CN105543896A - 一种预焙铝电解槽阳极组结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预焙铝电解槽阳极组结构，包括有机械式钢爪底板，机械式钢爪底板的下方设有机械式钢爪与炭块的连接部，机械式钢爪与炭块的连接部下方连接有新阳极炭块，新阳极炭块上设有炭块上部T形连接凸头，炭块上部T形连接凸头的两侧设有T形连接凸头承力肩，底部设有与炭块上部T形连接凸头配合使用的炭块下部T形连接凹槽，炭块下部T形连接凹槽的底部设有T形连接凹槽钩承力肩；所述新阳极炭块的下方连接有旧阳极炭块。本发明无残极产生，使阳极炭块的利用率由传统的70～80％，提高到100％，可降低电解铝的生产成本，钢爪寿命长，电解槽工况稳定，电损相对较低，且新旧阳极炭块连接快捷、方便，节约热能，连接牢固，导电效果好。

Description

一种预焙铝电解槽阳极组结构

技术领域

本发明涉及一种铝电解阳极，特别是一种预焙铝电解槽阳极组结构。

背景技术

现代电解铝工业，均采用预焙阳极生产电解铝。预焙阳极一般为长方体，具有稳定的几何形状，以石焦油、沥青焦为骨料，以煤沥青为粘结剂，根据电解槽电流的大小和工艺的不同而有不同的尺寸，其电流密度一般在0.68-0.9A/cm²范围内，每个炭块使用周期一般在23-30天。

现有的预焙阳极电解铝生产中，阳极钢爪与阳极炭块全部采用磷生铁浇铸式连接，在预焙阳极炭块导电方向的上表面设有2-4个直径为160-180mm，深为80-110mm的圆槽，俗称炭碗，在阳极组装时，炭碗用来安放阳极爪头，用磷生铁将阳极爪头浇铸在炭碗中，钢爪头和铝导电杆通过铝钢爆炸焊连接，这样阳极导电杆和阳极炭块连为一体，组成阳极炭块组，浇铸式预焙阳极炭块组是现代预焙电解槽目前使用的唯一阳极材料。

在电解铝生产过程中，炭阳极与氧化铝电解分解出来的氧气在高温下不断反应，释放二氧化碳气体而不断消耗，需要定时更换，更换下来的炭块行业中称之为阳极残极。预焙铝电解生产必定产生大量阳极残极，无残极产生是上世纪60～70年代，预焙铝电解工艺成熟已来一直没有实现的行业梦想。

现目前对传统的阳极残极的处理方式是在阳极组装车间，将导电杆连接的残极打碎脱落后，再将磷生铁浇筑的阳极钢碗打碎脱落后的铝导电杆用于新的炭块，如此循环使用，由此造成了炭块的更换过程费时费力。

且一般情况下阳极残极的产生量为铝锭产量的10-15％，由此产生了极大的浪费，按现在我国年产2600-2700万吨电解铝计算，阳极残极高达260-390万吨/年，按照阳极炭块2700元/吨价值计算每年浪费的阳极炭块价值达百亿元，全世界的浪费更多，阳极残极长时间在电解槽的熔融电解质中浸泡，而阳极炭素本身有25-27％的孔隙率，残极体内吸附了大量的电解质，电解质的主要成分是氟化盐，含有大量氟化盐的阳极残极对环境的污染十分严重。

在使用现有的浇铸式阳极炭块组时，为了尽可能降低残极浪费必须尽量把残极烧薄，在阳极炭块寿命末期，阳极炭块的顶面十分接近电解质水平面，受磁场和气流影响，电解质表面不断有强烈的波浪产生，或因生产控制偏差，在实际生产过程中，阳极钢爪经常被电解质浸蚀，钢爪的铁溶入电解质中，随即进入铝水影响铝锭品质，实际生产中，电解车间使用的钢爪平均寿命只有3年左右，这也使生产成本有一定的增加。且在阳极炭块寿命末期，过薄的残极厚度，必然带来炭极导电不均，导致电解槽工况波动，电损增加。

