CN217628667U - 一种镁电解槽阳极装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种镁电解槽阳极装置，该装置由石墨块、铜接触板、铜接电板、冷却夹套、螺栓及混凝土支座组成；该装置整体结构简单紧凑便于装配和操作维护，且很明显改善了镁电解槽阳极的工作性能，有力促进镁电解槽持续稳定运行状态，大幅提升了技术经济的指标，并很大程度的延长了镁电解槽阳极的工作周期，使阳极的平均使用寿命从6~8个月提高到了15个月以上，不仅可节省阳极消耗费用约30％左右，而且使更换阳极的数量和频次成倍减少，现场工业卫生状况大为改观。

Description

一种镁电解槽阳极装置

技术领域

本实用新型涉及电解金属镁生产技术领域，具体涉及一种镁电解槽阳极装置。

背景技术

现行的金属镁工业生产有热还原法和熔盐电解法两种工艺，其中熔盐电解法炼镁是生产金属镁的最先进、最重要的方法。镁电解槽是电解法炼镁的核心设备，自1886年开始镁的工业生产以来，镁电解槽的结构发生了很大变化，初期的镁电解槽是一种简单的无隔板镁电解槽，它结构简单，极距易于调整，但不能密封，氯气不能收集，电流效率和电能效率都很低；20世纪30年代以后，这种镁电解槽被有隔板镁电解槽取代，电解过程的指标得到明显改善；20世纪40年代至60年代，工业上出现了新型无隔板镁电解槽，80年代又出现了双极性镁电解槽；这些新型镁电解槽的出现，使金属镁工业达到了一个全新的水平。

在镁电解槽中，阳极是镁电解槽的核心部件，一台镁电解槽内需并列安装几组至数十组阳极，镁电解槽阳极用于传导高容量的直流电流，还须承受镁电解槽内熔融盐及上部空间氯气的强腐蚀性和高温环境；电解过程中，阳极表面会生产氯气气泡，阳极浸入熔融电解液中；目前普遍的做法是：阳极是将几块石墨板彼此用石墨粉与水玻璃粘结，再将铜母线以钢板用螺钉紧夹在阳极头上，阳极由镁电解槽盖上的插入口插入，阳极与镁电解槽盖间的缝隙用石棉绳严密填塞，并灌以矾土水泥砂浆密封；阳极借助铜母线连接到导电母线上。在生产条件下，镁电解槽内露在电解质外面的阳极部分温度为650~700℃，阳极与槽盖板结合处的温度为500~650℃，露在镁电解槽盖外面的阳极头温度为300~450℃；石墨温度高于200℃时，就开始氧化，400℃时开始明显氧化，时间长时则破损；石墨阳极在镁电解槽工作环境下的破坏表现在两个方面：一是变薄，二是破损；阳极头暴露在空气中，阳极/电解室维持的微负压(30Pa左右)也会使空气经阳极插入口或隔板进入阳极/电解室，由于氧化作用而使相应部分的石墨阳极变薄；电解质中的石墨阳极由于水分、氧化物或含氧盐的化学、电化学作用而逐渐消耗变薄；电解质以外部分阳极的变薄改变了电极断面的电流密度，使该部分温度进一步提高；电解质以内阳极部分的变薄则使极距增大，致使槽电压上升，槽温上升，电流效率下降；由于阳极变薄及电解质的冲刷，电解质表面交界处最容易发生阳极断裂。

据国外某镁电解企业的统计，该公司在连续六年间破损的1800个阳极中，大约40％是在镁电解槽盖板处被氧化损坏，20％是在熔体上面部分损坏，40％是在由于铜母线与阳极头联接处的接点破坏；镁电解槽阳极的使用寿命一般不超过10个月，而电解槽寿命可达2~4年；因此更换阳极不仅破坏镁电解槽正常运转，而且增加工人劳动强度，恶化电解车间环境，增加镁电解槽的维修费用。我国至今尚无镁电解用的专用石墨电极，因此阳极质量达不到要求阳极寿命，平均仅为6~8个月，镁电解槽的阳极费用约占电解槽维修费用的一半。

