CN108620571B - 用于金属液的多腔挡渣机构及回收铝电解槽内氟盐的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸造、金属电解熔炼领域，具体的说是用于金属液的多腔挡渣机构及回收铝电解槽内氟盐的方法。包括设置在金属液容器腔内的分隔墙，分隔墙将金属液容器内腔中对应金属液导入的部分分隔为流入腔，对应金属液流出的部分分隔为流出腔，在分隔墙的底部设有连通孔；在流出腔对应的金属液容器的腔壁上设有供金属液从流出腔中流出的流嘴，且分隔墙上对应流出腔的部分与金属液从流嘴中的流出方向之间的夹角大于45°。在电解铝生产过程中，通过具有上述多腔挡渣机构的真空负压抬包从电解槽中吸取铝液，然后利用多腔挡渣机构对渣的阻挡汇集作用将吸取到的电解质和渣方便的收集重新投入电解槽内，以大幅节约电解铝添加剂投入成本。

Description

用于金属液的多腔挡渣机构及回收铝电解槽内氟盐的方法

技术领域

本发明涉及铸造、金属电解熔炼领域，具体的说是用于金属液的多腔挡渣机构及回收铝电解槽内氟盐的方法。

背景技术

一、在冶金领域中，用于金属液转运、暂存或调质的各种转运包、浇注包、真空负压抬包以及铝深加工及铸造用混合炉、熔炼炉虽大小不一，规格体积大的能贮存上百吨金属液，体积小的能贮存的几十公斤金属液，但普遍的只包含一个腔室。在将其腔室内的金属液浇注向下一工序容器的过程中，由于此类设备不具备挡渣能力，故很容易将其腔室内漂浮于金属液上层的渣同时浇注向下一工序容器，或渣滞留于腔室中，导致腔室容积变小，造成容器的使用寿命降低，需要提前进入大修程序，增加了维护成本。

而为了避免渣注入下一工序容器或渣在腔室中的滞留，需要在浇注前先对腔室中金属液进行静置，待所有渣上浮于液面表层后对整个液面进行打渣处理。由于液面面积较大，渣在液面上分散为薄薄的一层，造成打渣困难，劳动强度大，且静置及打渣耗费时间长，容易产生新渣。

在金属(如铝、铜、铅等金属及其废料）熔化过程中，出现以下几种问题：1、由于熔化炉腔室过大，熔化热损失较大；2、产生渣时扒渣困难且后续工艺中容易带渣；3、渣粘炉体导致炉熔池容量减小；4、腔室过小贮存金属液量过小，影响产量。

二、现有技术中的铝厂通常采用电解槽电解氧化铝生产出原铝。由于氧化铝（熔点2050°C）熔化难度大，但固体氧化铝可以部分溶解在熔点较低的冰晶石熔融液中，形成均匀熔体，即电解质，并且电解质具有良好的导电性，通入直流电在温度960°C温度下发生电解反就生产液态铝和气态物质。在铝电解生产过程中，为了改善电解质的性质，有利于生产，通常向电解质中加入氟化铝、氟化钠、氟化镁、氟化钙、氟化锂、碳酸钠等添加剂，以达到提高电流效率降低能耗的目的。

电解氧化铝的工艺为：首先，电解槽内加入冰晶石与氧化铝，直流电作用在阳极碳块上，在碳块接触电解质发生电解反应生成液态铝和二氧化碳气体。大量铝在槽底部沉积到工艺要求的高度后，用密封的真空负压抬包的吸铝管插到电解质层下方的铝液中，在真空负压抬包上的引射器产生负压的作用下将铝吸进抬包中，抬包在吸铝的同时不可避免吸出一部分电解质。导致电解槽内的电解质量减少，为维持电解槽正常运行需不断的向电解槽内补充上述添加剂。

