CN112831803A - 一种双层密闭铝电解槽及其上部保温罩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双层密闭铝电解槽及其上部保温罩，以实现降低热量损失与分离高低温烟气的目的。该双层密闭铝电解槽上部保温罩，包括第一保温罩，罩在电解槽的槽体上，所述第一保温罩上设有阳极安装孔；阳极保温层，安装在阳极顶部，覆盖阳极顶部并包裹钢爪；第二保温罩，罩在所述第一保温罩上；所述第一保温罩与槽体、阳极及电解质之间围成密闭的高温烟气室，所述第一保温罩、阳极以及第二保温罩之间围成密闭的低温烟气室。
Description
技术领域
本发明属于铝电解技术领域，尤其涉及一种双层密闭铝电解槽及其上部保温罩。
背景技术
随着我国电解铝行业快展，电解槽单产规模越来越大，而现在预培阳极均采用覆盖料进行保温，保温覆盖料由不同粒度的氧化铝构成，而氧化铝粉末材料本身并不是保温材料，由于其多孔的疏松结构，其导热系数高达31.4W/m.k，保温效果差，造成大量热量损失；另外，保温覆盖料无法彻底隔绝空气，使得与阳极炭块直接连接的机械式钢爪暴露在高温氧化环境中，钢爪腐蚀非常严重，使用寿命短。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种热量损失小的双层密闭铝电解槽及其上部保温罩。
为解决上述技术问题，本发明一方面采用如下技术方案：
一种双层密闭铝电解槽上部保温罩，包括：
槽体；
第一保温罩，罩在电解槽的槽体上，所述第一保温罩上设有阳极安装孔；电解槽的阳极安装在所述阳极安装孔中并插入所述槽体的电解质中，所述
阳极保温层，覆盖所述阳极的顶部；
第二保温罩，罩在所述第一保温罩上；
所述槽体、阳极以及第一保温罩之间围成密闭的高温烟气室，所述第一保温罩、阳极以及第二保温罩之间围成密闭的低温烟气室。
具体的，还包括：
钢爪，位于所述低温烟气室中，所述钢爪穿过所述阳极保温层与所述阳极连接；
阳极导杆，一端通过爆炸块与所述钢爪连接，另一端从所述第一保温罩的顶部穿出。
具体的，所述阳极保温层包括附着在所述阳极上的氧化铝耐蚀层和覆盖所述氧化铝耐蚀层上的发泡保温盖板。
具体的，所述氧化铝耐蚀层按重量份数计包括如下组分：氧化铝60-100份，粘结剂8-10份和水25-30份。
具体的，所述粘结剂为水玻璃。
具体的，所述发泡保温盖板以阳极长轴方向的轴线为分界线，由两大块组合而成，内部有空缺匹配容纳钢爪。
具体的，所述高温烟气室上设有高温烟气出口，所述低温烟气室上设有低温烟气出口。
具体的，所述第一保温罩距离所述槽体内电解质液面的距离控制在8-10cm。
具体的，所述第一保温罩采用刚玉或铝镁尖晶石材质，所述第二保温罩采用发泡树脂材质。
具体的，所述第一保温罩的厚度为200-600mm，第二密封罩的厚度为100-200mm。
本申请另一方面，还提供一种采用上述双层密闭铝电解槽上部保温罩的双层密闭铝电解槽。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：
1)通过第一保温罩和第二保温罩将电解槽烟气室分隔为高温烟气室和低温烟气室，双层密闭的保温结构，可以减少电解槽槽上部的热散失，降低电解槽耗能，提升铝电解槽炉膛熔池内的热平衡稳定性，提高铝电解槽的电流效率。
2)利用第一保温罩、第二保温罩与阳极上部的阳极保温层将电解槽上部空间划分为两个独立的烟气区域，将烟气区分开来并将热量传输局限在小范围内，可以有效保温与有效处理烟气。
3)利用阳极顶部的阳极保温层和第一保温罩的组合结构替代现有技术的氧化铝保温覆盖料，不仅能够精简更换碳阳极的工序，相对于以氧化铝散料为保温覆盖料，阳极更换时，省去了扒料、打壳、捞块、盖料和清理残极等工序，大大缩短了换极时间，并减少了换极的工作量，提高电流效率，大幅度的降低了企业的生产成本。