浇铸式钢爪—炭块连接方式，连接面接触电压降较大，浇入的磷生铁铁水温度约1600℃，冷却后，磷生铁碗与炭碗之间必定出现间隙，由此，钢爪炭块阳极组在电解槽内工作时，钢爪与炭块接触面之间产生约150mv的电压降，造成电损约400～500度/吨铝。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种预焙铝电解槽阳极组结构。本发明具有具有无残极产生，使阳极炭块的利用率由传统的70～80％，提高到100％，可降低电解铝的生产成本，钢爪寿命长，电解槽工况稳定，电损相对较低的特点，此外，本发明还具有阳极炭块连接方便，节约热能，连接牢固，导电效果好的特点。

本发明的技术方案：一种预焙铝电解槽阳极组结构，包括有机械式钢爪底板，机械式钢爪底板的下方设有机械式钢爪与炭块的连接部，机械式钢爪与炭块的连接部的下方连接有新阳极炭块，新阳极炭块上设有与机械式钢爪与炭块的连接部配合使用的炭块上部T形连接凸头，炭块上部T形连接凸头的两侧设有T形连接凸头承力肩，底部设有与炭块上部T形连接凸头配合使用的炭块下部T形连接凹槽，炭块下部T形连接凹槽的底部设有T形连接凹槽钩承力肩；所述新阳极炭块的下方连接有旧阳极炭块。

前述的预焙铝电解槽阳极组结构，所述机械式钢爪底板的上方连接有机械式钢爪桥脚，机械式钢爪桥脚的上方连接有阳极铝导杆，阳极铝导杆上设有阳极铝导杆插销孔。

前述的预焙铝电解槽阳极组结构，所述机械式钢爪桥脚与阳极铝导杆经铝钢爆炸焊复合板连接。

前述的预焙铝电解槽阳极组结构，所述机械式钢爪与炭块的连接部包括有设于机械式钢爪底板两侧的活动槽，活动槽中设有机械式钢爪t形紧固螺栓，机械式钢爪t形紧固螺栓的底部设有t形螺栓底部横梁，t形螺栓底部横梁位于活动槽的下方，机械式钢爪t形紧固螺栓的两端穿出活动槽后，在其上端的穿出段上设有机械式钢爪t形紧固栓螺母。

前述的预焙铝电解槽阳极组结构，所述机械式钢爪底板的两侧还设有水平方向的t形螺栓横向锁紧螺栓，t形螺栓横向锁紧螺栓的一端伸进活动槽后顶在所述机械式钢爪t形紧固螺栓的一侧。

前述的预焙铝电解槽阳极组结构，所述t形螺栓底部设有t形螺栓底部横梁。

前述的预焙铝电解槽阳极组结构，所述机械式钢爪t形紧固栓螺母与机械式钢爪底板之间设有热变形补偿垫。

前述的预焙铝电解槽阳极组结构，所述热变形补偿垫是拱形的钢垫。

前述的预焙铝电解槽阳极组结构，所述T形连接凸头承力肩的厚度小于炭块下部T形连接凹槽的深度，所述炭块上部T形连接凸头和炭块下部T形连接凹槽配合使用时，T形连接凹槽钩承力肩的上表面和T形连接凸头承力肩的下表面之间形成间隙，间隙内设有紧固栓。