其次，将真空负压抬包运送到铸造车间，将铝从真空负压抬包内倒出来，由于抬包是密封的，在抬包倒铝过程中会大量吸入气体。铝液与空气接触会产生大量的氧化渣。电解质密度较小漂浮在铝液表面会在铝液流尽的最后阶段倒出。而有一部分不能倒出则会与铝氧化渣、铝液，沉淀在抬包底部。长时间使用会使抬包内容量进一步减少，抬包进行小修或大修。

而进入铸造车间铝用炉内的铝液表面漂浮着电解质与氧化渣，与铝液连在一块，需加入除渣剂将铝液与铝渣分离开后，将铝灰渣扒出。但是部分铝灰渣会粘在铝用炉表面导致炉熔池容量减少，提前进入大修或小修。而铝灰渣带有大量的铝液，现有的方法是将铝灰渣进一步深加工。

铝灰渣进一步加工大部是用球磨机，将铝粒变成扁平片状，使其表面积增加。在经过筛分机时将不同规格与料度的铝片筛分出来。这一过程产生大量的粉尘。严重影响人员身体健康。还有一部分企业将铝粒放在坩埚中用烧或碳火烧，将铝料熔化打去表面浮渣，做成铝锭。在电解铝生产过程中，存在以下问题：

1、抬包抽铝时将电解质抽出来，电解槽内需要经常补充添加剂。现有市场价每吨氟化铝12400元/吨，生产每吨铝需用消耗20Kg。以现在铝厂年产20-150万吨铝每年消耗0.4-3万吨，价值在4960万元-37200万元。其它的氟盐添加剂都有消耗，加上这些费用更多。

2、密封的负压抬内有电解质与铝氧化渣，粘在包内壁上导致容量减少清理困难，需要经常小修或大修。倒铝时吸入空气导致下一道工序铝氧化量增加。

3、铝用炉内渣粘在炉熔池内壁内，导致容量减少，需要提前进入大修或小修。

4、铝灰渣进一步加工提出铝。劳动强度大，粉尘大。

发明内容

本发明旨在提供一种用于金属液的多腔挡渣机构及回收铝电解槽内氟盐的方法，一方面通过用于金属液的多腔挡渣机构显著减少金属液上层的渣浇注向下一工序容器，并易于打渣除渣；另一方面，在电解铝生产过程中通过该机构便于回收电解槽内的电解质，通过氟盐等的回收利用，大幅降低企业的生产成本。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于金属液的多腔挡渣机构，包括设置在金属液容器腔内的分隔墙，分隔墙将金属液容器内腔中对应金属液导入的部分分隔为流入腔，将金属液容器中对应金属液流出的部分分隔为流出腔，在分隔墙的底部设有连通孔；在流出腔对应的金属液容器的腔壁上设有供金属液从流出腔中流出的流嘴，且分隔墙上对应流出腔的部分与金属液从流嘴中的流出方向之间的夹角大于45°。

优选的，所述分隔墙将金属液容器内腔中位于流入腔和流出腔之间的部分分隔为中间腔，在分隔墙上位于流入腔和中间腔之间以及中间腔和流出腔之间分别设有所述连通孔。

优选的，所述中间腔的数量为多个，多个中间腔通过设置在分隔墙上的多个连通孔串联分布在流入腔和流出腔之间。

优选的，在中间腔和流出腔的底部均设有挡渣台阶，挡渣台阶的高度沿金属液由流入腔通过中间腔流入流出腔中的流动方向递增分布，挡渣台阶与对的分隔墙之间设有与对应连通孔对接的楔形导流口，且连通孔顶部的高度与金属液流向后方所对应的挡渣台阶的高度相同或低于金属液流向后方所对应的挡渣台阶的高度。

优选的，位于相邻两个中间腔之间的连通孔以及位于中间腔和流出腔之间的连通孔的底部高于金属液流向前方所对应的挡渣台阶的高度或与金属液流向前方所对应的挡渣台阶高度平齐，位于流入腔和与流入腔相邻的一个中间腔之间的连通孔的底部高于流入腔的底部或与流入腔的底部平齐。

