CN110029363A - 一种分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块。包括有炭块本体，炭块本体上设有炭碗总成连接凹坑，炭碗总成连接凹坑内设有炭碗总成，炭碗总成上设有炭碗，炭碗底部的炭碗总成上设有机械钢爪连接环槽，炭碗总成上的炭碗内活动设有超长炭碗填充块。本发明与浇铸‑机械复合式钢爪配合，可实现预焙阳极的连续使用，连接新阳极炭块时间短、劳动强度低，使用方便，提高了连续预焙阳极炭块的填充率，提高了炭块的连接强度，降低了阳极炭块整体的电阻，延长了单块炭块的寿命，生产成本低，且炭块本体和分体式独立炭碗、超长填充块制造、焙烧、运输、使用都简单，制造成品率高、费用、成本低廉的特点。

Description

一种分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块

技术领域

本发明涉及一种铝电解槽预焙阳极炭块，特别是一种分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块。

背景技术

现代电解铝工艺均采用预焙阳极生产电解铝。在电解槽工作时阳极组件由铝导杆、爆炸片、阳极钢爪、磷生铁浇铸层和预焙阳极炭块共同构成。预焙阳极炭块一般为长方体，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30天左右。

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以来一直没有实现的行业梦想。

现有的预焙阳极炭块为一次性产品，在换极时首先必须靠多功能天车仔细打掉残极四周的保温料，再拔出导杆、钢爪、残极组合体。当残极移除后，高温的残极不仅带走了大量热能，还使得熔融的电解质直接暴露在眼前，930～950℃的高温，大面积的热辐射和对流也造成巨大的热能损失。换上的新阳极直接插入电解质中，需吸收电解槽内的有效大量热能，冷凝在冷炭块表面的电解质使新炭块不导电，需一天左右新换上的炭块才能正常工作。

本发明申请人在申请了一系列的铝电解连续阳极生产专利基础上，如中国专利201710088066.4—预焙阳极铝电解在线连接阳极的方法及结构，对阳极钢爪和阳极炭块结构以及钢爪与炭块的连接方式等方面进行了改造，连续阳极炭块不需要炭块消耗到很薄就可直接对接新炭块，所以不需要担心阳极钢爪会被高温的电解质烧蚀而变形、损坏。钢爪和阳极炭块的连接，用铝水浇铸替代磷生铁，阳极炭块在电解槽中逐渐烧损，炭块表面温度会达到750℃左右，而铝的熔点为660℃，此时炭碗中的铝早已彻底熔化，解锁复合式机械钢爪，提起铝导杆，整体移除机械复合式阳极钢爪。移除了钢爪的炭块，被其四周烧结了的保温料支撑，保留在原位未动，能承受巨大的重压也不会下沉。

但是对于移除了钢爪的旧炭块上炭碗是空心，旧炭块和新炭块进行连接时，由于旧炭块上的炭碗是空心的，旧炭块上的粘接面积小，导致旧炭块和新炭块粘接不牢固，粘接后阳极炭块整体强度差，且导电接触小，粘接后阳极炭块整体的电阻增大，压降增加，电解能耗大，生产成本高。

现有众所周知，用多种粒径的炭素颗粒和焦油、沥青经混捏、生块振动（或挤压）成型，再经过焙烧烧结的预焙阳极炭块生产工艺。从它的炭块模具设计、生块振动（或挤压）成型，专用焙烧炉焙烧时，生炭块与生炭块之间要用大量焦粉隔、垫，都十分忌讳炭块上有凸起，特别是多个凸起。有凸起的炭块成型时，凸起部分炭素糊料难以填充满，密实度低，甚至缺失，生块合格率低；生炭块有近一吨重，体积巨大，生炭块强度低且易碎。装炉时运输、吊装极易碰伤凸起部分，焦粉隔、垫量大，有效装炉量小，能耗大，且产品变形大，合格率低；焙烧好的炭块从炭素厂运往铝厂时，为了保护凸起，必须采用相应的保护措施，费时费工、运输难度大、费用高、损伤率高。

