CN113242916A - 阳极组件以及包括该阳极组件的电解池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阳极组件(1)，该阳极组件包括：一个阳极棒(10)、一个阳极(20)以及一个将所述阳极棒(10)连接至所述阳极(20)的连接装置。所述连接装置包括沿所述阳极(20)的上表面(210)延伸的两个密封条(30)，以及将所述密封条(30)连接至所述阳极棒(10)的横梁(40)。所述密封条(30)包括在密封在所述阳极中(20)的下部部分(31)以及延伸出所述阳极(20)的上部部分(32)。所述阳极组件(1)包括两个防溢边沿(51)，所述防溢边沿沿着所述沿密封条(30)从所述密封条(30)的上部部分(32)延伸至所述密封条(30)和横梁(40)之间接合处的上方。
Description
本发明涉及一种阳极组件，以及包括该阳极组件的电解池。
铝传统上是根据霍尔-赫鲁特(Hall-Héroult)工艺在电解池中通过电解生产的。
电解池传统上包括：钢箱体，在所述刚箱体的内部应用有耐火材料涂层；碳质材料阴极，所述碳质材料阴极位于所述箱体的底部；电解浴，氧化铝溶解在所述电解浴中；以及多个阳极组件，所述阳极组件具有浸没在电解浴中的至少一个阳极，并且具有阳极棒，所述阳极棒的末端是多极结构，所述多极结构具有位于阳极中的多个密封块。所述阳极组件传统上通过阳极棒悬挂在阳极框架上。
更具体地，所述阳极是由预烘烤的碳质阳极块形成的预烘烤阳极类型，也就是说在引入电解池之前被烘烤。为了避免当阳极在与氧气接触时发生自发的碳氧化，并且为了保持电解池的热平衡，特别是为了维持950℃左右的稳定电解浴温度，用涂层产品覆盖阳极是已知的，所述涂层产品传统上由氧化铝制成和/或由回收和研磨的电解浴制成。由于阳极在电解反应过程中被消耗，因此要将阳极组件定期更换为新的阳极组件。
电解池还包括电导体，所述电导体将阴极连接至随后的池的阳极框架，以便将电解电流从一个池传导至另一个池。因此，所述电解池串联连接并且通过强度可达数十万安培的电解电流。
为了提高电解池的生产率，一种解决方案包括增加电解电流的强度，这导致电解池内产生的热量增加。为了保持电解池的热平衡，因此有必要将由于电解电流强度增加而产生的该额外的热量消散。
在更换阳极组件的过程中，将涂层产品倾倒至新的阳极上，从而形成连续的覆盖，尽可能的接近于密封阳极，并且防止阳极表面与空气直接接触。由于池中阳极附近普遍有高温度，空气中的氧气与构成阳极的碳之间的任何接触都将导致该碳的氧化，从而导致阳极的劣化。如图1所示，新的阳极组件100(在附图中的左侧)必须高于相邻的阳极组件100(在附图中的右侧)定位，相邻的阳极组件100的阳极101已经被部分消耗。结果是，倾倒至新的阳极组件100的新阳极104上的涂层产品103也倾向于倾倒在相邻的阳极组件100的相邻的部分消耗的阳极101上，并且从多极结构106的块状物105之间穿过，或者可能在块状物105和多极结构106之上穿过。因此，该相邻的阳极101被额外数量的涂层产品103所覆盖，涂层产品103的厚度必须特别地能够保护新的阳极104的竖直侧翼免受氧化。该额外数量的涂层产品103塌陷并且在块状物105之间流动，从而填充多极结构106下方的间隙，并且至少部分地掩埋了发生部分散热的块状物105。因此，为了保护新的阳极104的竖直侧翼，相邻的阳极101被过度绝缘。为了改善对电解池热平衡的控制，因此有必要控制电解池的所有阳极上的涂层产品的高度。
本发明试图通过提供阳极组件来在保持电解池热平衡的同时提高电解池生产率，进而克服这些缺点。
为此，本发明的主题是一种阳极组件，该阳极组件包括：一个阳极棒、一个阳极以及一个将所述阳极棒连接至所述阳极的连接装置，其特征在于，所述连接装置包括沿所述阳极的上表面延伸的两个密封条，以及将所述密封条连接至所述阳极棒的横梁，其中所述密封条包括在所述阳极中的下部密封部分以及延伸出所述阳极的上部部分，其中所述阳极组件包括两个防溢边沿，所述防溢边沿沿着所述密封条从所述密封条的上部部分延伸至所述密封条和横梁之间的接合处的上方。
因此，该阳极组件防止对密封条涂覆，并且确保对在阳极表面上的涂层产品高度的控制，特别是在两个密封条之间的涂层产品高度。来自密封条表面的辐射热通量使所述密封条不具有涂层产品，并且更具体地，由于防溢边沿的存在，向上定向的密封条的上表面保持稳定。这确保了热耗散随着时间的推移在池的所有阳极的表面处的均匀性。因此，可以提高流经配备有该阳极组件的池的电解电流强度，从而提高了该池的生产率，同时保持了所述池的热平衡。