优选的，所述连通孔的纵截面为矩形、朝向金属液流向后方渐缩的直角梯形或顶部弧形且底部矩形中的任意一种。

优选的，所述分隔墙的纵截面呈矩形、平行四边形、直角梯形或等腰梯形中的任意一种；所述分隔墙的横截面呈T字形、十字形或米字型中的任意一种。

优选的，所述分隔墙的横截面为一字型、V字形或弧形中的任意一种。

优选的，所述金属液容器包括用于转运金属液的转运包、浇注包和真空负压抬包以及金属深加工用及铸造用混合炉和熔炼炉。

一种通过所述的用于金属液的多腔挡渣机构进行回收铝电解槽内氟盐的方法，包括以下步骤：

1）、将具有多腔挡渣机构的真空负压抬包的上盖上的上开口密封，将真空负压抬包上的引射器接通压缩空气管道；

2）、将真空负压抬包上的吸液管伸入电解槽内的铝液层，打开压缩空气管道阀门将铝液吸入真空负压抬包中，待真空负压抬包中吸收至要求重量的铝液后关闭压缩空气管道阀门，将吸液管从电解槽中抽出；

3）、打开真空负压抬包的上盖上的上开口，将真空负压抬包朝向相背于流嘴的方向倾斜或通过人工用渣耙将聚集在流入腔中并附着有电解质的滤渣落入位于真空负压抬包下方的收集箱中；

4）、将收集箱中收集到的附着有电解质的滤渣投入电解槽中。

有益效果

一、本发明的用于金属液的多腔挡渣机构采用分隔墙在容器内形成多腔分隔设置，在流入腔内金属液表面的渣直接扒出或撒除渣剂扒出，且在流入腔下游的中间腔或流出腔中金属液表面很少量的渣或无渣。从而能够提高挡渣效果，减少打渣工的劳动强度，缩短了打渣时间，避免了打渣过程中新渣的产生。将其流出腔中的金属液浇注向下一工艺容器后，金属液含渣量具有了明显的降低，提高了金属液的质量。

当金属液注入流入腔时，在流入腔内达到一定高度并淹没分隔墙上的连通孔时，在液体表面的浮渣不会通过分隔墙的连通孔进入下一腔，完成一次挡渣。尤其流入腔内液面达到一定高度后，渣不会下沉进入连通孔，完成二次挡渣。在本发明的优选实施方式中，金属流每经过一个中间腔便会进行一次当渣，从而使得通过本发明可进行多次挡渣。

由于通过分隔墙分割后，流入腔平面面积较小，流入的金属冲击流入腔内已有的金属会产生振荡力，在变小的腔内会分很明显，使已流入金属液内的渣在振荡力的作用下快速上浮。而由于金属液内的渣上浮速度较快，在流入腔平面面积较小的情况下，很容易在流入腔金属液的表层形成厚厚的渣层，从而便于进行一次除渣。打渣只在整个容器金属液面的局部进行，与现有技术相比，效率高，速度快，劳动强度低。

球化剂等其它配料可放在流入腔出口或流出腔的入口或中间腔中。金属液体在流入过程中配料进入其它，使配料能均匀的加入。

二、通过具有本发明多腔挡渣机构的真空负压抬包在电解铝生产过程中，可简单高效的将附着于流入腔滤液表层的渣中的电解质回收并重新投入电解槽中，避免了氟盐的浪费并降低了氟盐的提取难度，从而大幅度降低了铝电解生产中添加剂的成本投入。

附图说明

图1为本发明第一种实施方式的纵向剖面结构示意图；

图2为本发明第二种实施方式的的俯视图；

图3为本发明第三种实施方式的的俯视图；

图4为本发明第四种实施方式的的俯视图；

图5为本发明第五种实施方式的的俯视图；

图6为本发明中连通孔的第一种实施方式的结构示意图；

图7为本发明中连通孔的第二种实施方式的结构示意图；

图8为本发明中连通孔的第三种实施方式的结构示意图；

图中标记：1、连通孔，2、挡渣台阶，201、楔形导流口，3、分隔墙，4、金属液容器，5、流嘴，6、流出腔，7、中间腔，8、流入腔，a、分隔墙上对应流出腔的部分与金属液从流嘴中的流出方向之间的夹角。

