CN107012482B - 一种可控铝电解槽阳极覆盖密封系统及其应用的铝电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控铝电解槽阳极覆盖密封系统及其应用的铝电解槽，包括支撑框架和若干阳极包覆单元，所述支撑框架罩装在铝电解槽槽壳上方，所述支撑框架的侧面与铝电解槽槽壳侧面通过侧部挡板密封固定，所述阳极包覆单元为罩壳结构，嵌装在支撑框架的顶部，将阳极炭块的上部分进行包覆，并对支撑框架顶部形成密封。采用本发明的铝电解槽可明显降低劳动强度和生产成本，提高电解过程控制水平，有助于连续稳定高效的生产，并且烟气收集效率高，保护环境，对于提升铝电解槽的烟气收集效率，降低成本，保护环境具有重要意义，此外，由于烟气收集效率提高，也可对烟气余热进行更好的利用。

Description

一种可控铝电解槽阳极覆盖密封系统及其应用的铝电解槽

技术领域

本发明属于铝电解槽结构，具体涉及一种可控铝电解槽阳极覆盖密封系统及其应用的铝电解槽。

背景技术

目前，铝电解作业中，电解槽阳极上部普遍采用覆盖一层覆盖料，以减少电解槽的热量散失，烟气外漏。这种方式主要存在如下问题：

在换极作业中，由于覆盖料固结成块，需要用天车的气锤机械破碎才能进行后续作业，耗时耗力；换极完成后，需要操作工重新在上方覆盖上覆盖料，人工操作难以保证电解槽的保温效果；同时，破碎的覆盖料会进入电解质中，影响电解槽的稳定性；阳极上方的覆盖料，在换极后的一段时间，通气性提高，使阳极过多消耗于空气反应，降低了阳极的电解寿命。为防止覆盖料与电解质结壳影响氧化铝溶解进入电解质，需要在上部桁架中安装打壳装置，每次下料需要打壳，限制了下料效果。铝电解生产中，覆盖料大幅度增加了电解质物料循环量，储存及运送增加生产成本。而覆盖料也极大的限制了对铝电解下料方式、烟气收集、保温控制及余热利用。

本申请人提交的申请号为201610490099.7的专利文件公开了一种可控铝电解槽阳极覆盖密封结构，采用的是结构框架配合密封板整体罩装在铝电解槽上方的形式，将铝电解槽内部的所有阳极炭块同一罩装在一个密封结构内，这种方式对于单个的阳极炭块保护仍有不到位的问题，并且不利于单个阳极炭块的换极操作。

另外，铝电解槽的烟气收集方式主要是为了上部覆盖料结壳以及相关的电解操作设计。其采用的方式是通过上部集气罩和槽盖板的组合，这种烟气收集方式最大的缺点在于收集烟气效率低，烟气中混杂了大量的空气，烟气从槽盖板处泄露进入环境，引起车间工作恶化和环境污染问题，对电解厂的抽风系统带来更大负担，增大成本。此外，由于烟气中混杂了大量空气，烟气的预热利用也交困难。受限于传统铝电解槽的阳极覆盖料，传统的烟气收集难以进行关键性改进。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的铝电解槽阳极覆盖料存在的上述缺陷，提供一种可控铝电解槽阳极覆盖密封系统及其应用的铝电解槽。

本发明采用如下技术方案实现：

一种可控铝电解槽阳极覆盖密封系统，包括支撑框架和若干阳极包覆单元，所述支撑框架罩装在铝电解槽槽壳上方，所述支撑框架的侧面与铝电解槽槽壳侧面通过侧部挡板密封固定，所述阳极包覆单元为罩壳结构，嵌装在支撑框架的顶部，将阳极炭块的上部分进行包覆，并对支撑框架顶部形成密封。

进一步的，所述支撑框架通过焊接固定在铝电解槽槽壳上方，完全覆盖铝电解槽，支撑框架的顶部高度不低于铝电解槽内设置的阳极炭块高度。

进一步的，所述阳极包覆单元的罩壳结构内部空间与阳极炭块匹配，底部设有供阳极炭块穿过的阳极炭块孔，顶部设有供阳极导杆通过的阳极导杆孔。

进一步的，所述支撑框架平行于大面的中线两侧对称布置有两组中缝挡板，将支撑框架内部分隔为对称的两组阳极炭块布置空间。

进一步的，所述阳极包覆单元的阳极炭块孔和阳极导杆孔一端向外侧延伸开口，该开口所在的罩壳侧边设置中缝挡板插销，所述中缝挡板插销与中缝挡板上的设置的中缝挡板插孔插装，通过阳极包覆单元的罩壳结构与中缝挡板围成相对于阳极炭块密封的空间。

