CN1243852C - 金属生产用电解槽的绝热组件 - Google Patents
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Abstract
绝热组件降低了电解金属生产用电解槽例如铝生产用惰性阳极电解槽的热损失。这些绝热组件(20，24)可以设置在电解槽的端部、侧面(5，6)和/或中央(9)通道处，并且可以由电解槽的阳极(12)和盖板(10)支撑。这些组件降低了热损失以及电解液蒸汽损失，并且使惰性阳极电解槽能够稳定地工作。
Description
技术领域
本发明涉及金属生产用电解槽，更具体地说涉及用于铝生产用惰性阳极电解槽的绝热组件。
背景技术
现有的铝熔炼电解槽使用可消耗的碳阳极，这些阳极产生CO2和其它气体副产品而且必须频繁地更换。惰性或不可消耗的阳极可以消除这些担心，但是采用惰性阳极带来了其它挑战例如控制电解槽的热平衡。为了提供一种可行的改进设计以在标准碳阳极电解槽中采用惰性阳极，则必须大大降低整体热损失。
发明内容
本发明通过使用绝热组件来降低金属生产用电解槽例如铝生产用惰性阳极电解槽的热损失。这些绝热组件可以设置在电解槽的端部、侧面和/或中央通道(aisle)处，并且可以支撑在这些阳极和电解槽的盖板(deckplate)之间。这些组件降低了热损失以及电解槽蒸发损失，并且使得惰性阳极电解槽能够稳定地工作。
本发明的一个方面在于提供一种金属生产用电解槽，它包括：电解槽保护壳，其包括形成盖板的壁；安装在所述壳体上的至少一个惰性阳极组件；以及沿着壳体的侧面通道或端部通道设置并且由所述至少一个阳极组件和所述盖板支撑的至少一个绝热组件，其中，所述至少一个绝热组件包括用于调节所述至少一个惰性阳极组件相对于所述盖板的运动的装置。
本发明的另一个方面在于提供一种用于铝生产用电解槽的绝热组件。该绝热组件包括至少一个盖板支撑部件、至少一个惰性阳极组件支撑部件以及与至少一个顶部支撑部件和至少一个惰性阳极组件支撑部件连接的绝热材料。
本发明的另一个方面在于提供一种使铝生产用电解槽绝热的方法。该方法包括以下步骤：提供一种电解槽保护壳；在该壳体上设置至少一个阳极组件；并且沿着壳体的侧面通道或端部通道安装由至少一个阳极组件支撑的至少一个绝热组件。
附图说明
从以下说明中将更加了解本发明的这些和其它方面。
图1为包括有根据本发明一个实施方案的侧面绝热组件的铝生产用惰性阳极电解槽的平面图；
图2为图1的电解槽的剖面端视图；
图3为根据本发明一个实施方案的侧面绝热组件的顶视图；
图4为沿着图3的侧面绝热组件的线4-4剖开的侧面剖视图；
图5为根据本发明一个实施方案的小侧面绝热组件的顶视图；
图6为沿着图5的小侧面绝热组件的线6-6剖开的侧面剖视图；
图7为根据本发明一个实施方案的包括流出口的侧面绝热组件的顶视图；
图8为安装在一部分铝生产用电解槽的侧面通道上的图7的流出口侧面绝热组件的侧面剖视图；
图9为包括根据本发明另一个实施方案的侧面、端部和中心绝热组件的铝生产用惰性阳极电解槽的平面图；
图10为图9的剖面侧视图；
图11为根据本发明一个实施方案的中心绝热组件的侧面剖视图；
图12为根据本发明一个实施方案的角部绝热组件的顶视图；
图13为沿着图12的线13-13剖开的剖视图；
图14为沿着图12的线14-14剖开的剖视图。
具体实施方式
根据本发明，绝热组件用来降低金属生产用电解槽的热损失。虽然在这里主要对包括惰性阳极组件的铝生产用电解槽进行说明，但是要理解的是，本发明的绝热组件可以用于其它类型的金属生产用电解槽例如普通的铝生产用可消耗阳极电解槽。