中国专利201710088066.4公开的预焙阳极铝电解在线连接阳极的方法及结构所述炭块上、下部都有多个凸起部分的预焙阳极炭块，都有成型、焙烧、运输困难、能耗高、成品率低、费用高的问题。

综上所述，现有技术存在以下技术缺陷：1、现有的预焙阳极生产电解铝更换阳极造成巨大的热能损失，更换阳极费时，造成电能浪费，换极时的工作环境温度高，劳动条件极端恶劣，炭素材料浪费大，对环境污染严重；2、中国专利201710088066.4公开的预焙阳极铝电解在线连接阳极的方法及结构，旧炭块要和新炭块进行连接时由于旧炭块上的炭碗是空心的，旧炭块上的粘接面积小，导致旧炭块和新炭块粘接不牢固，粘接后阳极炭块整体强度差，且导电接触小，粘接后阳极炭块整体的电阻增大，压降增加，电解能耗大，生产成本高；3、现有阳极炭块上、下部都有多个凸起部分的预焙阳极炭块，成型、焙烧、运输困难、能耗高、成品率低、费用高的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块。本发明与浇铸-机械复合式钢爪配合，可实现预焙阳极的连续使用，连接新阳极炭块时间短、劳动强度低，使用方便，提高了连续预焙阳极炭块的填充率，提高了炭块的连接强度，降低了阳极炭块整体的电阻，延长了单块炭块的寿命，生产成本低，且炭块本体和分体式独立炭碗、超长填充块制造、焙烧、运输、使用都简单，制造成品率高、费用、成本低廉的特点。

本发明的技术方案：提供一种分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块，包括有炭块本体，炭块本体上设有炭碗总成连接凹坑，炭碗总成连接凹坑内设有炭碗总成，炭碗总成上设有炭碗，炭碗底部的炭碗总成上设有机械钢爪连接环槽，炭碗总成上的炭碗内活动设有超长炭碗填充块。

前述的分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块中，所述炭碗总成中含有0.5-5%碳纤维。

前述的分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块中，所述炭块本体上部正中经连接凸头粘接凹槽活动设有连接凸头，炭块本体底部正中设有连接凹槽。

前述的分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块中，所述炭碗下方的炭块本体底部上对应设有炭碗凸头连接凹坑。

前述的分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块中，所述炭块本体上下表面上均设有1-2mm炮泥层。

与现有技术相比，本发明通过具有以下有益效果：

1、本发明分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块的炭块本体、炭碗总成和超长炭碗填充块制备时所用的炭块模具结构简单合理，连续预焙阳极炭块生块成型率高、合格率高。原中国专利201710088066.4公开的预焙阳极铝电解在线连接阳极的方法及结构所述炭块上、下部都有多个凸起部分的预焙阳极炭块，生块合格率为80%。本发明的炭块生块合格率为98%，单位生块成型工序生产成本大幅降低。

2、本发明分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块的的炭块本体、炭碗总成和超长炭碗填充块在焙烧时，运输、吊装方便，工作效率高，生块不易损伤，焦粉隔层厚度较薄，焙烧炉有效装填率高，单块焙烧能耗低、变形小、成品合格率高。原中国专利201710088066.4公开的预焙阳极铝电解在线连接阳极的方法及结构所述炭块上、下部都有多个凸起部分的预焙阳极炭块，炭块合格率为90%。本发明的合格率为99%，焙烧工序的单位成本大幅降低。

3、本发明在运输时，吊装简单、方便、损伤报废率低、运输费用低廉，本发明在电解槽上安装时，超长炭碗填充块上、下插入的炭碗凸头连接凹坑、炭碗都有一定活动退让空间，安装精度要求低，安装更顺畅，新旧炭块连接时，便于超长炭碗填充块安装。