更具体地，以密封条代替多个块状物可以部分地防止涂层材料从相邻的阳极流向密封条之间的表面。此外，密封条和阳极的碳之间的接触表面更大，使得这样的配置有利于提高电解电流的强度，并且有利于对强度提高来说必要的散热。然而，如果这种密封条的高度太高，则其重量可能会被证明对于在池中使用来说太大。因此，优选地使密封条的高度的最小化。低高度的密封条被倾倒覆盖在相邻的新阳极上的涂层产品所淹没的可能性更大。所述低高度的密封条于是被隔绝，从而不能再对所寻求的必要散热做出贡献。这种使密封条的高度最小化也可以为阳极的高度增加相同差值，从而使阳极的耐用性更高，并且生产率更好。这种对阳极的高度的增加，增加了新的阳极和相邻的阳极之间的高度差，因此密封条被淹没的概率具有如上所述的结果。从密封条的上部部分开始实施的防溢边沿，允许生产和使用具有最小化的高度和重量的密封条的阳极组件，所述阳极组件确保了非常良好的导电性，有利于具有高电强度以及大且均匀的散热能力的池的运作。
根据一个有利的实施方案，所述密封条包括两个纵向边缘，并且所述防溢边沿从所述密封条离所述阳极棒最远的纵向边缘处延伸。
这样，所述防溢边沿在防止涂层产品包覆密封条的上表面方面的功能得到了优化。
根据一个实施方案，所述阳极组件包括两个滑动壁，所述滑动壁从所述防溢边沿延伸至所述密封条上方，并且朝向所述阳极的上表面倾斜。
这使得在涂层产品仍然要越过所述防溢边沿的情况下，可以防止涂层材料在密封条的上部部分上的任何积聚。替代地，所述涂层产品滑动到所述滑动壁上，并且被沉积在所述阳极上。因此，来自面向上的密封条的顶部表面的辐射散热得到了保证。
所述防溢边沿和滑动壁额外地具有散热器功能。
根据一个实施方案，所述防溢边沿正交于所述阳极的上表面延伸。
根据一个实施方案，所述防溢边沿包括固定至所述密封条的上部部分的下部纵向边缘，以及与所述下部纵向边缘相对的上部纵向边缘，所述上部纵向边缘的长度至少与所述下部纵向边缘的长度相等。
根据一个实施方案，所述密封条的下部部分的宽度至少等于所述下部部分的高度。
因此，尽管增加了电解电流强度，从阳极中的所述密封条的底部至阳极外的所述密封条的上部的热传导是有效的，并且有助于散热，以保持热平衡。
根据一个有利的实施方案，所述防溢边沿延伸至所述横梁的顶部。
那么，所述防溢边沿防止涂层产品对横梁的涂覆，特别是在横梁的上表面上的涂覆。
根据一个有利的实施方案，所述横梁在所述密封条之间水平地延伸。
这样的实施方案使所述电解池中的阳极组件的体积最小化。
根据一个有利的实施方案，所述密封条和所述横梁之间的接合处的长度小于所述密封条的长度。
更具体地，该接合处沿着所述密封条的长度在中央实施。这样的实施方式可以使所述阳极组件的重量最小化，并且便于有意地释放在所述密封条之间、并且更具体在所述阳极棒下方的阳极上的涂层材料的受控厚度。
根据一个实施方案，所述阳极包括两个相邻的阳极块，以及每个阳极块的单个密封条。
根据另一个方面，本发明还涉及一种用于生产铝的电解池，所述电解池包括至少一个具有上述特征的阳极组件。
从下面参考附图对以非限制性实施例的方式提供的实施方案的详细描述中将清楚地明了本发明的其他特性和优点，其中：
[图1]图1是现有技术中的两个相邻的阳极组件的示意性横截面视图，
[图2]图2是根据本发明的一个实施方案的两个相邻的阳极组件的示意性横截面视图，
[图3]图3是根据本发明的一个实施方案的阳极组件的示意性横截面视图。
图2示出了根据本发明的一个实施方案的阳极组件1。阳极组件1旨在装备电解池2，电解池2被设计成根据霍尔-赫鲁特工艺生产铝。
阳极组件1包括一个阳极棒10、一个阳极20、一个连接装置以及两个防溢边沿51，所述连接装置包括两个密封条30和将阳极棒10连接至阳极20的横梁40。
阳极棒10被设计为将电解电流从电解池2的阳极框架(未示出)传导至横梁40。阳极棒10在竖直方向上延伸。在该应用中，竖直方向Z因此被限定为阳极棒10延伸的方向。横向方向Y被限定为正交于阳极棒10的方向，并且横向方向Y平行于密封条30所限定的方向。纵向方向X被限定为正交于竖直方向Z和横向方向Y的方向。
阳极20由一个或多个具有碳材料的阳极块21形成。阳极块21被设计成浸没在电解池2的电解浴3中。优选地，阳极组件1包括一个阳极20，所述阳极20由两个相邻的阳极块21形成。如图3所示，阳极块21具有长方体形状。阳极块21是平行的。阳极块21在横向方向Y上纵向地延伸，也就是说，优选地正交于电解池2的长度延伸。横向方向Y也对应于在铝冶炼厂规模下从一个池到另一个池的电解电流的流动方向。
