CN110067008A - 内衬结构和具体有该内衬结构的铝电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内衬结构和具有该内衬结构的铝电解槽，内衬结构设置在铝电解槽的槽壳内壁，包括槽膛侧部和槽膛底部，槽膛底部的底面朝一侧倾斜，并在较低的一侧设置相对槽膛底面凹陷的聚铝沟。槽膛侧部采用侧部内侧炭块和侧部异形炭块拼接并通过高铝砖和高强浇注料砌筑固定，其中侧部内侧炭块位于上部，侧部异形炭块位于下部并在垂直方向覆盖铝电解槽侧部的熔体区域。槽膛底部以及靠近铝电解槽进电侧的槽膛侧部设有绝热板层。该内衬结构特别是应用于连续运行的多室铝电解槽中，根据槽内铝液的流动规律，设置倾斜的底部炉膛结构，同时在进电侧和出电侧构建非均匀的保温结构，实现电解槽最大程度的保温及温度场分布的均匀、铝液的自动汇集。

Description

内衬结构和具体有该内衬结构的铝电解槽

技术领域

本发明属于铝电解槽技术，具体涉及一种铝电解槽的内衬机构和具有该内衬结构的铝电解槽。

背景技术

霍尔-埃鲁特法(Hall-Héroult)法作为当前工业原铝生产的唯一方法，电解槽内衬是除了阳极和母线外的最重要结构，主要由侧部和底部内衬结构组成。在铝电解过程中，内衬始终扮演着极其重要的角色：大型预焙槽从工艺上要求底部应有良好的保温，以利于炉底洁净；此外，侧部应有较好的散热，以促成自然形成炉膛，故侧部炭块下的浇注料(或耐火砖砌)做成阶梯形，以抑制伸腿过长。

当前铝电解采用的是预焙阳极的工艺，阳极每一个月更换一次，让槽内热平衡始终处于一个动态平衡的过程，此外，电解槽由于经常要进行敞开式的操作，故对热量损失已无法控制，因而传统的内衬保温结构设计上，基本采用对称的设计，且在电解槽的大面采用散热而在底部则采用保温的模式。随着我国对铝电解能耗不断最求、对自动化要求的不断提升，当前这种电解槽将存在严重的不足：

1.槽内热平衡不可控，迫使内衬设计中，无法做到良好的保温，因此内衬多采用散热设计，浪费了大量的电能，约占总的能力损耗的10％左右；

2.散热型的对称设计，对槽寿命影响较大：尽管近年来的槽寿命已经大有延长，但同样目前平均的2500天相比国外3000天以上还有不小差距，主要在于对称性设计无法考虑电解槽内的实际状态；

3.铝液波动对电解槽影响大：现行电解槽为水平面电解槽，所得铝液中存储在槽底部，并通有电流，这让铝液界面受磁场而剧烈波动，因而槽的极距较大，影响电解槽能耗的降低。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的铝电解槽的内衬结构存在的上述不足之处，提供一种能够实现均匀保温、自动聚铝的长寿命的内衬结构和具有该内衬结构的铝电解槽。

本发明采用如下技术方案实现：

内衬结构，所述内衬结构设置在铝电解槽的槽壳内壁，包括槽膛侧部和槽膛底部，所述槽膛底部的底面朝一侧倾斜，并在较低的一侧设置相对槽膛底面凹陷的聚铝沟。

进一步的，所述聚铝沟靠近铝电解槽的进电侧设置。

进一步的，所述槽膛底部设置槽膛底部倾斜炭块，所述槽膛底部倾斜炭块底部依次垫设保温砖和底部防渗层，所述聚铝沟的底部垫设聚铝沟底部炭块和底部防渗层。

进一步的，所述槽膛底部倾斜炭块和聚铝沟底部炭块采用高石墨质炭素或硼化钛-碳复合阴极材料。

在本发明的内衬结构中，所述槽膛底部的底面与水平面夹角为3～8°。

进一步的，所述槽膛侧部采用侧部内侧炭块和侧部异形炭块拼接并通过高铝砖和高强浇注料砌筑固定，其中侧部内侧炭块位于上部，侧部异形炭块位于下部并在垂直方向覆盖铝电解槽侧部的熔体区域。

进一步的，所述侧部异形炭块内侧具有向下倾斜的台阶结构。

进一步的，所述槽膛底部以及靠近铝电解槽进电侧的槽膛侧部设有绝热板层。

进一步的，所述绝热板层采用硅酸钙板。

本发明还公开了具有上述内衬结构的铝电解槽，所述内衬结构固定于铝电解槽的槽壳内壁，所述铝电解槽内的阳极和阴极均采用板式结构，并且相互竖直平行布置在槽膛底部上方，其中阳极和阴极侧边与进电侧槽膛侧部之间的最小垂直距离不小于聚铝沟的宽度。

