CN105803487B - 一种无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，阳极钢爪和阳极炭块采用机械式连接，在阳极炭块上设置上部T形连接凸头和下部T形连接凹槽，当阳极炭块消耗部分后成为旧阳极炭块，将旧阳极炭块从阳极钢爪上取下，然后将新阳极炭块连接在阳极钢爪上，新阳极炭块通过下部T形连接凹槽与旧阳极炭块的上部T形连接凸头插接，形成新的阳极炭块组后将旧阳极炭块回收利用，实现在预焙铝电解生产过程中无阳极残极产生。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，电损相对较低的特点。

Description

一种无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法

技术领域

本发明涉及一种预焙铝电解生产方法，特别是一种无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法。

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。

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，造成电损约在400～500度/吨铝。

在使用现有的浇铸式阳极炭块组时，为了尽可能减少残极浪费，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。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法。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，电损相对较低的特点。

本发明的技术方案：一种无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法。阳极钢爪和阳极炭块采用机械式连接，在阳极炭块上设置炭块上部T形连接凸头和炭块下部T形连接凹槽，当阳极炭块消耗部分后成为旧阳极炭块，将旧阳极炭块从阳极钢爪上取下，然后将新阳极炭块连接在阳极钢爪上，新阳极炭块通过炭块下部T形连接凹槽与旧阳极炭块的炭块上部T形连接凸头插接，形成新的阳极炭块组后将旧阳极炭块回收利用，实现在预焙铝电解生产过程 中无阳极残极产生。

前述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，具体步骤如下：

(1)将高温态的旧阳极从电解槽中提起；

(2)将高温态的旧阳极炭块从阳极钢爪上取下；

(3)将常温态的新阳极炭块安装至阳极钢爪，然后将步骤(2)中取下的高温态的旧阳极炭块的上部T形连接凸头与所述新阳极炭块的下部T形连接凹槽插接，既得新的阳极炭块组；

(4)将步骤(3)中得到的新的阳极炭块组插回电解槽内继续工作，即实现无阳极残极的铝电解生产。

前述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，所述步骤(3)中，旧阳极炭块的炭块上部T形连接凸头与新阳极炭块的下部T形连接凹槽插接之前，需先将旧阳极炭块的阳极双肩上表面和炭块上部T形连接凸头的上表面进行打磨去除氧化铝覆盖料和氟化盐杂质，然后降温，在降温后的旧阳极炭块的阳极双肩上表面和炭块上部T形连接凸头的上表面上覆盖一层炭块粘接导电料。

前述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，所述降温是利用冷却水将旧阳极炭块的阳极双肩上表面和炭块上部T形连接凸头的上表面降温，优选降温至50℃-150℃。

前述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，所述炭块粘接导电料中含有沥青5-30％、石墨70-95％。

前述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，在所述的旧阳极炭块的阳极双肩上表面和炭块上部T形连接凸头的上表面上覆盖粘接导电料之前需先涂上一层煤焦油。

前述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，所述步骤(3)中，旧阳极炭块的上部T形连接凸头与新阳极炭块的下部T形连接凹槽插接之后，需在新阳极炭块的下部T形连接凹槽下部的T形连接凹槽钩承力肩与旧阳极炭块的上部T形连接凸头上部的T形连接凸头承力肩之间形成的间隙内填入 泥状的紧固料，紧固料凝固后形成紧固栓。

前述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，所述泥状的紧固料是钢铁工业所用的炮泥。

前述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，所述紧固料是受到旧阳极炭块自身的高温后迅速凝固。

本发明的有益效果：本发明采用的阳极钢爪与阳极炭块之间采用机械式连接，即拆装便捷，而且对阳极炭块无损伤，阳极炭块以新极带老极连接使用，无残极产生，使阳极的利用率由原来的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，不存在过薄的阳极炭块，就无导电不均的情况出现，因此，工况很稳定，电损也相对较低。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，造成电损约在400～500度/吨铝，采用本发明的机械式钢爪，因钢爪与炭块的接触面比浇铸式钢爪大，接触紧固、无收缩间隙存在，钢爪与炭块之间的接触电阻小，可降低钢爪与炭块的连接处的电损50％左右。此外，本发明通过在旧阳极连入新的阳极炭块之前，在旧阳极的炭块与钢爪连接面和旧阳极的裸露上表面涂上煤焦油并覆盖一层粘接导电料层，凝固以后成为粘合导电层，为新阳极炭块和旧阳极炭块之间提供粘合力，避免电解过程中旧阳极脱落影响电解生产，提高了本发明的可靠性。同时，在涂上煤焦油之前通过先将旧阳极的上表面快速水冷却，然后涂一层煤焦油，既避免沥青因炭块表面温度太高而瞬间挥发导致其粘结效果极差，还促进了沥青在旧阳极炭块上的渗透深度，进一步加强了新旧阳极炭块的粘合效果。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，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。本发明具有无污染环境的残极产生，降低电解生产成本，钢爪寿命长，换极时电解槽工况稳定，电损相对较低的有益效果。