例如，如图3所示，每个阳极块21包括上表面210和相对的下表面211，上表面210被设计成被涂层材料4覆盖，下表面211被设计成在电解反应期间被消耗在电解浴中。根据附图，每个阳极块21还具有与下表面211和上表面210相邻的四个侧表面212。
连接装置包括两个密封条30和一个横梁40，用于将阳极棒10电连接并且机械连接至阳极块21。因此，阳极块21通过密封条30和横梁40悬挂于阳极棒10上，并且电解电流通过横梁40以及导电的密封条从阳极棒10传导至阳极块21。
阳极组件1包括两个密封条30。每个密封条30(主要地借助于熔化)被密封在阳极块21中形成的凹槽中，并且有利地平行于阳极块21的纵向方向延伸。优选地，正如附图中所见的，每个阳极块21接收单个密封条30。密封条30在横向方向Y上延伸、平行于阳极块21的纵向边缘213，优选地在这些阳极块21的长度的大部分上。应注意的是，密封条30可以优选地被布置在阳极块21的上表面210的中央。
如图2所示，密封条30具有下部部分31以及上部部分32，所述下部部分31延伸至阳极块21中、位于上表面210的下方，所述上部部分32从阳极块21中延伸出来、位于上表面210的上方。上部部分32可以具有上表面320以及两个侧表面，两个侧表面包括内部侧表面321(阳极棒10侧)和相对的外部侧表面322。上部部分32的一部分，特别是上表面320，必须不能被涂层产品4封闭。
还应注意到的是，下部部分31的宽度优选地比其高度更宽，以便增加从阳极块21的碳至上部部分32(即涂层的外部侧)的热提取。
优选地，密封条30具有为常量的横截面XZ、竖直截面XY和/或纵向截面YZ。根据附图中所示的实施方案，密封条30具有长方体形状。
横梁40具有两个端部41，每个端部均附接至密封条30中的一个，特别是在密封条30的上部部分32，更准确地说，是附接至密封条30的上表面320。横梁40的中央部分42进一步附接至阳极棒10上。优选地，横梁40在纵向方向X上从一个端部41线性地延伸至另一个端部。如图2和图3所示，横梁40有利地呈水平，以便限制阳极组件1在池2中的体积，并且更具体横梁40在池2的上部结构和罩的顶部下方，也即是平行于XY平面，进而正交于阳极棒10。根据图2和图3的实施例，横梁40是长方体形状。如图3所示，密封条30和横梁40之间的接合处的长度小于密封条30的长度。
阳极组件1包括至少两个板状的防溢边沿51，每个防溢边沿都布置在其中一个密封条30上。当相邻的阳极组件发生变化，并且涂层产品4在相邻的阳极组件之间的间隙处溢出时，防溢边沿51被配置为防止涂层产品4溢出到密封条30上，尤其是防止溢出到上表面320上、密封条30之间、特别是防止溢出到横梁40下方的凹槽5上。因此，防溢边沿51使得可以在阳极块21的上表面210的至少一部分上控制该涂层的高度，并防止密封条30被淹没，以及潜在地横梁40被淹没。
从图2中可以看出，防溢边沿51从密封条30的上部部分32的上表面320突出，优选地沿着上部部分32的外部纵向边缘323。
更具体地，防溢边沿51可以被成形为一个板，该板的厚度远低于密封条的上表面的宽度，甚至低5倍以上。
防溢边沿51有利地一直沿密封条30延伸。如图2所示，防溢边沿51平行于阳极块21的纵向方向纵向地延伸。防溢边沿51尤其与相邻的阳极组件的阳极块21平行。防溢边沿51被布置成正交于电解池2的纵向边缘。
应注意的是，防溢边沿51可以以使密封条30的外部侧表面322延长的方式突出。优选地，防溢边沿51可以平行于阳极棒10，特别是平行于竖直平面YZ延伸。防溢边沿51以及对应的外部侧表面322可以共面。
防溢边沿51具有下部边缘510，以及与下部边缘510相对的上部边缘511，该下部边缘例如通过焊接固定至对应的密封条30，固定在上部部分32上。
防溢边沿51，准确地说其上部边缘511延伸至一高度，该高度大于横梁40和密封条30之间的接合处的高度，或延伸至等于或大于横梁40和阳极棒10之间的接合处的高度处。因此，防溢边沿51特别地延伸至一高度，该高度等于或大于横梁40的端部41的高度或甚至横梁40的中央部分42的高度。
我们注意到的是，下部纵向边缘510优选地具有与上部纵向边缘511的长度相等的长度或小于上部纵向边缘511的长度。当下部边缘510和上部边缘511具有相同的长度时，防溢边沿51可以具有矩形形状。
密封条30的外部侧表面322和防溢边沿51的外部表面512形成阻挡壁，所述阻挡壁防止涂层产品4越过密封条30和横梁40并填充密封条30之间的间隙。我们注意到的是，两个防溢边沿51的外部表面512是彼此相对的。
