CN1837408A

CN1837408A - 一种新型的铝电解槽阴极导电内衬

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Publication number: CN1837408A
Application number: CN 200610008179
Authority: CN
Inventors: 高德金; 高伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-27
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2006-09-27

Abstract

一种新型的铝电解槽阴极导电内衬结构，它将阴极内衬分为上下两层部：上层为“电熔池层”，下部为“导电层”。是：采用碳块—钢棒—碳块—钢棒相间隔式配置，用碳胶泥做为缝间粘接介质。砌筑成一个由阴极碳块和阴极钢棒相组合的阴极内衬下部“导电层”；上部电熔池层有两种结构，一是：采用阴极碳块作为主体材料，在碳块侧部之间，以及下部“导电层”阴极碳块、钢棒上表面之间，用碳胶泥挤压粘接砌筑在一起，作为导电内衬的上部电熔池层。二是：用高石墨质碳素捣固糊料作为主体材，整体分层捣固在下部“导电层”阴极碳块和阴极钢棒上层。作为电熔池层。该结构具有造价低廉，施工方便简单等特点可提高阴极导电内衬导电性能，延长电解槽的使用寿命。

Description

一种新型的铝电解槽阴极导电内衬

一.技术领域：

本发明涉及一种铝电解槽阴极导电内衬结构设计方案。

二.背景技术：

铝电解槽阴极导电内衬，是座落于铝电解槽内耐火砖或防渗层上的阴极导电熔池层，它应具有电阻值低，耐铝液冲刷、抗钠浸蚀、耐高温、热应力变形小、防渗漏等特点。

现通用的铝电解槽阴极导电内衬结构，是把阴极导电钢棒放置于底部纵向开出凹形槽的阴极碳块凹形槽中，用“钢棒捣固糊”做为填充导电连接料，用捣固的方法组装的成阴极碳块钢棒组；再由若干块阴极碳块钢棒组，采用“碳间捣固糊”做填充料，用捣固扎实的方法，砌筑的一个整体的导电熔池层。

这种铝电解槽阴极为内衬碳块结构主要存在着以下缺点和不足：一是，碳块底部开出凹形槽后，整体应力分布更加不均匀，受热后容易断裂；凹槽内加工需去掉部分成品碳块，材料的利用率低，成本加大。二是，阴极碳块和阴极导电钢棒之间的凹形槽内的“钢棒捣固糊”为宽缝捣固，结合间隙大，施工复杂，捣固后的密实度、结合强度较低，孔隙率和电阻值较高，造成槽底电压降升高，电能浪费。三是，阴极碳块和阴极碳块之间起填充连接作用的“碳间捣固糊”，密实度较低，气孔率较高，在电解状态下，容易形成铝液和电解质渗漏的通道，引起漏槽事故的发生。四是，阴极碳块上部和铝液电解质接触部分，在具备导电功能的同时，还应具有抗钠浸蚀耐铝液中刷的功能，而阴极碳块下部，则不需要耐冲刷和抗浸蚀功能，而以导电为主。但通用的阴极碳块材料为上下一体式设计，往往耐冲刷抗浸蚀的碳块导电率低，而导电率高的碳块又不耐冲刷，抗浸蚀，很难做到的在同一整体的一块碳块上实现上述统一。因此，造成铝电解槽槽底导电内衬的总体电压降值较高，增大了电解铝耗能。

三.发明内容：

本发明在于克服上述现有技术的不足，而提供了一种新的铝电解槽阴极导电内衬结构设计方案和实现方法。

新设计方案的要点，是根据铝电解槽工况条件，对阴极导电内衬，碳块、和捣固碳素材料性能要求的不同，改变了原导电内衬碳块上下一体的结构、以及阴极钢棒装配到碳块底部凹形槽内的结构形式。将阴极内衬分为上下两层部，上部为“电熔池层”，下部为“导电层”。分别选用材料，砌筑成一个整体的铝电解槽阴极导电内衬。

该方案是：在铝电解槽防渗漏层上，采用碳块——钢棒——碳块——钢棒相间隔式配置，把高度与钢棒相平齐的条状阴极碳块做为阴极钢棒之间的填充块，用石墨质碳胶泥做为二者缝间粘接介质，砌筑成一个由阴极碳块和阴极钢棒相组合的阴极内衬下部“导电层”。

上部层“电熔池层”采用两种结构设计方案：

一是：用若干个阴极碳块作为主体材料，在碳块侧部之间，以及下部“导电层”阴极碳块、钢棒上表面之间，用石墨质碳胶泥挤压粘接砌筑在一起，作为阴极导电内衬的上部电解电熔池层，上下部两层共同组成一个整体的铝电解槽阴极导电内衬；

