CN203923404U - 一种铝电解用水冷盘管式整体铸铝阳极 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种铝电解用水冷盘管式整体铸铝阳极，其特征在于，主要由铝制阳极本体（1），在该铝制阳极本体（1）上形成的数量为一个以上的阳极单体（2），以及设置在每个阳极单体（2）内部的冷却盘管（3）组成；所有阳极单体（2）内部的冷却盘管（3）均在铝制阳极本体（1）的顶部处各自形成独立的进水口和出水口。本实用新型将传统的铝导杆、钢爪及炭阳极这三种不同材质的零件统一用纯铝铸造而成，使其形成一个铸造整体，不仅能克服传统铝导杆与钢爪的连接处、钢爪与炭阳极的连接处所存在较大电压压降的缺陷，而且由于将钢爪和炭块材质改成了铝材，因此还使得电流阻抗变小，能确保整个阳极传导部分电压压降减少200毫伏以上。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种铝电解槽用铝阳极，具体是指一种铝电解用水冷盘管式整体铸铝阳极。
背景技术
目前，国内外氧化铝电解生产金属铝的电解槽使用的阳极部件均由“炭阳极+钢爪+铝导杆”构成。其中，铝导杆5和钢爪6通过铝钢复合板连接在一起，即铝导杆5与铝钢复合板的铝板面焊接，铝钢复合板的钢板面则与钢爪6焊接，而钢爪6的爪头则放置在炭碗内并通过浇注磷生铁使其与炭块7连接在一起，其整体结构如图1所示。然而，由于该结构中的铝钢结合面不可能结合得非常紧密，因此在铝导杆与钢爪的连接处、钢爪与炭阳极的连接处均有较大电压压降；同时，由于钢爪和炭块的导电性能均较差，因此也降低了阳极的电流效率。
另外，由于炭块质量问题和正常的电化学反应，在电解过程中会形成炭块消耗，不仅会有部分碎块脱落沉积在电解槽底部，影响电解效率，而且还会导致每个炭阳极在29～30天之内就消耗完毕，会进一步加剧清理槽底和更换新的炭阳极的频率。
综上所述，目前国内外氧化铝电解生产金属铝的阳极部件存在具有较大电压压降、电流效率低以及使用寿命较短等诸多缺陷，不能满足现代工业生产低能耗、高效率的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服目前电解铝过程中所使用的阳极部件所存在电压压降较大、电流效率较低以及使用寿命较短的缺陷，提供一种结构简单，能有效克服上述缺陷的一种铝电解用水冷盘管式整体铸铝阳极。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种铝电解用水冷盘管式整体铸铝阳极，主要由铝制阳极本体，在该铝制阳极本体上形成的数量为一个以上的阳极单体，以及设置在每个阳极单体内部的冷却盘管组成；所有阳极单体内部的冷却盘管均在铝制阳极本体的顶部处各自形成独立的进水口和出水口。
为了确保使用效果，该冷却盘管优先采用不锈钢无缝管通长煨制而成，且在每个阳极单体中部还设有热电偶。
为了有效防止铝阳极的电化学腐蚀及延长使用寿命，本实用新型在每个阳极单体的表面均热喷涂有厚度为1～2mm的碳化硼层，且其最佳厚度为1.5mm。
本实用新型较现有技术相比具有以下优点及有益效果：
（1）本实用新型将传统的铝导杆、钢爪及炭阳极这三种不同材质的零件统一用纯铝铸造而成，使其形成一个铸造整体，不仅能克服传统铝导杆与钢爪的连接处、钢爪与炭阳极的连接处所存在较大电压压降的缺陷，而且由于将钢爪和炭块材质改成了铝材，因此还使得电流阻抗变小，能确保整个阳极传导部分电压压降减少200毫伏以上。
（2）本实用新型在每个阳极单体内部均设有冷却盘管，不仅能保证本实用新型的阳极在电解过程中不熔化、不脱落断裂，并具有较好的高温强度，而且还具有一定的安全性和操作可靠性。
（3）本实用新型所设置的冷却盘管，不仅能在电解过程中起到骨架作用，而且还能充分冷却铝制阳极，从而保持电解槽温度场热量平衡。
（4）本实用新型在每个阳极单体的表面均热喷涂有厚度为1～2mm的碳化硼层，因此能有效的增强铝制阳极的抗电化学腐蚀和耐高温性能。
（5）本实用新型在每个阳极单体中部均设有热电偶，因此能及时的在电解过程中检测阴、阳极极间的温度变化情况，为整个电解生产提供详细可靠的数据。
附图说明
图1为传统铝阳极的结构示意图。
图2为本实用新型的整体结构示意图。
图3为本实用新型的冷却盘管结构示意图。