4)阳极导杆与钢爪采用爆炸块进行连接，在无需改变现有阳极导杆与钢爪连接结构的情况下，因阳极导杆与钢爪之间的钢、铝复合结构的爆炸块位于低温烟气室内，不仅使得电解槽的保温、升温不受限于不耐高温的爆炸块的限制，而且阳极导杆与钢爪连接结构也非常简单。
5)阳极的顶部被氧化铝耐蚀层覆盖，而且位于低温烟气室中，不仅可以解决阳极被空气中氧气氧化的问题，而且耐蚀层采用氧化铝制作，可以充分利用既有原料制作，可有效减少因增加阳极保温层带来的额外成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的铝电解槽结构示意图；
图2是本发明实施例涉及的阳极结构示意图；
图3是本发明实施例涉及的单阳极发泡保温盖板结构示意图；
图4是本发明实施例涉及的双阳极发泡保温盖板结构示意图；
其中：1、槽体；2、电解质；3、高温烟气出口；4、低温烟气出口；5、阳极；6、阳极保温层；601、发泡保温盖板；602、氧化铝耐蚀层；7、高温烟气室；8、低温烟气室；9、连接柱；10、第一保温罩；11、第二保温罩；12、钢爪；13、阳极导杆；14、爆炸块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种双层密闭铝电解槽上部保温罩，包括第一保温罩10、阳极保温层6以及第二保温罩11，第一保温罩10罩在槽体1上，第一保温罩10上设有阳极安装孔，阳极5安装在阳极安装孔中并且底端插入槽体1的电解质2中，第二保温罩11罩在所述第一保温罩10上，槽体1、阳极5以及第一保温罩10之间围成密闭的高温烟气室7，第一保温罩10、阳极5以及第二保温罩11之间围成密闭的低温烟气室8，此外，在阳极5的顶部还设有阳极保温层6。
本实施例中，通过第一保温罩10和第二保温罩11将电解槽烟气室分隔为高温烟气室7和低温烟气室8，双层密闭的保温结构，可以减少电解槽槽上部的热散失，降低电解槽耗能，提升铝电解槽炉膛熔池内的热平衡稳定性，提高铝电解槽的电流效率。
此外，利用第一保温罩10、第一保温罩10与阳极5上部的阳极保温层6将电解槽上部空间划分为两个独立的烟气区域，将烟气区分开来并将热量传输局限在小范围内，可以有效保温与有效处理烟气。
现有的电解槽，阳极5更换是电解铝生产过程中一项主要而且劳动强度极大的一项工作。其包括扒料、打壳、提出残极、捞块、装新极、盖料、清理残极等工序。由于工作环境为950℃左右，电解质2暴露在空气中，散热量极大，电解槽内烟气(含F烟气)排放至工作环境中，导致工人工作环境恶劣，且更换阳极5工作量较大，每个阳极5更换历时30分钟左右。
本实施例中，利用阳极5顶部的阳极保温层6和第一保温罩10的组合结构替代现有技术的氧化铝保温覆盖料，不仅能够精简更换阳极5的工序，相对于以氧化铝散料为保温覆盖料，省去了扒料、打壳、捞块、盖料和清理残极等工序，大大缩短了换极时间，并减少了换极的工作量，提高电流效率，大幅度的降低了企业的生产成本。
在一些实施方案中，第一保温罩10上部通过连接柱9连接电解槽的横梁，下端悬于电解质2上方约8-10cm，与电解质2、阳极5和槽体1形成密闭的高温烟气室7，该高温烟气室7拦截绝大部分的烟气，包括有害气体CO、氧硫化合物与碳氟化合物等等，并通过高温烟气室7上的高温烟气出口3与外部高温烟气净化系统连接，实现高温烟气的净化处理，第二保温罩11两侧置于于槽体1侧部，与阳极5、第一保温罩10形成一个密闭的低温烟气室8，低温烟气室8通过低温烟气管道与外部低温烟气处理系统，实现低温烟气的净化处理，第一保温罩10以及第二保温罩11与槽体1接触部位通过绝缘耐高温材料密封。