二是：用高石墨质碳素捣固糊料作为主体材，整体分层捣固在下部“导电层”阴极碳块和阴极钢棒上层之上。作为“电熔池层”，

“电熔池层”也分为上下两部分：上部与铝液和电解质接触部分，高石墨质捣固糊料中可增加一定量的碳化硼和硼化钛，作为改性材料以增加上表层抗冲刷和抗浸蚀性能，下部捣固糊料中增加一部分导电合金粉作为改性材料，用以提高阴极导电内衬的导电性能，为了使捣固层和下部碳块钢棒导电层结合牢固，可采用在下层部导电填充碳块上钻出凹形坑孔，和采用在钢棒上焊接小拉筋方式增加上下曾之间结合强度。

本发明是在原有铝电解槽结构基础上实现的，无需对其他结构进行改动，组合式阴极碳块阴极内衬设计方案，只是改变了原设阴极碳块上下一体碳块底部开凹形槽，并将钢棒嵌攘其槽内用捣固糊作为连接介质的结构方式。它具有以下优点：碳块不需在底部开凹形钢棒槽，碳块、钢棒和石墨质碳素捣固糊料，可根据电解工况要求对阴极内衬材料进行最佳组合，采用复合结构设计，使槽低电压分布重加均匀，从而提高了电解槽内衬结构的导电率，降低了槽底电压降，使阴极碳块的整体性加强，热应力变化对碳块的破坏程度减少，防渗漏功能增强，从而，达到延长铝电解槽使用寿命、节约电能的目的。

四.附图说明：

附图1是本发明阴极内衬上部电熔池层为碳块式结构断面视图。

附图2是本发明阴极内衬上部电熔池层为碳素捣固料式结构断面视图。

其中：

1为阴极钢棒，2为下部阴极填充碳块，3为石墨质碳胶泥，4为上部碳块，5为防渗漏料层，6为电熔池层下部捣固料，7为电熔池上部捣固料。

五.具体实施方案：

本发明方案实现方式，是在原电解槽内部结构不变的情况下，在原防渗漏料层基础上实现的。

(一)下部“导电层”阴极钢棒(1)和阴极填充碳块(2)组装砌筑。

在阴极碳块槽内衬组装砌筑前，要首先检查阴极钢棒(1)和阴极填充碳块(2)及底部槽内衬的质量，符合要求后方可进行砌筑。

“导电层”填充碳块(1)和阴极钢棒(2)坐落在耐火砖或防渗漏层(5)上，为了找平可用普通碳胶泥进行打底找平，砌筑开始时，首先把第一根阴极钢棒找正，并用电焊临时点固在槽壳上。然后，在把加热、混捏好的高石墨质碳胶泥(3)均匀的涂抹在相邻填充碳块(2)两侧，安装在两个钢棒中间，用千斤顶顶紧，并挤压另一个未固定的阴极钢棒(1)的侧面。使碳块两侧带胶泥的缝隙同时受到挤压，待填充碳块(2)的两侧缝隙多余的碳胶泥被挤出，检查间隙合格，碳块(2)和钢棒(1)水平度、垂直度符合设计要求后，再进行电焊点固，将另一个钢棒分别固定在相邻钢棒和槽壳上。完成一列碳块和钢棒的砌筑后，再继续用同样的方法进行下一列填充碳块和钢棒的砌筑。

待整个电解槽“导电层”铺砌完毕后，再用气割或电动砂轮，将电焊固定点割开并磨平。并用钢丝刷或边铲将多余的固化的碳胶泥清理干净，修正检查碳胶泥所有的砌筑间隙，全部清理检验合格后，即可进行上部“电溶层”碳块的砌筑。

(二)导电层上部“电溶池层”的砌筑。电熔池层分为：碳块砌筑和捣固糊料两种形式，分别予以说明。

检查由阴极钢棒和阴极填充块砌筑的“导电层”平整度，表面清理干净符合要求后，方可进行砌筑。

1.电溶池层主体材料为碳块式的施工方法

首先，在“导电层”上表面部均匀涂抹上一层石墨质碳胶泥(3)，并用模板和厚度刮板检验碳胶泥(3)厚度，均匀后，将备用碳块(4)安装在碳胶泥(3)上，然后在碳块(4)上部进行震荡捣固，并将被从碳块底部边缘(上下碳块中缝处)挤出后的胶泥迅速清理干净。然后找正，再用木契固定(固定在槽底上)。