前述的预焙铝电解槽阳极组结构，所述新阳极炭块和旧阳极炭块之间设有粘接导电料层。

本发明的有益效果：本发明的阳极钢爪与阳极炭块之间采用机械式连接，阳极炭块以新极带老极连接使用，无残极产生，使阳极炭块的利用率由原来的70～80％提升至100％，降低了电解生产的成本，因不须要尽力把阳极烧薄，只须控制到合适的炭块厚度，因此，不存在钢爪被电解质浸蚀的可能，使机械式钢爪寿命大大长过浇铸式钢爪。同时，本发明的机械式阳极钢爪不存在过薄的阳极炭块，就不存在导电不均的情况出现，因此，工况很稳定，电损也相对较低。同时，旧阳极炭块上部T形连接凸头承力肩和新阳极炭块下部T形连接凹槽钩承力肩之间插接后，有较大孔隙，孔隙尺寸优选10×11mm(高×宽)。本发明通过在孔隙中填入泥状紧固料(钢铁工业中所用的炮泥)，泥状紧固料在旧阳极本身的高温下迅速凝固，形成紧固栓，使新的阳极炭块和旧阳极炭块的连接非常紧密，减少了新的阳极炭块组的电阻，降低了炭块组本身的电损。此外，本发明通过在阳极钢爪的钢板上设置机械式炭块连接部，机械式钢爪与阳极炭块之间采用机械式连接，从而取代传统的磷生铁浇铸的连接方式，使机械式钢爪从旧阳极炭块拆除和与新阳极炭块的连接过程快速方便；同时，本发明在连接阳极炭块时不需要将旧阳极炭块和钢爪带到组装车间进行更换，在电解车间内电解槽旁即可实现连接，将连接后的新阳极组插回电解槽使用，即可减少阳极炭块组的热量散失(实践证明，阳极炭块更换过程中阳极炭块组的热量散失约为20％)，节约了热能，又可实现新、旧阳极炭块连接使用，无残极产生。此外，通过在机械式钢爪t形紧固螺栓一侧的钢板上设置水平方向的t形螺栓横向锁紧螺栓，将机械式钢爪t形紧固螺栓锁定在活动槽内，使本发明在使用时更加牢固度；通过在机械式钢爪t形紧固螺栓的上端设置机械式钢爪t形紧固栓螺母，当阳极炭块与钢爪连接时，调节机械式钢爪t形紧固栓螺母使阳极炭块与机械式钢爪底板能够保持紧密接触，提高了导电效果；通过在机械式钢爪t形紧固栓螺母的下方设置热变形补偿垫，避免钢爪受热以后膨胀使新阳极炭块和机械式钢爪底板之间形成间隙而增加电阻，进一步保证了本发明的导电效果；通过在钢板和铝导电杆之间设置机械式钢爪桥脚，隔离了铝导杆，避免低熔点的阳极铝导杆直接与机械式钢爪底板接触后软化或融化导致生产安全事故，提高了本发明使用的安全性。综上所述，本发明具有无残极产生，使阳极炭块的利用率由传统的70～80％，提高到100％，可降低电解铝的生产成本，钢爪寿命长，电解槽工况稳定，电损相对较低的有益效果，此外，本发明还具有阳极炭块更换方便，节约热能，连接牢固，导电效果好的有益效果。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为附图1的侧视图。

附图标记说明：1-阳极铝导杆插销孔，2-阳极铝导杆，3-铝钢爆炸焊复合板，4-机械式钢爪桥脚，5-机械式钢爪t形紧固螺栓，6-机械式钢爪t形紧固栓螺母，7-热变形补偿垫，8-t形螺栓横向锁紧螺栓，9-机械式钢爪底板，10-炭块与钢爪连接面，11-炭块下部T形连接凹槽，12-t形螺栓底部横梁，13-阳极双肩上表面，14-紧固栓，15-新阳极炭块，16-旧阳极炭块，17-T形连接凸头承力肩，18-T形连接凹槽钩承力肩，19-炭块上部T形连接凸头。

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说明，但并不作为对本发明限制的依据。

本发明的实施例：

实施例：一种预焙铝电解槽阳极组结构，如附图1-2所示，包括有机械式钢爪底板9，机械式钢爪底板9的下方设有机械式炭块连接部，机械式炭块连接部的下方连接有新阳极炭块15，新阳极炭块15上设有与机械式炭块连接部配合使用的炭块上部T形连接凸头19，炭块上部T形连接凸头19的两侧设有T形连接凸头承力肩17，底部设有与炭块上部T形连接凸头19配合使用的炭块下部T形连接凹槽11，炭块下部T形连接凹槽11的底部设有T形连接凹槽钩承力肩18；所述新阳极炭块15的下方连接有旧阳极炭块16。