因此，优化镁电解槽阳极组件的选材和结构，对于大幅提升阳极的使用性能、延长阳极使用寿命、降低电解槽运行费用、促进镁电解槽持续稳定运行、降低操作人员劳动强度及改善现场工业卫生条件等方面都具有积极意义。

发明内容

针对现有阳极装置存在的缺陷和问题，本实用新型结合镁电解槽阳极使用的实际工况环境条件，在认真总结现有装置基础上，进一步从阳极及配套各组件的选材、结构、接触面处理及整体结构连接紧固等方面进行综合优化改进，提供了一种镁电解槽阳极装置，该装置可明显改善阳极工作性能，正常工艺使用条件下确保实现镁电解槽阳极运行周期平均达到450天以上；整体结构简单紧凑、便于装配和操作维护。

为实现本实用新型的目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种镁电解槽阳极装置，该装置由石墨块(1)、铜接触板(2)、铜接电板(3)、冷却夹套(4)、螺栓(5)及混凝土支座(6)组成；其中，多个石墨块(1)并排紧靠组合，每块石墨块(1)的头部区域设置有螺栓孔一(7)，每块石墨块(1)两个侧面的中下部区域设置有加工而成的排氯沟槽(8)；铜接触板(2)分别紧靠着石墨块(1)的头部两侧，铜接触板(2)的前端内侧顶部各焊接有一块铜接电板(3)，在铜接电板(3)的接触面部位设有电解镀锡涂层(9)；两组冷却夹套(4)又分别紧靠在铜接触板(2)上，在冷却夹套(4)的冷却夹套钢板(16)上设置有冷却水通道(10)，在其中一个冷却夹套(4)的前端设置有进水钢管(11)，在另一个冷却夹套(4)的前端设置有出水钢管(12)，在两个冷却夹套(4)的冷却水通道(10)的末端通过半圆钢管(13)相连通；多个螺栓(5)依次穿过冷却夹套(4)的螺栓孔二(14)、铜接触板(2)的螺栓孔三(15)和石墨块(1)的螺栓孔一(7)将多个石墨块(1)两侧的整个结构进行连接紧固；在石墨块(1)顶部下方两侧区域设置有混凝土支座(6)。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述石墨块1的材料理化性能指标应达到电解法炼镁专用石墨阳极技术标准，即石墨比重≥2.2g/cm³、体密度≥1.72g/cm³、抗压强度≥29MPa、抗拉强度≥16MPa、抗折强度≥21MPa、电阻率≤5.1×10^－6Ω.m、灰分≤0.2％、Fe≤0.05％,表面：平整、且无可视裂纹及表面缺陷；在该装置组装前，石墨块1的头部500mm处需经过正磷酸浸渍处理，以进一步增强石墨块1的抗氧化能力，减缓石墨块1的氧化及破碎速率，延长阳极的使用寿命。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述排氯沟槽8为石墨块1上机加工而成的矩形沟槽，保证了氯气和电解质流很好地流动，同时消除了氯气泡对其他表面的影响，也减少了阴极排气带走的氯气损失，提高了电流效率。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述铜接触板2和铜接电板3的材料为电解韧铜ASTMB－187/C11000－H01，该材料具有优异的导电、导热、耐磨、铸造、塑性及易加工等特点，特别是可获理想的Cu－C接触压降。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述铜接电板3的接触面部位设有电解镀锡涂层9，涂层长度430mm，可消除铜接电板3与直流母线铝接电板连接产生的不利影响，形成不易腐蚀的稳定的Sn－AI接触面，达到改善该处接触面状况及导电性能的效果。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述冷却夹套(4)设置的冷却水通道(10)是将压制而成的“[”型槽钢焊接在冷却夹套钢板(16)的中部区域而成，可将阳极头部多出的热量传导出去，降低阳极的温度，有利于减小阳极的氧化速率，延长阳极使用寿命；其材料为用于中温或高温环境的碳钢压力容器用钢板ASTM－515/A－515M，可确保冷却夹套4良好的换热效率和安全运行。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述混凝土支座6为采用致密氧化铝耐火材料浇注成型，不仅对阳极“脖子”部位起到了严实的围护和隔离空气作用，而且方便于镁电解槽阳极安装时的精准定位及高效密封。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的螺栓5为高强度螺栓，，其扭矩为500N•m，其具有结构简单，机械性能好，有利于提高紧固等级，方便拆卸、在动态载荷下不会松动等特点。

