CN114921816A - 铝电解槽节能降耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝电解槽节能降耗的方法，通过既对阳极碳块进行保温和防氧化处理又在铝液中放置阻流块以减缓铝液流动的方式，从而解决了现有铝电解槽节能降耗方法节能降耗效果差的技术问题。本发明主要步骤包括：在阳极碳块上铺设保温层，并在其表面喷涂防氧化层，所述保温层铺设在所述阳极碳块的上表面，包括平板部和设置在所述平板部两侧的支撑部，所述平板部上设置有用于阳极钢爪穿过的通孔；在铝液中放置阻流块，所述阻流块的材质为铬刚玉、锆刚玉、铝酸钙中的一种或多种混合材质。本发明在对阳极碳块进行保温和防氧化处理的同时，在铝液中放置一定数量特定形状的阻流块，阳极碳块的保温和防氧化、阻流块的阻流，三者的结合节能降耗效果明显。

Description

铝电解槽节能降耗的方法

技术领域

本发明涉及铝冶炼技术领域，具体涉及一种铝电解槽节能降耗的方法。

背景技术

目前电解铝工业普遍采用Hall-Heroult电解槽来生产原铝，以预焙碳素材料为阳极，以石墨质（半石墨质）材料作为阴极，以冰晶石熔盐为电解质，通过电解氧化铝来生产原铝。生产一吨原铝理论最低能耗为5990kW·h/t-Al，然而实际生产直流能耗高达13000kW·h/t-Al左右，现代预焙阳极电解槽其能量利用率仅有46%，其余能量以热量形式通过槽体散失，较低的能量利用率造成电解铝生产成本居高不下。

碳素阳极在电解槽950℃温度环境下参与电化学反应，与此同时被空气和电化学反应生成的二氧化碳氧化，造成阳极消耗升高，和电解质炭渣含量升高。电解质中的炭渣会显著增加电解质电阻率，进而降低有效极距和电流效率，造成吨铝能耗上升，为维持电解槽稳定生产和合理的热收入，铝电解槽的极距一般都控制在4.0-5.0cm，较高的极距造成较高的电解质电压降，电解质压降一般在1.7V左右，几乎全部用来发热，然后通过阳极上部及电解槽侧部散失，电解质热损失是造成电解铝能量利用率较低的重要原因。现代大型预焙槽在设计上要求侧部加强散热，底部加强保温，以形成良好的炉帮和规整的炉膛。近十年来，电解槽底部保温不断强化，获得了良好效果。

但是现有的铝电解槽节能的方法是在阳极上部保温依然沿用电解质和氧化铝混合粉块覆盖料，整体保温效果并不理想。且由于覆盖料导热系数较大，一般在1-4W/m·K，致密性较低，随着阳极的消耗，阳极覆盖料温度越来越高，阳极覆盖料逐渐板结，以至后期逐步熔化，不能起到良好的保温作用；另一方面，由于覆盖料必须保持下料点处与大气连通，以保持下料通畅，因而难以避免阳极与空气接触，而在高温环境下阳极氧化趋势更加严重。生产实践中的电解槽绝大部分热量是通过电解槽上部散失，阳极上部散热约占总散热量的64%，折合1.37V，散热量较大，能量浪费严重。因此，当前需要研发设计出一种更为有效地铝电解槽节能降耗的方法。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于上述问题中的至少一项，本申请提供了一种铝电解槽节能降耗的方法，通过既对阳极碳块进行保温和防氧化处理又在铝液中放置阻流块以减缓铝液流动的方式，从而解决了现有铝电解槽节能降耗方法节能降耗效果差的技术问题。

根据本申请的一方面，提供一种铝电解槽节能降耗的方法，对阳极碳块进行保温和/或防氧化处理，并稳定铝液流速，减缓铝液波动；具体操作如下：

（1）在阳极碳块上铺设保温层，并在其表面喷涂防氧化层，所述保温层铺设在所述阳极碳块的上表面，包括平板部和设置在所述平板部两侧的支撑部，所述平板部上设置有用于阳极钢爪穿过的通孔；

（2）在铝液中放置阻流块，所述阻流块的材质为铬刚玉、锆刚玉、铝酸钙中的一种或多种混合材质。

在本申请的一些实施例中，在所述阳极碳块与电解槽之间、相邻所述阳极碳块之间或/和新阳极碳块与对向残阳极碳块的中缝处均设置有与放置部位的形状相对应的保温块。

在本申请的一些实施例中，所述保温块的形状为三棱柱形或/和长方体形。

在本申请的一些实施例中，所述保温层和保温块的材质为硅酸钙或/和氧化铝纤维材质。

在本申请的一些实施例中，所述保温层和保温块的厚度为3-8cm。

在本申请的一些实施例中，所述防氧化层为氧化铝基功能陶瓷防氧化材料。

在本申请的一些实施例中，进行防氧化层的喷涂时，不喷涂所述阳极碳块底面及其侧面离底部8-12cm范围内的部分，以防止所述防氧化层对阳极碳块的导电性造成影响，所述防氧化层的喷涂厚度为0.2- 0.4mm。