相邻碳块的铺砌也是采用同种方法，只不过是碳块(4)侧面再涂抹上一层碳胶泥，在垂直底面捣固震荡安装砌筑的同时，用千斤顶从侧面进行挤压，把相邻碳块之间缝隙用碳胶泥填实，把相邻碳块的底部碳块中缝靠碳块自重及震荡、挤压出的胶尼清理干净，检查水平度、垂直间隙合格后，用木契固定后，又可继续依次进行下一列相邻碳块的砌筑。

槽底上部“电溶池层”碳块砌筑全部完成后，分段拔出木契，填充边部高强防渗料，并捣实固化，砌筑侧部碳块后，即完成铝电解槽阴极碳块内衬的砌筑。

2.电溶池层主体材料为高石墨质碳素捣固糊料的施工方法

检查由阴极钢棒和阴极填充块砌筑的“导电层”平整度，在“导电层”填充碳块(2)上表面，用钻头钻制一些凹坑。并在钢棒(1)上表面焊制一些小拉筋，用于增强与上部捣同层结合强度，表面清理干净符合要求后，方可进行砌筑。

在“电熔层”下部石墨质捣固糊料(6)中加入一定量导电合金粉改性物质，在混捏锅内加热至60--90℃后。均匀地铺设表面用火焰喷枪加热“导电层”填充碳块(2)和阴极钢棒(1)上。每次铺设厚度约80-120mm，用机械在30--50℃温度之间内进行密实捣固，使捣固糊(6)取样检测体积密度(容积密度)≥1.50g/cm²，捣固压缩率≥45％。分层捣固时，由下向上可逐渐地减少，或改变添加合金的成份等添加剂的含量，完成电熔层下部捣固预定厚度后，再进行最上一层电熔层石墨碳素捣固料(7)的捣固工作，最上一层石墨质碳素捣固料(7)中要适当地加入一定量的硼化钛和碳化硼等抗铝液冲刷、抗浸蚀物质，再进行分层捣固，其捣固工艺与加热方式和底部捣固料相同。

电熔层石墨质碳素捣固糊料的捣固厚度和其中导电合金粉、及改性物质添加的多少一个变量，它的厚度大小和添加物质的成分比例决定铝电解槽阴极内衬的槽底电压降高底，因此在施工中要严加掌握。

依据本发明所设计的电解槽阴极导电内衬结构和施工工艺，所砌筑成的电解槽内衬，可根据铝电解槽工况要求，对铝电解槽阴极内衬材料碳块、钢棒，和石墨质捣固糊进行最佳设计组合，它可通过适当的增加钢棒断面，也可以通过调整上部电熔层厚度和合金添加物质的成份，确定铝电解槽阴极内衬(电阻值)和电压降值。

Claims

1.一种新型的铝电解槽阴极导电内衬结构，它将阴极内衬导电结构分为上下两层部分。上部层为“电熔池层”，下部为“导电层”，其特征是：采用碳块(2)——钢棒(1)——碳块(2)——钢棒(1)相间隔式配置，把与钢棒(1)相平齐的条状阴极碳块(2)做为钢棒之间的填充块，用石墨质碳胶泥(3)做为二者缝间粘接介质，砌筑成一个由阴极碳块(2)和阴极钢棒(1)相组合的阴极内衬下部“导电层”；上部电熔池层有两种结构，一是：采用阴极碳块(4)作为主体材料，在碳块(4)侧部之间，以及下部“导电层”阴极碳块(2)、钢棒(1)上表面之间，用石墨质碳胶泥(3)挤压粘接砌筑在一起，作为阴极导电内衬的上部电解电熔池层；二是：用高石墨质碳素捣固糊料(6)、(7)作为主体材，整体分层捣固在下部“导电层”阴极碳块(2)和阴极钢棒(1)上层，作为电熔池层。

2.根据权利1要求用石墨碳素捣固料(6)、(7)作主体材料的上部电熔池层也分为上下两层，其特征是：下部层碳素材料捣固糊料(6)添加一定量的导电合金物质作为改性材料；上部层碳素材料捣固糊(7)添加一定量的硼化钛或碳化硼物质作为改性材料。

3.根据权利1要求上部用石墨质捣固糊料(6)、(7)作为主体材料的电熔池层和下部导电层之间阴极钢棒(1)和碳块(2)之间为增加结合强度，其结构特征为：钢棒之上可焊连接小拉筋、阴极填充碳块上部可钻制凹形孔坑。