图1和图2分别为显示本发明一个实施方案的铝生产用电解槽2的平面图和剖面端视图。该铝生产用电解槽2包括具有侧面通道5和6、端部通道7和8以及中央通道9的电解槽保护壳4。该壳体4包括位于壳体4的侧壁15上方的盖板10。如图2中最清楚地所示一样，盖板10可以包括由侧壁15支撑的单独的金属板。或者，该盖板可以设置成侧壁15的一个整体组成部分，或者可以采用供普通铝熔炼电解槽使用的任意其它已知结构设置。
如图1和2所示，包括多个惰性阳极14的惰性阳极组件12设置在壳体4上方。电解池或电解液16和熔融铝液17装在该壳体4中。如图2所示，在铝生产用电解槽2的工作期间，电解液16的液面可以变化，例如由下电解液液面16a所示。同样，熔融铝液17的液面也可以变化，例如由下熔融铝液17a所示。如在下面更全面地所述一样，根据本发明一个实施方案的绝热组件能够针对电解液和铝液液面的这些变化进行调节。
在图1和2所示的实施方案中，侧面绝热组件20由盖板10以及沿着侧面通道5和6的惰性阳极组件12支撑。如图1所示，由大侧面绝热组件20来支撑小侧面绝热组件22。仍如图1所示，沿着侧面通道5或在任意其它希望的位置设有至少一个流出口绝热组件24。流出口绝热组件24由盖板10和惰性阳极组件12以与侧面绝热组件类似的方式支撑。
如图2所示，侧面绝热和流出口绝热组件20和24中的每一个由盖板10和惰性阳极组件12以能够在电解槽2操作期间针对惰性阳极组件12的垂直运动进行调节的方式支撑。例如，当惰性阳极组件12从图2的左边所示的相对较高的位置垂直移动到图2的右边所示的相对较低的位置时，侧面绝热和流出口绝热组件20和24能够绕枢轴转动或摇动以便针对惰性阳极组件12的这种垂直运动进行调节。
图3和图4分别为根据本发明一个实施方案的侧面绝热组件20的顶视图和侧面剖视图。在该实施方案中，侧面绝热组件20包括多块盖板支撑部件26以及多个与绝热材料连接的惰性阳极组件支撑部件28。虽然在图3和4的实施方案中显示出多个支撑部件26和28，但是可以采用单个支撑部件。另外，当使用多个支撑部件时，侧面绝热组件20可以包括任意适当数量的这些支撑部件。这些支撑部件26和28可以由任意合适的材料例如钢、不锈钢或铬镍铁合金制成。
如图4最清楚地所示，盖板支撑部件26与惰性阳极组件支撑部件28电绝缘。如图4所示，可以通过在支撑部件26和28中的每一个和绝热组件的剩余部分之间使用电绝缘衬垫26a和28a来实现这种电绝缘。或者，绝热材料30的至少上表面可以包括电绝缘材料，该材料使盖板支撑部件26与惰性阳极组件支撑部件28隔离。在图3和4所示的实施方案中，侧面绝热组件20包括由任意合适的材料例如钢、不锈钢或铬镍铁合金制成的保护盖36。可以在保护盖36上或者在侧面绝热组件20上的任意其它适当位置处安装把手37。
如图4最清楚地所示，侧面绝热组件20的绝热材料30由盖板支撑部件26和惰性阳极组件支撑部件28支撑。机械紧固件38和39如图4所示可以用来固定在绝热材料30上。但是，可以采用任意其它合适的装置。
在图4所示的实施方案中，绝热材料包括由不同绝热材料构成的外部和内部绝热部分。外部绝热部分32位于绝热组件20的侧壁上。外部侧壁绝热部分32可以包括例如由织造材料或垫料例如二氧化硅、铝硅酸盐、氧化铝或矿棉制成的覆盖层。该侧面绝热组件20还包括例如由可塑陶瓷材料例如铝硅酸盐、氧化铝、碳化硅、铝酸钙和氮化硅构成的外部底面绝热部分33。内部绝热部分34可以包括任意合适形式的绝热体，例如板、覆盖层、松散的填充物等。在图4所示的实施方案中，内部绝热部分34包括多块由绝热材料例如硅酸钙构成的板。
在图3和4中所示的侧面绝热组件20具有大约为40-80cm的长度L。侧面绝热组件20具有大约为10-50cm的高度H，并且具有通常为大约5-80cm的宽度W。优选的是，侧面绝热组件20具有大约为20-40cm的高度H以及大约为10-60cm的宽度W。