在本申请的一些实施例中，所述阻流块的尺寸形状根据电解槽形状尺寸、电流强度、铝液流速进行设计，其形状为长方体、十字体、工字体、U字体或V字体，当其形状为长方体时，其尺寸为：长*宽*高=1.0-1.6m*0.1-0.2m*0.1-0.2m，并沿其长度方向等距分成三段或四段。

在本申请的一些实施例中，每台电解槽内均匀放置10-40块所述阻流块。

在本申请的一些实施例中，所述阻流块通过烧结工艺或熔铸工艺进行加工制备，使其密度＞3.1g/cm³。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果包括以下各项中的至少一项：

1.本申请在阳极碳块上设置保温层对其进行保温处理，使其导热系数降低，能够持续工作更长时间，并在其表面喷涂氧化铝基功能陶瓷防氧化材料，有效地隔绝了高温空气及二氧化碳气体，防止了阳极碳块的快速氧化，降低了阳极碳块的消耗，并减少了电解质中炭渣含量，提高了电解质电导率，有利于降低工作电压从而降低吨铝能耗。

2.本申请在对阳极碳块进行保温和防氧化处理的同时，在铝液中放置一定数量特定形状的阻流块，用以降低铝液的流速，抑制界面波动，提高电解槽稳定性，阳极碳块的保温和防氧化、阻流块的阻流，三者结合节能降耗效果明显。

3.本申请的保温层可以循环利用，代替了现有的粉块覆盖料，不会有粉料掉进电解槽内，因此在换极时，无需进行捞块作业，省时省力。

附图说明

图1为本发明一种实施例铝电解槽的结构示意图。

图2为本发明一种实施例阳极碳块保温处理后的结构示意图。

图3为本发明一种实施例保温层的结构示意图。

图4为本发明一种实施例平板部的结构示意图。

图5为本发明一种实施例长方体阻流块的结构示意图。

图6为本发明一种实施例十字体阻流块的结构示意图。

图7为本发明一种实施例工字体阻流块的结构示意图。

图8为本发明一种实施例长方体阻流块卯榫结构连接示意图。

以上各图中，1为阳极导杆，2为阳极钢爪，3为保温层，31为平板部，32为支撑部，33为通孔，4为保温块，5为阳极碳块，6为阻流块，7为电解质，8为铝液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在本发明技术方案的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本申请如涉及“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而非是限定特定的顺序或先后次序。

实施例1：本例公开了一种铝电解槽节能降耗的方法，通过既对阳极碳块5进行保温和防氧化处理又在铝液8中放置阻流块6以减缓铝液8流动的方式，从而解决了现有铝电解槽节能降耗方法节能降耗效果差的技术问题。具体操作如下：

（1）如图1和2所示，在阳极碳块5上铺设保温层3，并在其表面喷涂防氧化层，以保证所述阳极碳块5在高温下仍具有防氧化性能，所述保温层3铺设在所述阳极碳块5的上表面，如图3所示，所述保温层3包括平板部31和设置在所述平板部31两侧的支撑部32，所述平板部31上设置有用于安装在阳极导杆1上的阳极钢爪2穿过的通孔33，进一步地，在新阳极碳块上安装所述保温层3，新阳极碳块安装完成后，使用所述保温块4对新阳极碳块与电解槽处、相邻阳极碳块之间、新阳极碳块与对向残阳极碳块的中缝处进行密封覆盖，所述保温块4的形状与放置部位的形状相对应，具体来说，如图2所示，所述保温块4的形状为三棱柱形或长方体形。本实施例中，所述保温层3和保温块4的材质为硅酸钙，也可以为氧化铝纤维材质；且所述保温层3和保温块4的厚度为5cm，以保证其保温作用，所述保温层3的平板部31具体形状如图4所示，采用两块拼装的方式。当达到使用天数后，先去下所述保温块4，再将残阳极碳块连同保温层3一同吊运下槽，残阳极碳块冷却后将所述保温层3取下，进行清理后可以重复使用，不需要再扒料、加料、捞块，彻底改变传统的操作模式；省去或大幅减少粉块状保温料的运输及破碎工序，降低生产成本。