阳极组件1可以有利地包括两个滑动壁52，滑动壁52在上部部分32的上方延伸，并且朝向阳极20倾斜，特别是在内部侧表面321的方向上，以便当涂层产品4仍然不慎越过防溢边沿51时，允许涂层产品4滑动而不是淹没密封条30。此外，这些滑动壁52也使得在清洁操作中可以加强防溢边沿51的机械强度。
滑动壁52包括上部边缘520和下部边缘521，下部边缘521位于小于上部边缘520的高度处。上部边缘520可以被附接至边沿51的内部表面513。有利地，下部边缘521至少延伸至上部部分32的内部纵向边缘324或内部纵向边缘324的右侧。
滑动壁52和防溢边沿51也可以起布置在密封条30上的散热器的作用，以便消散由于电解池2中电解电流循环的焦耳效应所发出的热。
应注意到的是，阳极棒10、横梁40、密封条30、防溢边沿51以及滑动壁52可以由钢制成。不过，除钢以外的任何导电材料，诸如铝，都可以适用于涂层之上的区域，特别适用于阳极棒10和横梁40。
本发明还涉及电解池2，电解池2被设计成根据霍尔-赫鲁特方法生产铝，并且包括一个或多个如上所述的阳极组件1。池2为矩形形状，并且优选地沿纵轴X在长度上延伸。
当然，本发明并不局限于上述的实施方案，该实施方案仅是以实施例的方式给出。在不完全脱离本发明的保护范围的情况下，可以进行修改，特别是从各种装置的组成或者被等同技术替代的角度来看。
Claims (11)
1.阳极组件(1)，该阳极组件包括：一个阳极棒(10)、一个阳极(20)以及一个将所述阳极棒(10)连接至所述阳极(20)的连接装置，其特征在于，所述连接装置包括沿所述阳极(20)的上表面(210)延伸的两个密封条(30)，以及将所述密封条(30)连接至所述阳极棒(10)的横梁(40)，其中所述密封条(30)包括在所述阳极(20)中的下部密封部分(31)以及延伸出所述阳极(20)的上部部分(32)，其中所述阳极组件(1)包括两个防溢边沿(51)，所述防溢边沿沿着所述密封条(30)从所述密封条(30)的上部部分(32)延伸至所述密封条(30)和横梁(40)之间接合处的上方。
2.根据权利要求1所述的阳极组件(1)，其中所述密封条(30)具有两个纵向边缘(323，324)，并且所述防溢边沿(51)从所述密封条(30)离所述阳极棒(10)最远的纵向边缘(323)处延伸。
3.根据权利要求1或2所述的阳极组件(1)，其中所述阳极组件(1)包括两个滑动壁(52)，所述滑动壁(52)从所述防溢边沿(51)延伸至所述密封条(30)上方，并且朝向所述阳极(20)的上表面(210)倾斜。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的阳极组件(1)，其中所述防溢边沿(51)正交于所述阳极(20)的上表面(210)延伸。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的阳极组件(1)，其中所述防溢边沿(51)包括附接至所述密封条(30)的上部部分(32)的下部纵向边缘(510)，以及与所述下部纵向边缘(510)相对的上部纵向边缘(511)，所述上部纵向边缘(511)的长度至少与所述下部纵向边缘(510)的长度相等。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的阳极组件(1)，其中所述密封条(30)的下部部分(31)的宽度至少等于所述下部部分(31)的高度。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的阳极组件(1)，其中所述防溢边沿(51)延伸至所述横梁(40)的顶部。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的阳极组件(1)，其中所述横梁(40)在所述密封条(30)之间水平地延伸。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的阳极组件(1)，其中所述密封条(30)和所述横梁(40)之间的接合处的长度小于所述密封条(30)的长度。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的阳极组件(1)，其中所述阳极(20)包括两个相邻的阳极块(21)，以及每个阳极块(21)的单个密封条(30)。
11.被设计成用于生产铝的电解池，所述电解池包括至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的阳极组件(1)。
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