具体实施方式

如图1至图8所示，本发明的一种用于金属液的多腔挡渣机构，可广泛应用于铁、铝、铜、铅、锌、镍、锡、钛、镁等金属及其合金或其他非金属的高温液体的转运、暂存或调质的转运包、浇注包、真空负压抬包以及金属深加工及铸造用混合炉、熔炼炉等容器中，起到提高液态介质质量，降低打渣处理难度，缩短处理时间的作用。

用于金属液的多腔挡渣机构包括设置在金属液容器4腔内的分隔墙3，分隔墙3的高度大于或等于金属液容器4腔壁的高度，高出腔壁的高度根据金属液容器4的使用用途视具体情况而定。分隔墙3将金属液容器4的内腔分隔成形状、体积大小相同或不同的腔，具体分隔情况要根据容器形状、容纳金属液量、容器口是敞开还是封闭、流入金属液股最大截面、使用要求而定。

本发明中分隔墙3将金属液容器4内腔中对应金属液导入的部分分隔为流入腔8，将金属液容器4中对应金属液流出的部分分隔为流出腔6，将金属液容器4内腔中位于流入腔8和流出腔6之间的部分分隔为中间腔7，即本发明共计一个流入腔8、一个流出腔6以及0-6个中间腔7。其中的流入腔8主要保证金属液流入，并且能把渣聚集起为目的，与流向流入池内的金属液股截面大小相关连，与总转运、浇注包容纳金属液的量无关。其开口大小保证金属液流入时不能流到其它地方，以避免安全事故。本发明的多腔挡渣机构应用于熔炼炉时，用于融化金属的腔室为流入腔8。在金属融化过程中，可将熔炼炉的加热热量集中点放在金属熔化室即流入腔8。中间腔7和流出腔6的热量分部可少一些，以减少热量损失，提高金属液的质量。

中间腔7的数量由容器容量及容器用途根据实际生产需求而定。分隔墙3的纵截面呈矩形、平行四边形、直角梯形或等腰梯形中的任意一种。当不包括中间腔7时，分隔墙3的横截面为如图3至图5所示的一字型、V字形或弧形中的任意一种。当具有中间腔7时，分隔墙3的横截面呈T字形、十字形（如图2所示）或米字型中的任意一种，在不违反本发明构思的前提下，也可采用其他形状的分隔墙3等效替换。

本发明中分隔墙3的材料与金属液容器4腔壁内衬的耐火材料一致，必要时墙体的中间设置加强筋，加强筋与与腔壁材料一致。分隔墙3的厚度为腔壁内衬耐火材料厚度0.2-5倍。分隔墙3制作方法如下：

1）、耐火砖砌筑，容器底用耐火砖平铺，容器内壁用相应弧度的弧形砖垒砌，流出口用浇注料浇注成型；

2）、全部采用浇注料浇注成型，浇注时需要用模具辅助成型并用振动棒振实。这两种形式的耐火材料均要求采用含有高铝、镁、硅、锆等元素及其氧化物或化合物等组成的耐火材料，整体砌筑后的耐火层耐高温高于金属液使用温度。

在分隔墙3的底部位于流入腔8和中间腔7之间以及中间腔7和流出腔6之间分别设有连通孔1。在具有多个中间腔7的情况下，多个中间腔7通过设置在分隔墙3上的多个连通孔1串联分布在流入腔8和流出腔6之间，保证金属液按照特定的顺序依次经过流入腔8、中间腔7以及流出腔6，并通过设置在在流出腔6对应的金属液容器4的腔壁上的流嘴5流出，进入下一工序容器，各个中间腔7不通过连通孔1并联，使得金属液流向单向流动。分隔墙3上对应流出腔6的部分与金属液从流嘴5中的流出方向之间的夹角a大于45°，以避免流出腔6中的金属液外撒，造成安全事故。