本发明在铝电解槽的进电侧和出电侧两侧面的保温结构设置成不对称结构，其中在靠近进电侧的槽膛侧部加强了侧部保温，并且由槽膛底部倾斜炭块构成的槽膛底部采用倾斜底面，并应用对铝液润湿良好的高石墨质炭块，让电解得到的铝液自动汇集到低处的聚铝沟内。

本发明的有益效果在于：

1.有效降低铝电解槽的能耗。应用本发明提供的内衬结构，可让连续运行的多室铝电解槽在电解过程中，聚铝沟内的铝液层并不通过电流，从而设置极低的极距，大幅降低电解槽的运行电压及吨铝能耗，社会效益明显。

2.自动聚铝，便于连续操作。本发明提供的底部倾斜炉膛结构让铝液更易汇集，铝电解槽的电解界面变成垂直，让铝液层不通电，由于铝液中并不通入电流，不受电磁力的作用，更易顺着斜坡进行汇集，有利于铝液的快速排出。

3.熔体冲刷可忽略，槽内衬的寿命大幅提升。由于侧部的铝液和电解质并不通电，因此熔体的流速将会呈数量级的降低，因而熔体对侧部内衬的冲刷作用降低到最低，降低内衬的冲刷腐蚀，有效延长内衬寿命。

综上所述，本发明的内衬结构特别是应用于连续运行的多室铝电解槽中，根据槽内铝液的流动规律，设置倾斜的底部炉膛结构，同时在进电侧和出电侧构建非均匀的保温结构，实现电解槽最大程度的保温及温度场分布的均匀、铝液的自动汇集。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的铝电解槽内衬结构的截面示意图。

图2为实施例中的铝电解槽内部结构示意图。

图中标号：1-槽体，101-侧部内侧炭块，102-侧部绝热板层，103-侧部异形炭块，104-高铝砖，105-高强浇注料，106-底部绝热板层，107-槽膛底部倾斜炭块，108-保温砖，109-底部防渗层，110-聚铝沟底部炭块，111-聚铝沟，112-槽壳；

2-阳极，3-阴极，5-电解槽上部结构，6-电解质，7-铝液；

A-进电侧，B-出电侧。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的铝电解槽槽体1采用了本发明中的内衬结构，该内衬结构具体包括侧部内侧炭块101、侧部绝热板层102、侧部异形炭块103、高铝砖104、高强浇注料105、底部绝热板层106、槽膛底部倾斜炭块107、保温砖108、底部防渗层109、聚铝沟底部炭块110、聚铝沟111以及槽壳112，图示中的进电侧A是指的铝电解槽内的阳极连接进电的一侧，出电侧B是指的铝电解槽内的阴极连接出电的一侧。

内衬结构整体固定在槽体的槽壳112内壁，按照铝电解槽内部的槽膛空间可以划分为槽膛侧部和槽膛底部，其中，槽膛底部的底面为朝铝电解槽进电侧A一侧向下倾斜的斜面，该斜面的形成通过槽膛底部倾斜炭块107实现，槽膛底部倾斜炭块107铺设在内衬结构的槽膛底部，其中槽膛底部倾斜炭块107的顶面形成为槽膛底部的底面，槽膛底部倾斜炭块107整块采用平板结构，在铺设安装时倾斜设置，保证其顶面相对水平面倾角为3～8°。

聚铝沟111位于槽膛底部位置较低的一侧，并且整个聚铝沟相对于槽膛底部的底面凹陷设置，在槽膛底部倾斜炭块107上流淌的铝液能够顺着倾斜的槽膛底面直接流动到聚铝沟111内，根据槽膛底部底面的倾斜位置关系，聚铝沟111在槽膛内部靠近铝电解槽的进电侧设置。

为了保证铝电解槽槽体1底部的保温和防止铝液渗漏，槽膛底部倾斜炭块107的底部依次垫设有保温砖108和底部防渗层109，保温砖108砌筑成一个将槽膛底部倾斜炭块107倾斜设置的坡度，底部防渗层109铺设覆盖整个内衬结构的槽膛底部，在聚铝沟111的底部垫设聚铝沟底部炭块110，聚铝沟底部炭块110铺设在底部防渗层109上，聚铝沟111的侧面由槽膛底部倾斜炭块107、聚铝沟底部炭块110以及槽膛侧部炭块围成，槽膛底部倾斜炭块107和聚铝沟底部炭块110均采用高石墨质炭素或硼化钛-碳复合阴极材料。

本实施例中的槽膛底部倾斜炭块107的顶面与底面夹角为5°，其材质为对铝液具有高润湿性能的全石墨质炭块，宽度为600mm、厚度为50mm，采用捣鼓安装。聚铝沟底部炭块110的厚度为50mm，宽度为60mm。保温砖108靠近铝电解槽进电侧A的铺设厚度为80mm，靠近铝电解槽出电侧的铺设厚度为120mm，其宽度与与槽膛底部倾斜炭块107相同。底部防渗层109铺装的底部干式防渗料厚度为60mm，其宽度同样与槽膛底部倾斜炭块107相同。