进一步的，所述阳极包覆单元顶部还覆盖设有阳极导杆孔盖板。

进一步的，所述阳极包覆单元的两侧以及支撑框架的顶部框架之间设有相互配合的定位台阶。

本发明还公开了一种铝电解槽，所述铝电解槽上方设有权利要求4-6中的可控铝电解槽阳极覆盖密封系统以及烟气收集系统；

所述烟气收集系统包括若干组烟气管道和烟气收集室，所述烟气收集室密封罩装在中缝挡板之间的支撑框架上，通过中缝挡板之间的通道与铝电解槽内部连通，所述烟气收集室通过烟气管道与烟气处理系统连接。

进一步的，所述烟气收集室包括可拼装的收集室长边侧挡板、收集室短边侧挡板和收集室顶部挡板，其中收集室长边侧挡板的侧边和收集室短边侧挡板的侧边之间设置相互配合的连接螺柱和连接孔进行固定拼装，所述收集室长边侧挡板的顶边以及收集室短边侧挡板的顶边分别与收集室顶部挡板的侧边之间设置相互配合的连接螺柱和连接孔进行固定拼装，所述烟气收集室的底部形成收集室底部通道孔，与铝电解槽内部对接，在收集室顶部挡板上设有烟气收集管道连接孔，与烟气管道通过法兰固定连接。

优选的，所述支撑框架采用不锈钢框架，表面涂设铝镁尖晶石结构层，所述支撑框架的侧部挡板以及烟气收集室的挡板均采用三层复合板材，由内至外分别为铝镁尖晶石材质的内衬层、不锈钢材质的支撑层和保温材质的保温层。

本发明采用上述方案可替代目前铝电解槽普遍采用的覆盖料，为电解槽提供稳定且良好的保温效果，提高烟气收集效率，保护环境的同时降低收集烟气的电成本。另外，避免了换极作业中破碎覆盖料的操作，可单独对阳极炭块进行更换，降低了劳动强度和生产成本，减少换极作业的时间，并且避免了覆盖料进入到铝电解槽内的电解质中，提高电解槽生产稳定性；由于取代了覆盖料，覆盖料积压及循环成本也可以减少；可以移除打壳下料装置，精简铝电解槽的生产设备结构；为新型下料、烟气收集等集成设计提供了良好的基础。

本发明与现采用的覆盖料方式相比，可明显降低劳动强度和生产成本，提高电解过程控制水平，有助于连续稳定高效的生产，并且烟气收集效率高，保护环境，对于提升铝电解槽的烟气收集效率，降低成本，保护环境具有重要意义，此外，由于烟气收集效率提高，也可对烟气余热进行更好的利用。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的一种可控铝电解槽阳极覆盖密封系统的结构示意图。

图2为实施例中的支撑框架的具体示意图。

图3a为实施例中的阳极包覆单元顶面示意图。

图3b为实施例中的阳极包覆单元底面示意图。

图4a为实施例中的阳极包覆单元顶部和阳极导杆之间的装配示意图。

图4b为实施例中的阳极包覆单元底部和阳极炭块之间的装配示意图。

图5为实施例中的支撑框架和烟气收集系统的装配示意图。

图6a为实施例中的烟气收集系统的顶部示意图。

图6b为实施例中的烟气收集系统的底部示意图。

图7为实施例中的烟气收集系统的分解示意图。

图8为实施例中的烟气收集室的侧板板材结构示意图。

图中标号：

11-阳极包覆单元，111-阳极导杆孔，112-阳极炭块孔，113-中缝挡板插销，114-定位台阶，12-支撑框架，121-定位台阶，13-大面侧部挡板，14-小面侧部挡板，15-中缝挡板，151-中缝挡板插孔，16-阳极导杆孔盖板，