所述机械式钢爪底板9的上方连接有机械式钢爪桥脚4，机械式钢爪桥脚4的上方连接有阳极铝导杆2，阳极铝导杆2上设有阳极铝导杆插销孔1。

所述机械式钢爪桥脚4与阳极铝导杆2经铝钢爆炸焊复合板3连接。

所述机械式炭块连接部包括有设于机械式钢爪底板9两侧的活动槽，活动槽中设有机械式钢爪t形紧固螺栓5，机械式钢爪t形紧固螺栓5的底部设有t形螺栓底部横梁12，t形螺栓底部横梁12位于活动槽的下方，机械式钢爪t形紧固螺栓5的两端穿出活动槽后，在其上端的穿出段上设有机械式钢爪t形紧固栓螺母6。

所述机械式钢爪底板9的两侧还设有水平方向的t形螺栓横向锁紧螺栓8，t形螺栓横向锁紧螺栓8的一端伸进活动槽后顶在所述机械式钢爪t形紧固螺栓5的一侧。

所述t形螺栓底部设有t形螺栓底部横梁12。

所述机械式钢爪t形紧固栓螺母6与机械式钢爪底板9之间设有热变形补偿垫7。

所述热变形补偿垫7是拱形的钢垫。

所述T形连接凸头承力肩17的厚度小于炭块下部T形连接凹槽11的深度，所述炭块上部T形连接凸头19和炭块下部T形连接凹槽11配合使用时，T形连接凹槽钩承力肩18的上表面和T形连接凸头承力肩17的下表面之间形成间隙，间隙内设有紧固栓14。

所述新阳极炭块15和旧阳极炭块16之间设有粘接导电料层(粘接导电料层由沥青5-30％、石墨70-95％组成)。

本发明的工作原理：首先将高温态的旧阳极从电解槽中提起；然后将高温态的旧阳极炭块16从阳极钢爪上取下(先拧松t形螺栓横向锁紧螺栓8，然后拧松机械式钢爪t形紧固栓螺母6，将机械式钢爪t形紧固螺栓5向两侧移开，即可取下旧阳极)；然后将常温态的新阳极炭块15安装至阳极钢爪(先将机械式钢爪t形紧固螺栓5向两侧移动，增加两侧机械式钢爪t形紧固螺栓5之间的间距，然后将阳极炭块15的炭块上部T形连接凸头19放在机械式钢爪t形紧固螺栓5之间，推动机械式钢爪t形紧固螺栓5使其向中间靠拢，使t形螺栓底部横梁12卡入新阳极炭块15的炭块上部T形连接凸头19两侧的T形连接凸头承力肩17下部，然后拧紧机械式钢爪t形紧固螺母6，将新阳极炭块15的炭块上部T形连接凸头牢固的固定在t形螺栓底部横梁12和机械式钢爪底板9的底面之间，然后拧紧t形螺栓横向锁紧螺栓8，将机械式钢爪t形紧固螺栓5固定，即可完成新阳极炭块15和阳极钢爪的连接)，然后将取下的高温态的旧阳极炭块16的阳极双肩上表面13和炭块上部T形连接凸头19的上表面(即炭块与钢爪连接面10)进行打磨去除氧化铝覆盖料和氟化盐杂物，然后用水冷却旧阳极炭块16的阳极双肩上表面13和炭块上部T形连接凸头19的上表面，使其降温至50℃-150℃，然后先在降温后的旧阳极炭块16的阳极双肩上表面13和炭块上部T形连接凸头19的上表面上涂上一层煤焦油，再覆盖一层炭块粘接导电料，然后将旧阳极炭块16的炭块上部T形连接凸头19与安装于阳极钢爪上的新阳极炭块15的炭块下部T形连接凹槽11插接，插接之后，在新阳极炭块15的T形连接凹槽钩承力肩18与旧阳极炭块16的T形连接凸头承力肩17之间形成的间隙内填入泥状紧固料(钢铁工业中所用的炮泥)，利用旧阳极炭块16自身的高温使泥状紧固料迅速凝固后形成紧固栓14，既得新的阳极炭块组；最后将得到的新的阳极炭块组插回电解槽内继续工作，即实现无阳极残极产生的预焙铝电解生产。