再次参见图1，内衬结构的槽膛侧部采用侧部内侧炭块101和侧部异形炭块103拼接并通过高铝砖104和高强浇注料105砌筑固定，其中侧部内侧炭块101采用规则的板状结构，铺设在槽膛侧部的上半部，侧部异形炭块103采用不规则的多边形炭块，铺设在槽膛侧部的下半部，要保证侧部异形炭块103在垂直方向覆盖铝电解槽侧部的熔体区域，本实施例中的侧部异形炭块103是指在铝电解槽槽膛内部形成向下倾斜台阶结构的异形结构，形成铝电解槽槽膛内部的伸腿结构。侧部内侧炭块101和侧部异形炭块103可采用与槽膛底部倾斜炭块107和聚铝沟底部炭块110相同的高石墨质炭素或硼化钛-碳复合阴极材料。

内衬结构的槽膛侧部实际为非对称结构，在靠近铝电解槽进电侧的槽膛侧部设有侧部绝热板层102，侧部绝热板层102位于侧部内侧炭块101和槽壳112之间，并且沿着槽壳内壁向下延伸铺设，绕过聚铝沟111底部后，在槽膛底部和槽壳112之间形成底部绝热板层106。侧部绝热板层102和底部绝热板层106均采用硅酸钙绝热板，实现覆盖部分的保温，在电解槽出电侧则无需进行此布置。通过在铝电解槽的槽体内部进电侧加强了侧部保温，由所述槽膛底部倾斜炭块107构成的槽膛底部采用倾斜布置，并应用对铝液润湿良好的高石墨质炭块，让电解得到的铝液自动汇集到聚铝沟内。

结合参见图1和图2，图示中的铝电解槽采用上述内衬结构，将内衬结构固定于铝电解槽的槽壳112内壁，同时铝电解槽内的阳极2和阴极3均采用板式结构，阳极2和阴极3之间交错竖直平行布置在内衬结构的槽膛底部上方，相邻的阳极2和阴极3之间形成多个氧化室，铝电解槽的槽体1顶部通过电解槽上部结构5封闭，其中阳极2和阴极3的侧边与进电侧槽膛侧部之间的最小垂直距离不小于聚铝沟111的宽度，阳极2和阴极3其他侧边与内衬结构之间可以尽量靠近设置，只要保证电解质6和铝液7能够正常流通即可，最大限度地利用铝电解槽内部空间，降低了铝电解槽的体积尺寸，保证阳极2和阴极3之间形成的电解界面与聚铝沟错来开，避免电解过程中聚铝沟111内的铝液7通电。

采用本实施例多室节能铝电解槽具有铝液自动收集、槽内高保温的优点，实现电解槽的自动超低极距运行，从而改善电解槽热平衡状态，降低电解槽热损失，有效提升电解槽的能效水平。

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 (10)

1.内衬结构，其特征在于：所述内衬结构设置在铝电解槽的槽壳内壁，包括槽膛侧部和槽膛底部，所述槽膛底部的底面朝一侧倾斜，并在较低的一侧设置相对槽膛底面凹陷的聚铝沟。

2.根据权利要求1所述的内衬结构，所述聚铝沟靠近铝电解槽的进电侧设置。

3.根据权利要求2所述的内衬结构，所述槽膛底部设置槽膛底部倾斜炭块，所述槽膛底部倾斜炭块底部依次垫设保温砖和底部防渗层，所述聚铝沟的底部垫设聚铝沟底部炭块和底部防渗层。

4.根据权利要求3所述的内衬结构，所述槽膛底部倾斜炭块和聚铝沟底部炭块采用高石墨质炭素或硼化钛-碳复合阴极材料。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的内衬结构，所述槽膛底部的底面与水平面夹角为3～8°。

6.根据权利要求5所述的内衬结构，所述槽膛侧部采用侧部内侧炭块和侧部异形炭块拼接并通过高铝砖和高强浇注料砌筑固定，其中侧部内侧炭块位于上部，侧部异形炭块位于下部并在垂直方向覆盖铝电解槽侧部的熔体区域。

7.根据权利要求6所述的内衬结构，所述侧部异形炭块内侧具有向下倾斜的台阶结构。

8.根据权利要求6所述的内衬结构，所述槽膛底部以及靠近铝电解槽进电侧的槽膛侧部设有绝热板层。

9.根据权利要求8所述的内衬结构，所述绝热板层采用硅酸钙板。

10.铝电解槽，其特征在于：具有权利要求1-9中的内衬结构，所述内衬结构固定于铝电解槽的槽壳内壁，所述铝电解槽内的阳极和阴极均采用板式结构，并且相互竖直平行布置在槽膛底部上方，其中阳极和阴极侧边与进电侧槽膛侧部之间的最小垂直距离不小于聚铝沟的宽度。