本实用新型与传统技术相比，具有以下有益效果：

1.改善了镁电解槽阳极的工作性能，有力的促进了镁电解槽持续稳定运行状态，大幅度提升了技术经济的指标；

2.很大程度的延长了镁电解槽阳极的工作周期，使阳极的平均使用寿命从6~8个月提高到了15个月以上，不仅可节省阳极消耗费用约30％左右，而且使更换阳极的数量和频次成倍减少，现场工业卫生状况大为改观。

附图说明

图1为本实用新型一种镁电解槽阳极装置主视图。

图2为本实用新型一种镁电解槽阳极装置侧视图。

图3为本实用新型一种镁电解槽阳极装置俯视图。

图中：1、石墨块；2、铜接触板；3、铜接电板；4、冷却夹套；5、螺栓；6、混凝土支座；7、螺栓孔一；8、排氯沟槽；9、电解镀锡涂层；10、冷却水通道；11、进水钢管；12、出水钢管；13、半圆钢管；14、螺栓孔二；15、螺栓孔三；16、冷却夹套钢板。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅附图1~3图，本实用新型提供了一种镁电解槽阳极装置，该装置由石墨块(1)、铜接触板(2)、铜接电板(3)、冷却夹套(4)、螺栓(5)及混凝土支座(6)组成；其中，多个石墨块(1)并排紧靠组合，每块石墨块(1)的头部区域设置有螺栓孔一(7)，每块石墨块(1)两个侧面的中下部区域设置有加工而成的排氯沟槽(8)；铜接触板(2)分别紧靠着石墨块(1)的头部两侧，铜接触板(2)的前端内侧顶部各焊接有一块铜接电板(3)，在铜接电板(3)的接触面部位设有电解镀锡涂层(9)；两组冷却夹套(4)又分别紧靠在铜接触板(2)上，在冷却夹套(4)的冷却夹套钢板(16)上设置有冷却水通道(10)，在其中一个冷却夹套(4)的前端设置有进水钢管(11)，在另一个冷却夹套(4)的前端设置有出水钢管(12)，在两个冷却夹套(4)的冷却水通道(10)的末端通过半圆钢管(13)相连通；多个螺栓(5)依次穿过冷却夹套(4)的螺栓孔二(14)、铜接触板(2)的螺栓孔三(15)和石墨块(1)的螺栓孔一(7)将多个石墨块(1)两侧的整个结构进行连接紧固；在石墨块(1)顶部下方两侧区域设置有混凝土支座(6)。

优选的，所述石墨块1的材料理化性能指标应达到电解法炼镁专用石墨阳极技术标准，即石墨比重≥2.2g/cm³、体密度≥1.72g/cm³、抗压强度≥29MPa、抗拉强度≥16MPa、抗折强度≥21MPa、电阻率≤5.1×10^－6Ω.m、灰分≤0.2％、Fe≤0.05％，表面：平整、且无可视裂纹及表面缺陷；在该装置组装前，石墨块1的头部500mm处需经过正磷酸浸渍处理，以进一步增强石墨块1的抗氧化能力，减缓石墨块1的氧化及破碎速率，延长阳极的使用寿命。

优选的所述排氯沟槽8为石墨块1上机加工而成的矩形沟槽，保证了氯气和电解质流很好地流动，同时消除了氯气泡对其他表面的影响，也减少了阴极排气带走的氯气损失，提高了电流效率。

优选的，所述铜接触板2和铜接电板3的材料为电解韧铜ASTMB－187/C11000－H01，该材料具有优异的导电、导热、耐磨、铸造、塑性及易加工等特点，特别是可获理想的Cu－C接触压降。