Claims (10)

1.一种预焙铝电解槽阳极组结构，其特征在于：包括有机械式钢爪底板(9)，机械式钢爪底板(9)的下方设有机械式钢爪与炭块的连接部，机械式钢爪与炭块的连接部的下方连接有新阳极炭块(15)，新阳极炭块(15)上设有与机械式钢爪与炭块的连接部配合使用的炭块上部T形连接凸头(19)，炭块上部T形连接凸头(19)的两侧设有T形连接凸头承力肩(17)，底部设有与炭块上部T形连接凸头(19)配合使用的炭块下部T形连接凹槽(11)，炭块下部T形连接凹槽(11)的底部设有T形连接凹槽钩承力肩(18)；所述新阳极炭块(15)的下方连接有旧阳极炭块(16)。

2.如权利要求书1所述的预焙铝电解槽阳极组结构，其特征在于：所述机械式钢爪底板(9)的上方连接有机械式钢爪桥脚(4)，机械式钢爪桥脚(4)的上方连接有阳极铝导杆(2)。

3.如权利要求书2所述的预焙铝电解槽阳极组结构，其特征在于：所述机械式钢爪桥脚(4)与阳极铝导杆(2)经铝钢爆炸焊复合板(3)连接。

4.如权利要求书1所述的预焙铝电解槽阳极组结构，其特征在于：所述机械式钢爪与炭块的连接部包括有设于机械式钢爪底板(9)两侧的活动槽，活动槽中设有机械式钢爪t形紧固螺栓(5)，机械式钢爪t形紧固螺栓(5)的底部设有t形螺栓底部横梁(12)，t形螺栓底部横梁(12)位于活动槽的下方，机械式钢爪t形紧固螺栓(5)的两端穿出活动槽后，在其上端的穿出段上设有机械式钢爪t形紧固栓螺母(6)。

5.如权利要求书4所述的预焙铝电解槽阳极组结构，其特征在于：所述机械式钢爪底板(9)的两侧还设有水平方向的t形螺栓横向锁紧螺栓(8)，t形螺栓横向锁紧螺栓(8)的一端伸进活动槽后顶在所述机械式钢爪t形紧固螺栓(5)的一侧。

6.如权利要求书4所述的预焙铝电解槽阳极组结构，其特征在于：所述t形螺栓底部设有t形螺栓底部横梁(12)。

7.如权利要求书4所述的预焙铝电解槽阳极组结构，其特征在于：所述机械式钢爪t形紧固栓螺母(6)与机械式钢爪底板(9)之间设有热变形补偿垫(7)。

8.如权利要求书7所述的预焙铝电解槽阳极组结构，其特征在于：所述热变形补偿垫(7)是拱形的钢垫。

9.如权利要求书1所述的预焙铝电解槽阳极组结构，其特征在于：所述T形连接凸头承力肩(17)的厚度小于炭块下部T形连接凹槽(11)的深度，所述炭块上部T形连接凸头(19)和炭块下部T形连接凹槽(11)配合使用时，T形连接凹槽钩承力肩(18)的上表面和T形连接凸头承力肩(17)的下表面之间形成间隙，间隙内设有紧固栓(14)。

10.如权利要求书9所述的预焙铝电解槽阳极组结构，其特征在于：所述新阳极炭块(15)和旧阳极炭块(16)之间设有粘接导电料层。