其中，以上附图中的附图标记分别为：
1—铝制阳极本体，2—阳极单体，3—冷却盘管，4—热电偶，5—铝导杆，6—钢爪，7—炭块。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
图1为传统阳极部件的结构示意图，其主要由铝导杆5、钢爪6及炭块7相互焊接而成。为了克服采用上述阳极部件所存在的电压压降较大、电流效率较低以及使用寿命较短的缺陷，本实施例采用如图2所示的铝制阳极来实现。
如图2所示，本实用新型的铝制阳极本体1由纯铝铸造而成，即该铝制阳极本体1将传统的铝导杆5、钢爪6及炭块7这三种不同材质的部件统一用纯铝来替换，并通过铸造工艺使其融为一个整体，从而使得该铝制阳极本体1不存在传统阳极部件的铝导杆5与钢爪6的连接面，以及钢爪6与炭块7的连接面。如此，便能彻底克服传统铝导杆5与钢爪6的连接面，以及钢爪6与炭块7的连接面所存在的电压压降。
在该铝制阳极本体1的下端则形成有数量为一个以上的阳极单体2，且这些阳极单体2与该铝制阳极本体1为一体结构。为了确保电解过程中铝阳极温度场的热平衡，本实用新型在每个阳极单体2的内部均设置有独立的冷却盘管3，且每个阳极单体2内部的冷却盘管3均在铝制阳极本体1的顶部处各自形成独立的进水口和出水口。或者，每个阳极单体2内部的冷却盘管3在铝制阳极本体1的顶部处共同形成一个共用的进水口和出水口。
本实用新型的冷却盘管3优先选择304不锈钢无缝管来实现，且该冷却盘管3在铝制阳极本体1铸造时铸入，其结构和形状如图3所示，即底盘管为圆平面内大小圈式螺旋结构。为了增强水冷效果，该冷却盘管3的外盘管设计为螺旋上升式冷却结构，即冷却水低进直接进入底部盘管，从底盘管顺螺旋逐渐上升冷却整个铝制阳极本体1，最后从铝制阳极本体1上部的管道排出。为确保安全性能，该冷却盘管3必须要求整个不锈钢无缝管全长不得有焊接接缝，通长用模具煨制，为防止管径变形，管内充填沙粒，制成后清理干净，打压并保压试验，保证盘管无损伤、不泄露。
为了确保冷却盘管3与阳极工作温度保持热平衡，本实用新型的冷却水盘管3的有效冷却长度按本实用新型提出的公式进行计算。
即 m3/s，其中，Q—冷却水量m3/s，K—盘管传热系数 ㎡·℃；S—工作段盘管传热表面积㎡；t—阳极工作部位软化温度点℃；α—安全系数，取0.5~0.7；t1—盘管出水温度℃；t2—盘管进水温度℃。
为了增强阳极单体2被电化学腐蚀和耐高温的性能，本实用新型必须在每个阳极单体2的底面及四个侧面均采用超音速喷涂有厚度为1～2mm的碳化硼层。由于碳化硼层的喷涂厚度对铝制阳极本体1的抗高温氧化及导电性有着直接影响，且经测试证明，当碳化硼层的厚度为1.5mm时能大大提高铝制阳极本体1的使用寿命。
为了便于能及时掌握电解过程中阴、阳极极间的温度变化情况，本实用新型在每个阳极单体2中部设置有热电偶4。为配合电解生产工艺控制，该热电偶4需要位于每个阳极单体2的中部，且距离底面40mm。
如上所述，便可以很好的实现本实用新型。
Claims (6)
1.一种铝电解用水冷盘管式整体铸铝阳极，其特征在于，主要由铝制阳极本体（1），在该铝制阳极本体（1）上形成的数量为一个以上的阳极单体（2），以及设置在每个阳极单体（2）内部的冷却盘管（3）组成；所有阳极单体（2）内部的冷却盘管（3）均在铝制阳极本体（1）的顶部处各自形成独立的进水口和出水口。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解用水冷盘管式整体铸铝阳极，其特征在于，所述的冷却盘管（3）采用不锈钢无缝管通长煨制而成。
3.根据权利要求1或2所述的一种铝电解用水冷盘管式整体铸铝阳极，其特征在于，在每个阳极单体（2）的表面均热喷涂有碳化硼层。
4.根据权利要求3所述的一种铝电解用水冷盘管式整体铸铝阳极，其特征在于，所述碳化硼层的厚度为1～2mm。
5.根据权利要求4所述的一种铝电解用水冷盘管式整体铸铝阳极，其特征在于，所述碳化硼层的厚度为1.5mm。
6.根据权利要求4或5所述的一种铝电解用水冷盘管式整体铸铝阳极，其特征在于，在每个阳极单体（2）的中部还设置热电偶（4）。
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