4、本发明在此单独制作的含有炭碗及机械钢爪连接环槽的炭块命名为炭碗总成，命名与炭碗总成匹配的炭块本体上的凹坑为炭碗总成连接凹坑。通过在炭碗总成的原料中添加了0.5-5%碳纤维，经混捏、成型制备炭碗总成生块，或将炭碗总成生块经焙烧成炭碗总成熟块，当炭碗总成生块嵌入炭碗总成连接凹坑后，随着炭块本体生块一起焙烧，或在炭碗总成熟块涂抹粘接剂粘接在炭块本体熟块上的炭碗总成连接凹坑内，其上表面与炭块本体平齐，实现加工方便灵活，同时本发明炭碗总成的底部设计了机械钢爪连接环槽，有利于浇铸--机械复合式钢爪与预焙阳极炭块之间的有序拆解，协助消除阳极残极的产生，有效的减少环境污染。

5、炭碗总成中加入碳纤维，焙烧后碳纤维在炭碗总成内呈网络状分布，因为强韧的碳纤维拉扯，炭碗总成不会有裂纹、裂缝产生，能提高炭碗的抗钠浸蚀能力和抗热震性，有很高的抗拉强度，能防止炭碗总成在电解槽上工作时因内应力变化，避免炭碗总成底部以及四周产生裂纹、裂缝造成炭碗总成中的铝水泄漏，破坏电解生产。添加了碳纤维的炭碗总成增强了机械强度，保证了炭碗总成中浇铸的铝水熔化后，机械钢爪钩挂炭块的可靠性、牢固性，保证电解槽的稳定工作。

6、本发明分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块与浇铸-机械复合式钢爪配合使用，通过浇铸--机械式复合钢爪上的钢爪爪片进入炭碗底部炭碗总成上的机械钢爪连接环槽内，使炭块本体及炭碗总成钩挂在浇铸--机械式复合钢爪上后，浇铸--机械式复合钢爪上的钢爪爪片通过铝水浇铸与炭块本体上的炭碗连接，常温下为刚性连接，连接完成后，将浇铸--机械式复合钢爪下端的阳极炭块放入电解槽内进行电解。

7、当浇铸--机械式复合钢爪下端的阳极炭块在电解槽上电解消耗至炭块本体厚度为250-300mm时为旧阳极炭块，是连接新阳极炭块最佳时机，由于浇铸--机械式复合钢爪及阳极炭块，炭碗总成上炭碗内铝水处于熔化，并炭碗内铝水起到浇铸--机械式复合钢爪与炭碗及炭块本体导电的作用，同时浇铸--机械式复合钢爪上的钢爪爪片能在熔化的铝水中自由解锁转动，将旧阳极炭块上的铝水浇铸--机械式复合钢爪从炭碗底部的炭碗总成上的机械钢爪连接环槽解锁，取出浇铸--机械式复合钢爪，然后将浇铸--机械式复合钢爪与新的阳极炭块连接，备用，由于旧阳极炭块四周板结的保温覆盖料支撑，旧阳极炭块永远留在电解槽上原地不动，在浇铸--机械式复合钢爪移除后不但不会下落，还可以承受巨大的力量也不会下落；

8、在将浇铸--机械式复合钢上的新阳极炭块与旧阳极炭块连接时，先将超长炭碗填充块涂抹泡泥后，插入旧阳极炭块炭块本体上的炭碗总成上的炭碗内，将炭碗内的铝水挤出，然后将连接凸头涂抹泡泥粘接在旧阳极炭块本体上部正中经连接凸头粘接凹槽内后，将旧阳极炭块炭块本体上端面的连接凸头及超长炭碗填充块涂抹泡泥，通过将浇铸--机械式复合钢上的新阳极炭块与旧阳极炭块定位对接，且旧阳极炭块炭块本体上的连接凸头进入新阳极炭块炭块本体底部正中的连接凹槽内，连接凸头经泡泥与连接凹槽粘接，同时旧阳极炭块炭块本体上端面的超长炭碗填充块对应进入新阳极炭块炭块本体底部上炭碗凸头连接凹坑内，超长炭碗填充块经泡泥与炭碗凸头连接凹坑粘接在一起，实现定位连接的同时，提高了连续预焙阳极炭块的填充率，增加了新旧阳极炭块的粘接面积，降低了阳极炭块整体的电阻，并提高了炭块的连接强度，同时在新阳极炭块炭块本体底部表面粘附厚度为1--2mm的预制炮泥层，在旧炭块高温软化和新阳极炭块、钢爪的重力挤压下使炮泥填实了新旧碳块本体之间上下平面的间隙，然后利用电解槽自身的高温将炮泥烧结，实现新、旧阳极炭块的稳固粘接、降低了阳极炭块整体的电阻，压降小，电解能耗小，且消除了残极产生，使阳极炭块的利用率由原来的70～80％提升至接近100％，可大幅降低了电解铝生产过程中阳极炭块的吨铝消耗量。