2-烟气收集系统，21-烟气管道，211-烟气管道连接法兰，22-烟气收集室，221-收集室长边侧挡板，222-收集室短边侧挡板，223-收集室顶部挡板，2231-烟气管道连接孔，224-连接螺柱，225-连接孔，226-收集室底部通道孔，2201-内衬层，2202-支撑层，2203-保温层，

8-阳极炭块，81-阳极导杆。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的可控铝电解槽阳极覆盖密封系统包括支撑框架12以及若干阳极包覆单元11(图示中为了展现支撑框架内部结构，仅表示其中的一个阳极包覆单元)，其中，支撑框架12为若干不锈钢杆件焊接形成的罩装在铝电解槽上方的框架结构，在支撑框架12的侧面与铝电解槽槽壳的侧面之间通过侧部挡板密封固定，支撑框架12的顶部由若干平行分布的不锈钢杆件焊接形成，阳极炭块8分布在支撑框架12顶部的间隙之间，连接的阳极导杆81从支撑框架12的间隙之间伸出与阳极母线连接，阳极包覆单元11罩装在阳极炭块8上，同时嵌装在支撑框架的顶部，将阳极炭块8的上部分进行包覆，并对支撑框架12的顶部形成密封。

具体结合图1和图2，在支撑框架12的侧面分别焊接固定有大面侧部挡板13和小面侧部挡板14，并在支撑框架12的内部沿平行于大面的中心线平行对称设置两组中缝挡板15，其中，大面处的支撑框架12下半侧与大面侧部挡板13固定，小面处的支撑框架12侧面完全与小面侧部挡板14密封固定，即小面侧部挡板14的高度与支撑框架12的顶面平齐，大面侧部挡板14的高度低于支撑框架12的顶面，留出的高度差通过阳极包覆单元的罩壳侧面填补，完成对支撑框架12侧面整体的密封设置。中缝挡板15将支撑框架12内部分为对称的两组阳极炭块布置空间，铝电解槽内的阳极对称分布在中缝挡板15的两侧。

支撑框架12焊接固定在电解槽槽壳上方，完全覆盖铝电解槽的槽壳上方。支撑框架12的高度为0.8-1.5米，根据下料等其他具体部分调整，支撑框架12的顶面高度要不能低于放置在铝电解槽内部的阳极炭块的高度，保证完全覆盖阳极上方。阳极炭块放8入铝电解槽后，阳极炭块的内侧紧靠中缝挡板15，阳极包覆单元11从大面侧部挡板上方侧插嵌入支撑框架12的顶部，在外侧包裹住阳极炭块8的上部，使烟气无法进入阳极包覆单元的罩壳内，同时保证了该系统的密封性。

结合参见图3a和图3b，本实施例中的阳极包覆单元11为一罩壳结构，通过不锈钢板材拼装设置，阳极包覆单元11的罩壳内部空间与阳极炭块8匹配，在阳极包覆单元11的底部设有供阳极炭块穿过的阳极炭块孔112，在阳极包覆单元11的顶部设有供阳极导杆81穿过的阳极导杆孔111，保证阳极炭块8和阳极导杆81的正常安装。

在阳极包覆单元11靠近中缝挡板15的一侧面开口，并且将阳极导杆孔111和阳极炭块孔112向该侧面延伸至开口，便于在安装阳极包覆单元11时，通过开口将阳极包覆单元罩装在阳极炭块上。在设置开口的阳极包覆单元侧边上设有中缝挡板插销113，在中缝挡板15上设有对应的中缝挡板插孔151，在将阳极包覆单元11从外向内罩装在阳极炭块上后，将中缝挡板插销113和中缝挡板插孔151插装，通过阳极包覆单元11的罩壳结构与中缝挡板15围成相对于阳极炭块8上部的密封空间，中缝挡板15在安装时应保证其与阳极炭块8之间相距0.1-0.3cm。

在阳极包覆单元11的两侧和支撑框架12框架之间分别设有导向和支撑的定位台阶114、121，阳极包覆单元11的顶面整体略宽于支撑框架顶部的间隙，保证阳极包覆单元不会掉入电解槽中，同时在阳极包覆单元11与支撑框架12嵌装后，还能保持支撑框架12顶部的平整。

