钢棒的阴极炭块组平行放置，再用炭间糊和周围糊捣固，经焙烧成为一个整体。如图2所示。
传统预焙铝电解槽阴极结构的缺陷主要在于：阴极炭块成本较高（一般比捣固糊价格每吨要高约2000元），而且阴极炭块与捣固糊因材料材质不同，在铝电解槽焙烧启动过程中两者之间会产生热胀冷缩缝隙，容易导致生产槽中的高温铝液与电解质液渗入缝隙产生电解槽内衬破损甚至早期漏炉现象，而影响铝电解槽的内衬使用寿命；同时，由于传统预焙铝电解槽内衬砌筑采用热捣糊或温捣糊，糊料及阴极炭块在捣糊前需要预热至110±5℃，一方面增加了能源消耗，另一方面捣固期间糊料会弥散沥青烟气和多环芳香烴（PAH）等污染物影响操作环境。
发明内容
本发明的目的是针对传统预焙铝电解槽阴极结构存在的技术缺陷，提供用于预焙铝电解槽生产的一种铝电解槽阴极结构整体捣固成型方法及其冷捣糊阴极结构。
本发明是这样实现的：
（1）在预焙铝电解槽内，采用冷捣糊材料替代传统的阴极炭块整体捣固阴极形成一个整体阴极，冷捣糊材料宜采用高石墨质冷捣糊（石墨质含量≥35%），以提高槽阴极导电率和抗电解质侵蚀能力，一方面减少了炭间糊的扎固工作量，电解槽阴极易于一次捣固成型，可简化铝电解槽的筑炉流程，降低筑炉成本，并改善电解槽的筑炉操作环境，同时有利于可降低电解槽的阴极电压降，获得降低成本、提高劳动生产率以及环保节能的综合效果；
（2）为了保障捣固层的整体性并提高阴极导电有效面积，整体捣固层的高度为400～600mm，捣固外延宽度与阳极宽度相差≤50mm；
（3）采用整体捣固形式的预焙铝电解槽的阴极钢棒结构可以是双扁钢、单方形钢棒（7）或半圆形单钢棒结构，阴极钢棒高度150～200mm，阴极钢棒上部的冷捣糊捣固层厚度宜≥200mm，为了降低阴极钢棒电压降，阴极钢棒电流密度宜≥30A/cm2；
（4）铝电解槽侧下部采用梯形结构，使阴极底部的捣固层也形成阶梯形结构。阶梯型上下高度分别为150～200mm（下层），200～300mm（上层）。
本发明的优点是结构简单，操作简便，既降低了铝电解槽的筑炉成本，又简化了筑炉施工流程，提高了电解槽的维护工效并改善了铝电解槽大修作业的环保效果，而且有利于提高电解槽的阴极使用寿命。
附图说明
图1是本发明的铝电解槽阴极结构示意图；
图2是现有技术的铝电解槽阴极结构示意图；
附图标记说明：1-高石墨质冷捣糊，2-阶梯形侧下部，3-侧部炭块，4-双扁钢，5-耐火保温层，6-人造伸腿，7-方形钢棒，8-半圆形钢棒，9-阳极炭块，10-周边糊，11-炭间糊，12-阴极炭块组。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图2所示，现有技术的铝电解槽阴极结构，是将多组带阴极钢棒的阴极炭块组12平行放置，再用炭间糊11和周围糊10捣固，经焙烧成为一个整体，阴极炭块与捣固糊因材料材质不同，在铝电解槽焙烧启动过程中两者之间会产生热胀冷缩缝隙，容易导致生产槽中的高温铝液与电解质液渗入缝隙产生电解槽内衬破损甚至早期漏炉现象，而影响铝电解槽的内衬使用寿命。
而本发明的铝电解槽阴极结构如图1所示，阴极钢棒设置在高石墨质冷捣糊1中整体捣固成型，这样不管阴极钢棒是双扁钢4、单方形钢棒7或半圆形单钢棒8各种结构，都可以实现在高石墨质冷捣糊1中整体捣固成型，而不需要设置如图1所示的炭间糊11和周围糊10等按组分隔。侧部炭块3与高石墨质冷捣糊1通过阶梯型结构过渡连接，而在阶梯型结构的上方设置有三角形结构的人造伸腿6以提高结构稳定性。高石墨质冷捣糊1的下方是耐火保温层5，阶梯形侧下部2也是耐火保温结构。阶梯型结构的上下高度分别为：上层150～200mm，下层200～300mm。
本发明是这样实施的：铝电解槽阴极结构整体捣固成型方法是采用冷捣糊材料替代传统阴极炭块捣固形成预焙铝电解槽的阴极底部，采用多种捣固工具，使电解槽阴极整体捣固成型，其中，冷捣糊材料导电率≤60Ω·μm，整体捣固层的扎固高度400～600mm，捣固外延宽度与阳极宽度相差≤50mm（即图1中阳极炭块9和高石墨质冷捣糊1的左边边缘距离差距≤50mm），阴极钢棒上部的冷捣糊捣固层厚度≥200mm，阴极钢棒电流密度≥30A/cm2。优选的，冷捣糊材料采用石墨碎含量≥35%的高石墨质的冷捣糊材料。
当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种铝电解槽阴极结构整体捣固成型方法，其特征在于：采用冷捣糊材料替代传统阴极炭块捣固形成预焙铝电解槽的阴极底部，使电解槽阴极整体捣固成型，其中，冷捣糊材料导电率≤60Ω·μm，整体捣固层的扎固高度400～600mm，捣固外延宽度与阳极宽度相差≤50mm，阴极钢棒上部的冷捣糊捣固层厚度≥200mm，阴极钢棒电流密度≥30A/cm2。
2.根据权利要求1所述的铝电解槽阴极结构整体捣固成型方法，其特征在于：所述冷捣糊材料采用石墨碎含量≥35%的高石墨质的冷捣糊材料。
3.一种带整体捣固冷捣糊的铝电解槽阴极结构，其特征在于：底部电解槽由高石墨质冷捣糊（1）整体捣固构成，高石墨质冷捣糊（1）下方设有耐火保温层（5）；阴极钢棒设置在高石墨质冷捣糊（1）中，侧部炭块（3）与高石墨质冷捣糊（1）通过阶梯型结构过渡连接。
4.根据权利要求3所述的带整体捣固冷捣糊的铝电解槽阴极结构，其特征在于：阴极钢棒是双扁钢（4）、单方形钢棒（7）或半圆形单钢棒（8）结构。
5.根据权利要求3所述的带整体捣固冷捣糊的铝电解槽阴极结构，其特征在于：阶梯型结构的上下高度分别为：上层150～200mm，下层200～300mm。
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