综上所述，本发明与浇铸-机械复合式钢爪配合，可实现预焙阳极的连续使用，连接新阳极炭块时间短、劳动强度低，使用方便，提高了连续预焙阳极炭块的填充率，提高了炭块的连接强度，降低了阳极炭块整体的电阻，延长了单块炭块的寿命，生产成本低，且本发明炭块本体和分体式独立炭碗、超长填充块可提高生产效率、提高产品合格率、降低单位产品能耗、降低破损率、运输、吊装、安装简便，各个环节的费用成本均大幅降低，具有极佳的经济效益和实用价值的有益效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的新旧炭块连接示意图。

附图中的标记为：1-炭块本体，2-连接凹槽，3-炭碗凸头连接凹坑，4-炮泥层，5-炭碗总成连接凹坑，6-炭碗总成，7-超长炭碗填充块，8-连接凸头，9-连接凸头粘接凹槽，10-炭碗，11-机械钢爪连接环槽。

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。

实施例。一种分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块，构成如图1-2所示，包括有炭块本体1，炭块本体1上设有炭碗总成连接凹坑5，炭碗总成连接凹坑5内设有炭碗总成6，炭碗总成6上设有炭碗10，炭碗10底部的炭碗总成6上设有机械钢爪连接环槽11，炭碗总成6上的炭碗10内活动设有超长炭碗填充块7。

所述炭碗总成中含有0.5-5%碳纤维。

所述炭块本体1上部正中经连接凸头粘接凹槽9活动设有连接凸头8，炭块本体1底部正中设有连接凹槽2。

所述炭碗10下方的炭块本体1底部上对应设有炭碗凸头连接凹坑3。

所述炭块本体1上下表面上均设有1-2mm炮泥层4。

本发明在此单独制作的含有炭碗10及机械钢爪连接环槽11的炭块命名为炭碗总成6，命名与炭碗总成6匹配的炭块本体1上的凹坑为炭碗总成连接凹坑5。通过在炭碗总成6的原料中添加了0.5-5%碳纤维，经混捏、成型制备炭碗总成6生块，或将炭碗总成6生块经焙烧成炭碗总成6熟块，当炭碗总成6生块嵌入炭碗总成连接凹坑5后，随着炭块本体1生块一起焙烧，或在炭碗总成6熟块涂抹粘接剂粘接在炭块本体1熟块上的炭碗总成连接凹坑5内，其上表面与炭块本体1平齐，实现加工方便灵活，同时本发明炭碗总成6的底部设计了机械钢爪连接环槽11，有利于浇铸--机械复合式钢爪与预焙阳极炭块之间的有序拆解，炭碗总成6中加入碳纤维，焙烧后碳纤维在炭碗总成内呈网络状分布，因为强韧的碳纤维拉扯，炭碗总成6不会有裂纹、裂缝产生，能提高炭碗的抗钠浸蚀能力和抗热震性，有很高的抗拉强度，能防止炭碗总成6在电解槽上工作时因内应力变化，避免炭碗总成底部以及四周产生裂纹、裂缝造成炭碗总成中的铝水泄漏，破坏电解生产。

本发明在此单独制作超长炭碗填充块7，超长炭碗填充块7上、下插入的炭碗凸头连接凹坑3、炭碗10都有一定活动退让空间，新旧炭块连接时，便于超长炭碗填充块7安装。

本发明分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块与浇铸-机械复合式钢爪配合使用，通过浇铸--机械式复合钢爪上的钢爪爪片进入炭碗10底部炭碗总成6上的机械钢爪连接环槽11内，使炭块本体1及炭碗总成6钩挂在浇铸--机械式复合钢爪上后，浇铸--机械式复合钢爪上的钢爪爪片通过铝水浇铸与炭块本体1上的炭碗10连接，常温下为刚性连接，连接完成后，将浇铸--机械式复合钢爪下端的阳极炭块放入电解槽内进行电解。