图5和图6分别为小绝热组件22的顶视图和侧面剖视图。小绝热组件22包括伸展的盖子40，它用来在如图1所示安装在相邻侧面绝热组件20之间时支撑组件22。小绝热组件22可以包括如图5和6所示的一个或多个把手42。
小绝热组件22具有通常为大约5-30cm的长度L。小绝热组件的高度H和宽度W可以与侧面绝热组件20的相当。在优选的实施方案中，小绝热组件22的重量足够轻，从而可以通过手动提升来将它安装在电解槽2中或从中取下。小绝热组件22优选重量小于约30kg，更优选大约为5-25kg。相反，大侧面绝热组件20通常重量约为30-250kg。
图7为流出口绝热组件24的顶视图。图8为在铝生产用电解槽中由盖板10和惰性阳极组件12支撑的流出口绝热组件24的侧面剖视图。流出口绝热组件24包括有流出口44和可拆卸盖子46。把手48连接在可拆卸盖子46上。可拆卸盖子46可以由可塑陶瓷材料例如铝硅酸盐、氧化铝、碳化硅、铝酸钙和氮化硅制成。
图9和图10分别为根据本发明的另一个实施方案的铝生产用惰性阳极电解槽102的顶视图和剖面侧视图。与图1和2所示的电解槽2类似，铝生产用电解槽102包括具有侧面通道105和106、端部通道107和108以及中央通道109的电解槽保护壳104。盖板110以与图1和2所示的电解槽2类似的方式设置在壳体104上。如图9所示一样，与图1所示的侧面绝热组件20类似的侧面绝热组件120沿着壳体104的侧面通道105、106设置。仍如图9所示，与图1所示的流出口绝热组件24类似，至少一个流出口绝热组件124安装在电解槽102中。
在图9和10中所示的实施方案中，除了侧面绝热组件120之外，铝生产用电解槽102设有沿着端部通道107和108的端部绝热组件125、角部绝热组件126以及沿着中央通道109的中央通道绝热组件128。端部绝热组件125可以具有与图9所示的侧面绝热组件120和图1所示的侧面绝热组件20类似的结构。
在图11中显示出中央通道绝热组件128的侧面剖视图。中央通道绝热组件128包括一个支撑盖50，它在中央通道绝热组件128被安装到铝生产用电解槽102中时安置在惰性阳极组件12上。如图11所示，把手52可以连接在中央通道绝热组件128上。
图12和图13、14分别为角部绝热组件126的顶视图和剖视图。角部绝热组件126基本上是侧面绝热组件120的一种适于安装在壳体104的角部处的变型。角部绝热组件126包括惰性阳极组件支撑部件58以及多个盖板支撑部件56。角部绝热组件126还包括连接在保护盖60上的把手62。
可以安装本发明的绝热组件的金属生产用电解槽2和102可以由普通的Hall-Heroult结构构成，它具有封装在钢壳中的阴极和绝热材料。每个惰性阳极组件12以公知的方式连接在桥形件上。惰性阳极组件12可以由金属配电板构成，该配电板通过金属导电销将电流分配给阳极14组。惰性阳极组件12每一个可以包括多个惰性阳极14，例如如图1所示的2、9、10。在这里所述的实施方案中，电解槽2或102包含一组11个惰性阳极组件12。但是，可以采用任意其它合适数量的惰性阳极组件。每个组件可以替代电解槽的单个可消耗碳阳极。
可以使用需要的任意阳极形状或尺寸。例如，基本上为圆柱形的杯状惰性阳极14可以具有大约为5-30英寸的直径以及大约为5-20英寸的高度。每个惰性阳极14的成分可以包括在铝生产工艺中具有令人满意的耐腐蚀性和稳定性的任意合适的金属、陶瓷、金属陶瓷等。例如，在美国专利Nos.4374050、4374761、4399008、4455211、4582585、4584172、4620905、5794112、5865980和6217739以及于2000年8月1日申请的美国专利申请No.09/629332中所披露的惰性阳极成分可以适用于用在惰性阳极14中，这些文献中每一篇在这里被引用作为参考。特别优选的惰性阳极成分包括陶瓷金属材料，包括与金属相例如Cu和/或Ag结合的Fe-Ni-Zn氧化物或Fe-Ni-Co氧化物相。每个惰性阳极14可以在其整个厚度上包含均匀的材料，或者可以在暴露在电解液中的区域中包含更耐腐蚀的材料。