在中间腔7的数量为多个的情况下，经分隔墙3分隔后各腔腔底部高度根据金属液流向，从流入腔8开始到流出腔6，上一级腔底低于或相平于下一腔底部。金属液流入腔8与金属液流出腔6分开使用，不能共用。本实施例中，在中间腔7和流出腔6的底部均设有挡渣台阶2，挡渣台阶2的高度沿金属液由流入腔8通过中间腔7流入流出腔6中的流动方向递增分布，挡渣台阶2与对的分隔墙3之间设有与对应连通孔1对接的楔形导流口201，且连通孔1顶部的高度与金属液流向后方所对应的挡渣台阶2的高度相同或低于金属液流向后方所对应的挡渣台阶2的高度。

位于相邻两个中间腔7之间的连通孔1以及位于中间腔7和流出腔6之间的连通孔1的底部高于金属液流向前方所对应的挡渣台阶2的高度或与金属液流向前方所对应的挡渣台阶2高度平齐，位于流入腔8和与流入腔8相邻的一个中间腔7之间的连通孔1的底部高于流入腔8的底部或与流入腔8的底部平齐。

连通孔1的纵截面为矩形、朝向金属液流向后方渐缩的直角梯形或顶部弧形且底部矩形中的任意一种。流入腔8与相邻的中间腔7、相邻的两个中间腔7以及流出腔6与相邻的中间腔7之间的分隔墙3上可开设一个或多个水平分布的连通孔1。每个连通孔1的截面积的和是流入的金属液体股流量最大截面0.7-5倍，孔洞的高度要尽量设置要低不能低于5mm，宽度尽量长，最长至该分隔墙3的宽度，便于挡渣。可在分隔墙3上位于流入腔8和与流入腔8相邻的中间腔7之间的连通孔1上设置闸板或塞杆，便于初始堵塞液体，减少浮渣由流入腔8进入中间腔7。

本实施例中的金属液容器4可通过机械转动或采用人工操作轮盘带动或电机带动变速装置从而带容器转动轴，使浇包倾倒高温液体流出。也可将振动电机与测温装装置安装在容器上，使金属液在转运或浇注过程中进行振动。振动频率在50-200HZ，能够减少了偏析现象的出现，便于提高排气、排渣能力，进一步提高了金属液的质量。测温探头安放金属液容器4内衬壁内端部露出与内衬平齐。探头把感应信号传送给显示屏显示适时温度。

通过本发明的用于金属液的多腔挡渣机构进行回收铝电解槽内氟盐的方法，包括以下步骤：

1）、将具有本发明的多腔挡渣机构的真空负压抬包的上开口密封，将真空负压抬包上的引射器接通压缩空气管道；

2）、将真空负压抬包上的吸液管伸入电解槽内的铝液层，打开压缩空气管道阀门将铝液吸入真空负压抬包中的流入腔8中，含氟盐的电解质比重较轻与渣一同漂浮在流入腔8中的铝液的液面上层，流入腔8底部的铝液通过连通孔1进入到流出腔6中，待真空负压抬包中吸收至要求重量的铝液后关闭压缩空气管道阀门，将吸液管从电解槽中抽出；

3）、打开真空负压抬包的上开口，将真空负压抬包朝向相背于流嘴5的方向倾斜或通过人工用渣耙将聚集在流入腔8中并附着有电解质的滤渣落入位于真空负压抬包下方的收集箱中，然后将真空负压抬包朝向流嘴5的方向倾斜，使不含电解质和渣的铝液从流出腔6中顺流嘴5浇注与下一工艺容器中；