进一步地，所述防氧化层为氧化铝基功能陶瓷防氧化材料，通过所述防氧化层有效效地隔绝了高温空气及二氧化碳气体，防止了阳极碳块5的快速氧化，降低了阳极碳块5的消耗，并减少了电解质7中炭渣含量，提高了电解质7电导率，有利于降低工作电压从而降低吨铝能耗。使用无气喷涂机进行喷涂，所述防氧化层的喷涂厚度为0.3mm，且在所述阳极碳块5底面及其侧面离底部10cm范围内不进行喷涂，以防止所述防氧化层对阳极碳块5的导电性造成影响；另外，本申请可降低电压60-120mV，降低电耗200-400 kW•h/t-Al；电压降低后，可保持原有电流效率，长期稳定运行；可延长阳极周期1-2天，阳极毛耗降低15-30kg/t-Al。

（2）在铝液8中放置阻流块6，所述阻流块6的材质为铬刚玉、锆刚玉、铝酸钙中的一种或多种混合材质；具体在本实施例中，所述阻流块6的材质为铬刚玉和锆刚玉的混合材质，（所述阻流块6的材质也可以是铬刚玉、锆刚玉、铝酸钙中的一种或多种混合材质）所述阻流块6是通过熔铸加工而成的熔铸件，也可以通过烧结加工成烧结件，但以熔铸最佳，其密度＞3.1g/cm3；所述阻流块6的尺寸形状与电解槽形状尺寸、电流强度、铝液8流速相匹配，其形状为长方体型（如图5），也可以是十字体（如图6）、工字体（如图7）、U字体或V字体，其长度为1.5m，宽度和高度为0.15m，由于其长度较长，导致加工制作困难，因此可以采取拼接的方式，沿其长度方向分为三段，如图8所示，其拼接方式可采用卯榫结构进行拼接，对所述阻流块6进行分段的目的是防止所述阻流块6尺寸过大，热应力导致断裂；并在拼接处留有一定空隙，以防止应力破损；使用时，将其拼接在一起放入电解槽内即可，具体来说，在换极时，将所述阻流块6放置于两组阳极碳块5相邻处正下方的铝液8中，如图1所示，一台电解槽内均匀放置10-40块所述阻流块6，且由于本申请使用可循环利用的阳极保温层3，因此换极时，没有料块进入电解质7中，从而省去了捞块作业，降低了劳动强度，省时省力。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关部件、结构、材料及方法步骤进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (10)

1.一种铝电解槽节能降耗的方法，其特征在于，包括实施如下步骤中的至少一个：

（1）在阳极碳块上铺设保温层，并在其表面喷涂防氧化层，所述保温层铺设在所述阳极碳块的上表面，包括平板部和设置在所述平板部两侧的支撑部，所述平板部上设置有用于阳极钢爪穿过的通孔；

（2）在铝液中放置阻流块，所述阻流块的材质为铬刚玉、锆刚玉、铝酸钙中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽节能降耗的方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，同时在所述阳极碳块与电解槽之间、相邻所述阳极碳块之间或/和新阳极碳块与对向残阳极碳块的中缝处设置有与放置部位的形状相对应的保温块。

3.根据权利要求2所述的铝电解槽节能降耗的方法，其特征在于，所述保温块的形状为三棱柱形或/和长方体形。

4.根据权利要求2所述的铝电解槽节能降耗的方法，其特征在于，所述保温层和保温块的材质为硅酸钙或/和氧化铝纤维材质。

5.根据权利要求2所述的铝电解槽节能降耗的方法，其特征在于，所述保温层和保温块的厚度为3-8cm。

6.根据权利要求1所述的铝电解槽节能降耗的方法，其特征在于，所述防氧化层由氧化铝基功能陶瓷防氧化材料制成。

7.根据权利要求1所述的铝电解槽节能降耗的方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，进行所述防氧化层的喷涂时，不喷涂所述阳极碳块底面及其侧面离底部8-12cm范围内的部分，以防止所述防氧化层对阳极碳块的导电性造成影响，所述防氧化层的喷涂厚度为0.2-0.4mm。

8.根据权利要求1所述的铝电解槽节能降耗的方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述阻流块的尺寸形状根据电解槽形状尺寸、电流强度、铝液流速进行设计，其形状为长方体、十字体、工字体、U字体或V字体，当其形状为长方体时，其尺寸为：长*宽*高=1.0-1.6m*0.1-0.2m*0.1-0.2m，并沿其长度方向等距分成三段或四段。

9.根据权利要求1所述的铝电解槽节能降耗的方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，每电解槽内均匀放置10-40块所述阻流块。

10.根据权利要求1所述的铝电解槽节能降耗的方法，其特征在于，所述阻流块通过烧结工艺或熔铸工艺制成，且使其密度＞3.1g/cm³。

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