如图4a和4b所示，在将阳极包覆单元11包覆罩装在阳极炭块8上后，顶部的阳极导杆孔111仍有部分开口，外部空气会通过该处混入铝电解槽内，本实施例在此盖设阳极导杆孔盖板16，将露出的阳极导杆孔111封闭。

阳极包覆单元11在阳极炭块8放入铝电解槽后，从支撑框架12的大面侧嵌插入密封系统，阳极炭块8底部通过阳极炭块孔112伸入电解槽中参与电解反应，阳极导杆81通过阳极导杆孔111与阳极母线相连，阳极包覆单元11与中缝挡板15共同包裹住阳极炭块上部，阳极包覆单元11的底部与中缝挡板15共同构成的空间内壁与距阳极炭块8之间保持0.1-0.4cm的间隙，保证阳极可上下移动，并且烟气难以进入阳极包覆结构中，保护钢爪，随后将阳极导杆孔盖板16覆盖在阳极导杆孔111。阳极包覆单元11应保证阳极炭块8在消耗至最低高度时，其底部阳极炭块孔112与阳极炭块8之间仍保持良好密封，阳极包覆单元11的高度应根据不同电解槽所使用的阳极炭块尺寸确定。

在对铝电解槽大修换极时，首先将支撑框架固定在铝电解槽槽壳上，分别固定小面侧部挡板、大面侧部挡板和中缝挡板，检查稳定性及承重能力。然后，安装阳极炭块，将阳极包覆单元插入密封系统中，覆盖上阳极导杆孔盖板。检查阳极炭块与包覆结构单元、中缝挡板之间的距离，将中缝挡板之间的通道封闭后测试密封、保温效果良好后可正常使用。

本实施例中的中缝挡板15之间的支撑框架12顶部，可采用盖板覆盖，也可安装铝电解槽的烟气收集系统、下料系统。

本实施例以设置有上述可控铝电解槽阳极覆盖密封系统的铝电解槽为例，对在支撑框架12上设置烟气收集系统2进行说明。

结合参见图5、图6a和图6b，本实施例中的烟气收集系统2包括若干组烟气管道21和烟气收集室22，其中烟气收集室22密封罩装在中缝挡板之间的支撑框架12上，通过中缝挡板之间的通道与铝电解槽内部连通，烟气收集室22再通过烟气管道21与铝电解厂主烟气管道连接，通过烟气收集处理系统对烟气中的余热进行回收利用后进行处理排放。

具体如图7所示，烟气收集室22包括可拼装的收集室长边侧挡板221、收集室短边侧挡板222和收集室顶部挡板223，其中收集室长边侧挡板221的侧边和收集室短边侧挡板222的侧边之间设置相互配合的连接螺柱224和连接孔225进行固定拼装，收集室长边侧挡板221的顶边以及收集室短边侧挡板222的顶边分别与收集室顶部挡板223的侧边之间设置相互配合的连接螺柱224和连接孔225进行固定拼装。

烟气收集室22的底部不设置挡板，形成图6b中的收集室底部通道孔226，收集室底部通道孔226的宽度与中缝挡板之间的宽度一致，烟气收集室22通过收集室底部通道孔226与铝电解槽内部对接，收集室底部通道孔226的侧边焊接在支撑框架的不锈钢结构骨架上，并且与中缝挡板无缝对接。在收集室顶部挡板223上设有烟气收集管道连接孔2231，对应的在烟气管道21端部设置烟气管道连接法兰211，烟气管道21通过法兰连接与烟气收集管道连接孔2231固定连通。

在烟气管道21与主烟气管道的相连处设有流速电子阀门，用于控制烟气流速，该电子阀门与铝电解槽控制系统连接，通过烟气流速、温度的监控与建模计算，获得电解槽内热评和状态信息，从而对该阀门实现精准控制。

在实际生产应用中，烟气管道21和烟气收集室22的数目与铝电解的容量、阳极数目有关，对于大型铝电解槽，需保证但不限制于4-8个烟气收集室，以保证烟气排出效果。

如图8所示，烟气收集室22的收集室长边侧挡板221、收集室短边侧挡板222和收集室顶部挡板223采用复合板材，包括有三层结构，其中内部与烟气接触，采用耐高温、耐腐蚀的镁铝尖晶石材料的内衬层2201，中间为支撑层2202，可采用不锈钢板材作为支撑，外部与空气接触，采用普通保温材料支撑的保温层2203。