这些组件12的阳极连接器可以由能够为惰性阳极提供足够的导电性和机械支撑的适当材料制成。例如，每个连接器可以由铬镍铁合金制成。或者，可以在铬镍铁合金套筒内设置高导电金属芯例如铜。这些连接器可以通过任意合适的方法例如铜焊、烧结和机械固定而安装在惰性阳极14上。例如，可以通过用铜粉末和小铜珠混合物填充惰性阳极的底部之后对该混合物进行烧结以将铜芯附着在阳极内侧上，从而将包括铬镍铁合金套筒和铜芯的连接器安装在杯状惰性阳极上。可选地，每个连接器可以包括用于为惰性阳极提供机械支撑并且向它提供电流的单独部件。
根据一个优选实施方案，在阳极组件12内可以进行附加绝热以便保存住更多的会从普通电解槽散失的热量，而同时避免总电压出现不希望有的上升。可以将绝热包(未详细显示出)安装在经得住苛刻条件的每个组件12的顶部上。绝热包优选包括一层或多层由任意合适成分构成的绝热层。例如，可以将高耐腐蚀耐火绝热材料设置在绝热包的暴露区域上，而将具有更高的绝热性能的材料设置在内部区域中。该绝热包还可以包括导电金属板(未示出)，它提供了从导电支承部件到连接器的电流通道。在一个实施方案中，可在板和阳极之间设置由填充有绝热材料的可塑陶瓷罩构成的绝热包。该绝热包可以由金属配电板支撑，该配电板可以连接在普通碳阳极常用的现有阳极棒和阳极杆上。导电金属板可以至少局部覆盖有绝热和/或耐腐蚀材料(未示出)。可选地，可以在导电支撑件和连接器之间设置导电元件例如铜带。
本发明的侧面通道、端部通道和中央通道绝热组件的优点包括降低了热损失、降低了电解槽蒸汽损失并且使电解槽的工作热稳定。
虽然已经对当前优选的实施方案进行了说明，但是要理解的是，在附属权利要求的范围内可以采用其它方式来实施本发明。
Claims (12)
1.一种金属生产用电解槽，它包括：
电解槽保护壳，其包括形成盖板的壁；
安装在所述壳体上的至少一个惰性阳极组件；以及
沿着壳体的侧面通道或端部通道设置并且由所述至少一个阳极组件和所述盖板支撑的至少一个绝热组件，
其中，所述至少一个绝热组件包括用于调节所述至少一个惰性阳极组件相对于所述盖板的运动的装置。
2.如权利要求1所述的金属生产用电解槽，其中所述调节装置包括用于允许所述至少一个绝热组件能够在所述至少一个惰性阳极组件相对于盖板基本上垂直运动时进行摇动运动的装置。
3.如权利要求1所述的金属生产用电解槽，其中所述金属生产用电解槽包括多个彼此相邻设置的绝热组件。
4.如权利要求3所述的金属生产用电解槽，还包括另一个位于相邻绝热组件之间的小绝热组件。
5.如权利要求4所述的金属生产用电解槽，其中所述小绝热组件由相邻的绝热组件支撑。
6.如权利要求4所述的金属生产用电解槽，其中所述小绝热组件具有5-30cm的长度。
7.如权利要求6所述的金属生产用电解槽，其中所述相邻绝热组件的每一个具有40-200cm的长度。
8.如权利要求4所述的金属生产用电解槽，其中所述小绝热组件的重量小于30kg。
9.如权利要求8所述的金属生产用电解槽，其中所述小绝热组件的重量为5-25kg。
10.如权利要求8所述的金属生产用电解槽，其中所述相邻绝热组件的每一个的重量为30-250kg。
11.如权利要求1所述的金属生产用电解槽，其中所述至少一个绝热组件包括至少一个盖板支撑部件和至少一个惰性阳极组件支撑部件，它们彼此电绝缘。
12.如权利要求1所述的金属生产用电解槽，其中所述电解槽是一种铝生产用电解槽。
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