优选的，所述铜接电板3的接触面部位设有电解镀锡涂层9，涂层长度430mm，这就消除了铜接电板3与直流母线铝接电板连接产生的不利影响，形成不易腐蚀的稳定的Sn－AI接触面，达到改善该处接触面状况及导电性能的效果。

优选的，所述冷却夹套(4)设置的冷却水通道(10)是将压制而成的“[”型槽钢焊接在冷却夹套钢板(16)的中部区域而成，可将阳极头部多出的热量传导出去，降低阳极的温度，有利于减小阳极的氧化速率，延长阳极使用寿命；其材料为用于中温或高温环境的碳钢压力容器用钢板ASTM－515/A－515M，可确保冷却夹套4良好的换热效率和安全运行。

优选的，所述混凝土支座6为采用致密氧化铝耐火材料浇注成型，不仅对石墨块1的“脖子”部位起到了严实的隔离空气作用，而且方便于电解槽石墨阳极安装时的精准定位及高效密封。

优选的，所述的螺栓5为高强度螺栓，其扭矩为500N•m，其具有结构简单，机械性能好，有利于提高紧固等级，方便拆卸、在动态载荷下不会松动等特点。

镁电解槽阳极正常装配时，需按如下八个步骤进行：

步骤一：石墨块浸渍

1. 镁电解槽阳极装配件的每件石墨块1头部区域(距离顶部500mm)在20℃条件下使用50％磷酸溶液浸渍四天；

2. 将石墨块1空气中自然干燥三周时间。

步骤二：组装

1. 按要求事先将两个铜接电板3分别焊接在两个铜接触板2上；

2. 将需要数量的石墨块1、铜接触板2和铜接电板3组合件、冷却夹套4、螺栓5在特制的阳极装配工作台上，依次逐件进行定位。

步骤三：螺栓紧固

1. 先对螺栓5进行初紧；

2. 再进行二次紧固，每个螺栓5的扭矩应设在500N•m，并按照交错顺序进行紧固。

步骤四：焊接

1. 当螺栓5紧固后，将工作台旋转至指定位置，利用起重机、吊链和吊钩，将其滑入专用运输框架内；

2. 将半圆钢管13固定，并用电弧焊焊接，确保冷却夹套4冷却水的良好流动。

步骤五：水压实验

为了确认冷却夹套4焊缝的结构完整性，必须进行水压试验，水压试验将在600KPa下进行，持续一个小时；

步骤六：电解镀锡按要求在铜接电板3工作面上进行镀锡，形成电解镀锡涂层9，涂层长度为430mm；

步骤七：模具设置

1. 把运输架上的阳极放在阳极模具框架上，在该框架上，运输架和阳极可旋转；

2. 将模具就位，然后，用螺丝、螺栓和四个抱箍固定；

3. 给模具涂上脱模剂。

步骤八：浇铸致密氧化铝耐火材料

1. 将可浇铸耐火料倒入模具，为防出现空腔，应采用适当的振捣器压实浇铸料，确保浇注料填充模具的所有角落和形状区；

2. 在最初几个小时，应从浇注料流出的水排掉，模具应在12-24小时后拆除。

石墨阳极正常运行时分两种情形：

第一种情形：用于大修镁电解槽的阳极安装时，步骤如下：

①将装配好的阳极逐个用起重机吊入镁电解槽阳极盖内并准确定位；

②在阳极与阳极盖的缝隙间放一根陶瓷绳并轻微压紧；

③在陶瓷绳上敷设一薄层氧化铝火泥；

④在火泥上浇铸氧化镁捣打料；

⑤将阳极支母线的铝接电板与已镀锡铜接电板3用螺栓连接；

⑥将镁电解槽全部阳极按上述①—⑤完成安装；

⑦将阳极冷却水系统的软管与阳极冷却夹套4的进水钢管11及出水钢管12连接，打开水阀并调节水流至所需；

⑧用天然气烘烤器按规程进行烤槽；

⑨烤槽结束后，启动镁电解槽，该镁电解槽并入直流系列后，镁电解槽及阳极即可转入正常运行。

第二种情形：用于镁电解槽阳极更换时，步骤如下：