本实施例中，高温烟气单独抽出，先进行余热回收，然后进行初步净化，初步净化后与低温烟气汇合再进行深度净化，达到排放要求。在高温烟气室7上方设计一个低温烟气室8，主要目的是进一步收集高温烟气室7漏出来的烟气。考虑到阳极5上表面没有了保温覆盖料，可能导致通过阳极5上表面的散热过大，在每组阳极5的上部单独加装一个轻质保温盖来减少散热，不仅实现了高温烟气的余热回收，而且烟气除硫只在高温烟气的“初步净化”环节进行(可显著降低烟气除硫成本)，此外，因高温和低温烟气的总量比现行电解槽的烟气总量显著减小，烟气净化的成本比现行工艺显著降低。
参见图1和图2，在一些可能实施的方案中，该电解槽还包括钢爪12和阳极导杆13，钢爪12位于低温烟气室8中，并从阳极5的顶部穿过阳极保温层6与阳极5连接，阳极导杆13一端则通过爆炸块14与钢爪12连接，另一端从第一保温罩10的顶部穿出。
现有的预焙阳极5的钢爪12上有铝钢结构的爆炸块14，爆炸块14距离炭块表面约400mm，钢爪12的桥架结构都起到减少高温对爆炸块14铝质部分强度的负面影响，纯铝的机械强度本来就很低，不适宜做结构件，纯铝在350℃以上更无强度可言,爆炸块14不能在350℃以上温度长期工作。本实施例中，阳极导杆13与钢爪12采用爆炸块14进行连接，在无需改变现有阳极导杆13与钢爪12连接结构的情况下，因将爆炸块14位于低温烟气室8内，不仅使得电解槽的保温、升温不受限于不耐高温的爆炸块14的限制，而且阳极导杆13与钢爪12连接结构简单。
在另一些可能实施的方案中，阳极保温层6包括附着在阳极5上的氧化铝耐蚀层602和覆盖氧化铝耐蚀层602上的发泡保温盖板601。
本实施例中，阳极5的顶部被氧化铝耐蚀层602覆盖，不仅可以解决阳极5上部及钢爪12被空气中氧气氧化的问题，而且耐蚀层采用氧化铝制作，可以充分利用既有原料制作，可有效减少因增加阳极保温层6带来的额外成本。
具体的，氧化铝耐蚀层602按重量份数计包括如下组分：氧化铝60-100份，粘结剂8-10份和水25-30份。
氧化铝耐蚀层602制备过程为：第一步，将氧化铝粉料、水与水玻璃粘结剂等混合搅拌为粘稠的浆料；第二步，将前一步的浆料在外边模具的帮助下涂附于阳极5上部，硬化后脱模可得可耐蚀层预制体。其中，硬化的时间基于硬化环境大致为50分钟至90分钟；第三步，预制体经高温、高湿度环境养护后得到成品。
本实施例中由于以含有不导电的氧化铝的粉料为原料，制成阳极5上部阳极保温层6的耐蚀层，并直接与铝电解阳极5接触，辅以导热系数更低的发泡耐高温材料。通过相互组合的方式，使本实施例得到的阳极5上部阳极保温层6具有耐高温、耐腐蚀和高保温的性能，可耐1000℃至1500℃的高温，能够减少热量通过阳极5向上传输。
本实施例利用第一保温罩10加阳极5顶部的阳极保温层6结构替代氧化铝覆盖料进行保温，可以防止电解槽内的烟气外泄，避免了烟气对工作环境的污染，同时避免了烟气对工作人员身体健康造成的威胁。另外，更换阳极5时，只需要移开将第二保温罩11从电解槽上移开，利用阳极导杆13将阳极5从电解槽中提出，然后将新的阳极5放入电解槽内，并将第二保温罩11复位即可，相对于现有以氧化铝散料为保温覆盖料的阳极5，不仅更换方便，而且因需更换的阳极5无保温覆盖料，因此无需担心保温覆盖料掉落至电解质2中，影响电解槽内物料平衡和能量平衡。
参见图3和图4，在一些可能实施的方案中，发泡保温盖板601以阳极5长轴方向的轴线为分界线，由两大块组合而成，内部有空缺匹配容纳钢爪12。本实施例中，阳极5更换后，发泡保温盖板601可以拆下重复利用，可以有效降低阳极5的更换成本。
在实际设计中，第一保温罩10可以采用刚玉或铝镁尖晶石等材质制作，第一保温罩10的厚度可以控制在200-600mm，第二保温罩11可以采用耐高温发泡树脂制作，第二密封罩的厚度可以控制在100-200mm。