4）、将收集箱中收集到的附着有电解质的滤渣投入电解槽中，从而使氟化铝、氟化钠、氟化镁、氟化钙、氟化锂等添加剂反复利用，降低生产成本。

Claims (6)

1.一种用于金属液的多腔挡渣机构，其特征在于：包括设置在金属液容器（4）腔内的分隔墙（3），分隔墙（3）将金属液容器（4）内腔中对应金属液导入的部分分隔为流入腔（8），将金属液容器（4）中对应金属液流出的部分分隔为流出腔（6），在分隔墙（3）的底部设有连通孔（1）；在流出腔（6）对应的金属液容器（4）的腔壁上设有供金属液从流出腔（6）中流出的流嘴（5），且分隔墙（3）上对应流出腔（6）的部分与金属液从流嘴（5）中的流出方向之间的夹角（a）大于45°；

所述分隔墙（3）将金属液容器（4）内腔中位于流入腔（8）和流出腔（6）之间的部分分隔为中间腔（7），在分隔墙（3）上位于流入腔（8）和中间腔（7）之间以及中间腔（7）和流出腔（6）之间分别设有所述连通孔（1）；

所述中间腔（7）的数量为多个，多个中间腔（7）通过设置在分隔墙（3）上的多个连通孔（1）串联分布在流入腔（8）和流出腔（6）之间；

在中间腔（7）和流出腔（6）的底部均设有挡渣台阶（2），挡渣台阶（2）的高度沿金属液由流入腔（8）通过中间腔（7）流入流出腔（6）中的流动方向递增分布，挡渣台阶（2）与相对的分隔墙（3）之间设有与对应连通孔（1）对接的楔形导流口（201），且连通孔（1）顶部的高度与金属液流向后方所对应的挡渣台阶（2）的高度相同或低于金属液流向后方所对应的挡渣台阶（2）的高度。

2.根据权利要求1所述的一种用于金属液的多腔挡渣机构，其特征在于：位于相邻两个中间腔（7）之间的连通孔（1）以及位于中间腔（7）和流出腔（6）之间的连通孔（1）的底部高于金属液流向前方所对应的挡渣台阶（2）的高度或与金属液流向前方所对应的挡渣台阶（2）高度平齐，位于流入腔（8）和与流入腔（8）相邻的一个中间腔（7）之间的连通孔（1）的底部高于流入腔（8）的底部或与流入腔（8）的底部平齐。

3.根据权利要求1所述的一种用于金属液的多腔挡渣机构，其特征在于：所述连通孔（1）的纵截面为矩形、朝向金属液流向后方渐缩的直角梯形或顶部弧形且底部矩形中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种用于金属液的多腔挡渣机构，其特征在于：所述分隔墙（3）的纵截面呈矩形、平行四边形、直角梯形或等腰梯形中的任意一种；所述分隔墙（3）的横截面呈十字形或米字型中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种用于金属液的多腔挡渣机构，其特征在于：所述金属液容器（4）包括用于转运金属液的转运包、浇注包和真空负压抬包以及金属深加工用及铸造用混合炉和熔炼炉。

6.一种通过权利要求1所述的用于金属液的多腔挡渣机构进行回收铝电解槽内氟盐的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、将具有多腔挡渣机构的真空负压抬包的上盖上的上开口密封，将真空负压抬包上的引射器接通压缩空气管道；

2）、将真空负压抬包上的吸液管伸入电解槽内的铝液层，打开压缩空气管道阀门将铝液吸入真空负压抬包中，待真空负压抬包中吸收至要求重量的铝液后关闭压缩空气管道阀门，将吸液管从电解槽中抽出；

3）、打开真空负压抬包的上盖上的上开口，将真空负压抬包朝向相背于流嘴（5）的方向倾斜或通过人工用渣耙将聚集在流入腔（8）中并附着有电解质的滤渣落入位于真空负压抬包下方的收集箱中；

4）、将收集箱中收集到的附着有电解质的滤渣投入电解槽中。

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