①将组装好的阳极放入阳极预热器中，接通阳极预热冷却水系统；

②在450℃温度阳极预热器中预热6个小时；

③将镁电解槽中需要更换的阳极吊出来并将残块清理干净；

④将经过①预热好的阳极断开冷却水连接，从预热器取出后用天车吊入电解槽并精准定位；

⑤在阳极与阳极盖的缝隙间放一根陶瓷绳并轻微压紧；

⑥在陶瓷绳上敷设一薄层氧化铝火泥；

⑦在火泥上浇铸氧化镁捣打料；

⑧将阳极支母线的铝接电板与已完成电解镀锡涂层9的铜接电板3用螺栓5连接，即可转入正常运行。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种镁电解槽阳极装置，该装置由石墨块(1)、铜接触板(2)、铜接电板(3)、冷却夹套(4)、螺栓(5)及混凝土支座(6)组成；其中，多个石墨块(1)并排紧靠组合，每块石墨块(1)的头部区域设置有螺栓孔一(7)，每块石墨块(1)两个侧面的中下部区域设置有加工而成的排氯沟槽(8)；铜接触板(2)分别紧靠着石墨块(1)的头部两侧，铜接触板(2)的前端内侧顶部各焊接有一块铜接电板(3)，在铜接电板(3)的接触面部位设有电解镀锡涂层(9)；两组冷却夹套(4)又分别紧靠在铜接触板(2)上，在冷却夹套(4)的冷却夹套钢板(16)上设置有冷却水通道(10)，在其中一个冷却夹套(4)的前端设置有进水钢管(11)，在另一个冷却夹套(4)的前端设置有出水钢管(12)，在两个冷却夹套(4)的冷却水通道(10)的末端通过半圆钢管(13)相连通；多个螺栓(5)依次穿过冷却夹套(4)的螺栓孔二(14)、铜接触板(2)的螺栓孔三(15)和石墨块(1)的螺栓孔一(7)将多个石墨块(1)两侧的整个结构进行连接紧固；在石墨块(1)顶部下方两侧区域设置有混凝土支座(6)。

2.根据权利要求1所述的一种镁电解槽阳极装置，其特征在于：所述石墨块(1)的材料理化性能指标应达到电解法炼镁专用石墨阳极技术标准，即石墨比重≥2.2g/cm³、体密度≥1.72g/cm³、抗压强度≥29MPa、抗拉强度≥16MPa、抗折强度≥21MPa、电阻率≤5.1×10^－6Ω.m、灰分≤0.2％、Fe≤0.05％，表面：平整、且无可视裂纹及表面缺陷；在该装置组装前，石墨块(1)的头部500mm处需经过正磷酸浸渍处理。

3.根据权利要求1所述的一种镁电解槽阳极装置，其特征在于：所述排氯沟槽(8)为在石墨块(1)上机加工而成的矩形沟槽。

4.根据权利要求1所述的一种镁电解槽阳极装置，其特征在于：所述铜接触板(2)和铜接电板(3)的材料为电解韧铜ASTMB－187/C11000－H01。

5.根据权利要求1所述的一种镁电解槽阳极装置，其特征在于：所述铜接电板(3)的接触面部位设置有电解镀锡涂层(9)，涂层长度430mm。

6.根据权利要求1所述的一种镁电解槽阳极装置，其特征在于：所述冷却夹套(4)设置的冷却水通道(10)是将压制而成的“[”型槽钢焊接在冷却夹套钢板(16)的中部区域而成，其材料为用于中温或高温环境的碳钢压力容器用钢板ASTM－515/A－515M。

7.根据权利要求1所述的一种镁电解槽阳极装置，其特征在于：所述混凝土支座(6)为采用致密氧化铝耐火材料浇注成型。

8.根据权利要求1所述的一种镁电解槽阳极装置，所述的螺栓(5)为高强度螺栓，其扭矩为500N•m。

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