当浇铸--机械式复合钢爪下端的阳极炭块在电解槽上电解消耗至炭块本体1厚度为250-300mm时为旧阳极炭块，是连接新阳极炭块最佳时机，由于浇铸--机械式复合钢爪及阳极炭块，炭碗总成6上炭碗10内铝水处于熔化，并炭碗10内铝水起到浇铸--机械式复合钢爪与炭碗10及炭块本体1导电的作用，同时浇铸--机械式复合钢爪上的钢爪爪片能在熔化的铝水中自由解锁转动，将旧阳极炭块上的铝水浇铸--机械式复合钢爪从炭碗10底部的炭碗总成6上的机械钢爪连接环槽11解锁，取出浇铸--机械式复合钢爪，然后将浇铸--机械式复合钢爪与新的阳极炭块连接，备用，由于旧阳极炭块四周板结的保温覆盖料支撑，旧阳极炭块永远留在电解槽上原地不动，在浇铸--机械式复合钢爪后不但不会下落，还可以承受巨大的力量也不会下落；

在将浇铸--机械式复合钢上的新阳极炭块与旧阳极炭块连接时，先将超长炭碗填充块7涂抹泡泥后，插入旧阳极炭块炭块本体1上的炭碗总成6上的炭碗10内，将炭碗10内的铝水挤出并填平，然后将连接凸头8涂抹泡泥粘接在旧阳极炭块本体1上部正中经连接凸头粘接凹槽9内后，将旧阳极炭块炭块本体1上端面的连接凸头8及超长炭碗填充块7涂抹泡泥，通过将浇铸--机械式复合钢上的新阳极炭块与旧阳极炭块定位对接，且旧阳极炭块炭块本体1上的连接凸头8进入新阳极炭块炭块本体1底部正中的连接凹槽2内，连接凸头8经泡泥与连接凹槽2粘接，同时旧阳极炭块炭块本体1上端面的超长炭碗填充块7对应进入新阳极炭块炭块本体1底部上炭碗凸头连接凹坑3内，超长炭碗填充块7经泡泥与炭碗凸头连接凹坑3粘接在一起，实现定位连接的同时，提高了连续预焙阳极炭块的填充率，增加了新旧阳极炭块的粘接面积，降低了阳极炭块整体的电阻，并提高了炭块的连接强度，同时在新阳极炭块炭块本体1底部表面粘附厚度为1--2mm的预制炮泥层，在旧炭块高温软化和新阳极炭块、钢爪的重力挤压下使炮泥填实了新旧碳块本体1之间上下平面的间隙，然后利用电解槽自身的高温将炮泥烧结，实现新、旧阳极炭块的稳固粘接、导电和连续使用，消除了残极产生。

Claims (5)

1.一种分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块，其特征在于：包括有炭块本体（1），炭块本体（1）上设有炭碗总成连接凹坑（5），炭碗总成连接凹坑（5）内设有炭碗总成（6），炭碗总成（6）上设有炭碗（10），炭碗（10）底部的炭碗总成（6）上设有机械钢爪连接环槽（11），炭碗总成（6）上的炭碗（10）内活动设有超长炭碗填充块（7）。

2.根据权利要求1所述的分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块，其特征在于：所述炭碗总成（6）中含有0.5-5%碳纤维。

3.根据权利要求1所述的分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块，其特征在于：所述炭块本体（1）上部正中经连接凸头粘接凹槽（9）活动设有连接凸头（8），炭块本体（1）底部正中设有连接凹槽（2）。

4.根据权利要求1所述的分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块，其特征在于：所述炭碗（10）下方的炭块本体（1）底部上对应设有炭碗凸头连接凹坑（3）。

5.根据权利要求1所述的分体式独立炭碗、超长填充块结构连续预焙阳极炭块，其特征在于：所述炭块本体（1）上下表面上均设有1-2mm炮泥层（4）。