本申请还提供一种采用上述实施例上部保温罩的双层密闭铝电解槽，由于本实施例双层密闭铝电解槽采用了上述实施例的保温罩结构，因此自然具备上述实施例保温罩的优点，在此不再赘述。
应用例：
某420kA电解槽，采用双阳极5排布，使用装有图2结构的预焙阳极5，阳极5上部预安装氧化铝耐腐蚀层602与发泡保温盖板601，全程无覆盖料,第一保温罩10采用40cm厚的刚玉材料，下端面距离电解质210cm,上断面通过连接柱9与电解槽的横梁固定，第二保温罩11采用20cm厚的耐温发泡树脂质材料，在电解槽两端安有高温烟气出口3与低温烟气出口4，外部与对应的烟气净化系统连接，其中低温烟气净化系统风量采用0.5m3s-1,高温烟气排风量为1.3m3s-1，在试验槽上运行3个月，电解槽的各项参数稳定，两水平和电压维持在正常水平，阳极5效应保持在0.1次/天，阳极5上部腐蚀情况显著改善，阳极5上部钢爪12腐蚀情况明显改善，运行过程中无冒烟现象塞，电流效率明显提高，对气体的收集处理以及热回收效果有显著提高。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种双层密闭铝电解槽上部保温罩，其特征在于，包括：
第一保温罩(10)，罩在电解槽的槽体(1)上，所述第一保温罩(10)上设有阳极安装孔，所述电解槽的阳极(5)安装在所述阳极安装孔中并插入所述槽体(1)的电解质(2)中；
阳极保温层(6)，覆盖所述阳极(5)的顶部；
第二保温罩(11)，罩在所述第一保温罩(10)上；
所述第一保温罩(10)与槽体(1)、阳极(5)及电解质(2)之间围成密闭的高温烟气室(7)，所述第一保温罩(10)、阳极(5)以及第二保温罩(11)之间围成密闭的低温烟气室(8)。
2.根据权利要求1所述的双层密闭铝电解槽上部保温罩，其特征在于，还包括：
钢爪(12)，位于所述低温烟气室(8)中，所述钢爪被所述阳极保温层(6)包裹；
阳极导杆(13)，一端通过爆炸块(14)与所述钢爪(12)连接，另一端从所述第一保温罩(10)的顶部穿出。
3.根据权利要求1或2所述的双层密闭铝电解槽上部保温罩，其特征在于：所述阳极保温层(6)包括附着在所述阳极(5)上的氧化铝耐蚀层(602)和覆盖在所述氧化铝耐蚀层(602)上的发泡保温盖板(601)。
4.根据权利要求3所述的双层密闭铝电解槽上部保温罩，其特征在于：所述氧化铝耐蚀层(602)按重量份数计包括如下组分：氧化铝60-100份，粘结剂8-10份和水25-30份。
5.根据权利要求4所述的双层密闭铝电解槽上部保温罩，其特征在于：所述粘结剂为水玻璃。
6.根据权利要求3所述的双层密闭铝电解槽上部保温罩，其特征在于：所述发泡保温盖板(601)以阳极(5)长轴方向的轴线为分界线，由两大块组合而成，内部有空缺匹配容纳钢爪(12)。
7.根据权利要求1或2所述的双层密闭铝电解槽上部保温罩，其特征在于：所述高温烟气室(7)上设有高温烟气出口(3)，所述低温烟气室(8)上设有低温烟气出口(4)。
8.根据权利要求1或2所述的双层密闭铝电解槽上部保温罩，其特征在于：所述第一保温罩(10)距离所述槽体(1)内电解质(2)液面的距离控制在8-10cm。
9.根据权利要求1或2所述的双层密闭铝电解槽上部保温罩，其特征在于：所述第一保温罩(10)采用刚玉或铝镁尖晶石材质，所述第二保温罩(11)采用发泡树脂材质，所述第一保温罩(10)的厚度为200-600mm，第二密封罩的厚度为100-200mm。
10.一种双层密闭铝电解槽，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的双层密闭铝电解槽上部保温罩。
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