支撑框架12上固定的大面侧部挡板13、小面侧部挡板14同样可采用上述复合板材，对应的支撑框架12的本体骨架以及中缝挡板15则可采用不锈钢材质，并在外表面涂设铝镁尖晶石结构层，以防止高温烟气及电解质对不锈钢的侵蚀。

在安装烟气收集系统时，首先将气体收集室22组装完成，挡板之间采用螺丝固定，在相互接触处设有沟槽以保证密封性。然后将气体收集室22整体焊接在可控铝电解槽阳极覆盖密封系统的支撑框架12的中缝处不锈钢结构骨架之上，在气体收集室22装完成之后，再将烟气管道21与气体收集室22相连，每个气体反应室都采用独立的烟气管道与主烟气管道相连，保证电解槽每个区域烟气排出效果良好。

以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种可控铝电解槽阳极覆盖密封系统，其特征在于，包括支撑框架和若干阳极包覆单元，所述支撑框架罩装在铝电解槽槽壳上方，所述支撑框架的侧面与铝电解槽槽壳侧面通过侧部挡板密封固定，所述支撑框架平行于大面的中线两侧对称布置有两组中缝挡板，将支撑框架内部分隔为对称的两组阳极炭块布置空间；

所述阳极包覆单元为罩壳结构，阳极包覆单元的罩壳结构内部空间与阳极炭块匹配，底部设有供阳极炭块穿过的阳极炭块孔，顶部设有供阳极导杆通过的阳极导杆孔，嵌装在支撑框架的顶部，将阳极炭块的上部分进行包覆，并对支撑框架顶部形成密封；

所述阳极包覆单元的阳极炭块孔和阳极导杆孔一端向外侧延伸开口，该开口所在的罩壳侧边设置中缝挡板插销，所述中缝挡板插销与中缝挡板上的设置的中缝挡板插孔插装，通过阳极包覆单元的罩壳结构与中缝挡板围成相对于阳极炭块密封的空间。

2.根据权利要求1所述的一种可控铝电解槽阳极覆盖密封系统，所述支撑框架通过焊接固定在铝电解槽槽壳上方，完全覆盖铝电解槽，支撑框架的顶部高度不低于铝电解槽内设置的阳极炭块高度。

3.根据权利要求2所述的一种可控铝电解槽阳极覆盖密封系统，所述阳极包覆单元顶部还覆盖设有阳极导杆孔盖板。

4.根据权利要求3所述的一种可控铝电解槽阳极覆盖密封系统，所述阳极包覆单元的两侧以及支撑框架的顶部框架之间设有相互配合的定位台阶。

5.一种铝电解槽，其特征在于，所述铝电解槽上方设有权利要求1-4中任一项的可控铝电解槽阳极覆盖密封系统以及烟气收集系统；

所述烟气收集系统包括若干组烟气管道和烟气收集室，所述烟气收集室密封罩装在中缝挡板之间的支撑框架上，通过中缝挡板之间的通道与铝电解槽内部连通，所述烟气收集室通过烟气管道与烟气处理系统连接。

6.根据权利要求5所述的一种铝电解槽，所述烟气收集室包括可拼装的收集室长边侧挡板、收集室短边侧挡板和收集室顶部挡板，其中收集室长边侧挡板的侧边和收集室短边侧挡板的侧边之间设置相互配合的连接螺柱和连接孔进行固定拼装，所述收集室长边侧挡板的顶边以及收集室短边侧挡板的顶边分别与收集室顶部挡板的侧边之间设置相互配合的连接螺柱和连接孔进行固定拼装，所述烟气收集室的底部形成收集室底部通道孔，与铝电解槽内部对接，在收集室顶部挡板上设有烟气收集管道连接孔，与烟气管道通过法兰固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种铝电解槽，所述支撑框架采用不锈钢框架，表面涂设铝镁尖晶石结构层，所述支撑框架的侧部挡板以及烟气收集室的挡板均采用三层复合板材，由内至外分别为铝镁尖晶石材质的内衬层、不锈钢材质的支撑层和保温材质的保温层。