附图说明

附图1为实现本发明的铝电解阳极结构的结构示意图。

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：一种无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，具体步骤如下：

(1)将高温态(旧阳极刚从电解槽提出来时的状态)的旧阳极从电解槽中提起；

(2)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)；

(3)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形紧固栓螺母6，将新阳极炭块15的上部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)，然后将步骤(2)中取下的高温态的旧阳极炭块16的双肩上表面13和上部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的双肩上表面13和上部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的双肩上表面13和上部T形连接凸头19的上表面上涂上一层煤焦油，再覆盖一层以沥青和石墨(其中沥青5-30％、石墨70-95％)组成的炭块粘接导电料，然后将旧阳极炭块16的上部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(泥状紧固料是指钢铁行业中所用的炮泥)，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；

(4)将步骤(3)中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。

实现本方法的阳极结构如附图1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，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。

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，所述炭块下部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形螺栓底部设有横梁12。

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。

Claims (9)

1.一种无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，其特征在于：阳极钢爪和阳极炭块采用机械式连接，所述阳极钢爪包括有机械式钢爪底板（9），机械式钢爪底板（9）的两侧设有活动槽，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），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）；在阳极炭块上设置炭块上部T形连接凸头（19）和炭块下部T形连接凹槽（11），当阳极炭块消耗部分后成为旧阳极炭块（16），将旧阳极炭块（16）从阳极钢爪上取下，然后将新阳极炭块（15）连接在阳极钢爪上，新阳极炭块（15）通过炭块下部T形连接凹槽（11）与旧阳极炭块（16）的炭块上部T形连接凸头（19）插接，形成新的阳极炭块组后将旧阳极炭块（16）回收利用，实现在预焙铝电解生产过程中无阳极残极产生。

2.根据权利要求1所述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）将高温态的旧阳极从电解槽中提起；

（2）将高温态的旧阳极炭块（16）从阳极钢爪上取下；

（3）将常温态的新阳极炭块（15）安装至阳极钢爪，然后将步骤（2）中取下的高温态的旧阳极炭块（16）的炭块上部T形连接凸头（19）与所述新阳极炭块（15）的炭块下部T形连接凹槽（11）插接，既得新的阳极炭块组；

（4）将步骤（3）中得到的新的阳极炭块组插回电解槽内继续工作，即实现无阳极残极的铝电解生产。

3.根据权利要求2所述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，其特征在于：所述步骤（3）中，旧阳极炭块（16）的炭块上部T形连接凸头（19）与新阳极炭块（15）的炭块下部T形连接凹槽（11）插接之前，需先将旧阳极炭块（16）的阳极双肩上表面（13）和炭块上部T形连接凸头（19）的上表面进行打磨去除氧化铝覆盖料和氟化盐杂质，然后降温，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）的上表面上覆盖一层炭块粘接导电料。

4.根据权利要求3所述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，其特征在于：所述降温是利用冷却水将旧阳极炭块（16）的阳极双肩上表面（13）和炭块上部T形连接凸头（19）的上表面降温至50℃-150℃。

5.根据权利要求3所述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，其特征在于：所述炭块粘接导电料中含有沥青5-30%、石墨70-95%。

6.根据权利要求3所述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，其特征在于：在所述的旧阳极炭块（16）的阳极双肩上表面（13）和炭块上部T形连接凸头（19）的上表面上覆盖粘接导电料之前需先涂上一层煤焦油。

7.根据权利要求2所述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，其特征在于：所述步骤（3）中，旧阳极炭块（16）的炭块上部T形连接凸头（19）与新阳极炭块（15）的炭块下部T形连接凹槽（11）插接之后，需在新阳极炭块（15）的炭块下部T形连接凹槽（11）下部的T形连接凹槽钩承力肩（18）与旧阳极炭块（16）的炭块上部T形连接凸头（19）上部的T形连接凸头承力肩（17）之间形成的间隙（14）内填入泥状的紧固料，紧固料凝固后形成紧固栓（14）。

8.根据权利要求7所述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，其特征在于：所述泥状的紧固料是钢铁工业所用的炮泥。

9.根据权利要求8所述的无阳极残极产生的预焙铝电解生产方法，其特征在于：所述紧固料是受到旧阳极炭块（16）自身的高温后迅速凝固的。