JPS608313B2 - アルミニウム電解槽の保温方法 - Google Patents
アルミニウム電解槽の保温方法Info
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- JPS608313B2 JPS608313B2 JP15871679A JP15871679A JPS608313B2 JP S608313 B2 JPS608313 B2 JP S608313B2 JP 15871679 A JP15871679 A JP 15871679A JP 15871679 A JP15871679 A JP 15871679A JP S608313 B2 JPS608313 B2 JP S608313B2
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- Japan
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- electrolytic cell
- heat
- bricks
- brick
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、アルミニウム電解槽の保温方法に関するもの
で、詳細には電解槽内の凝固格、特にメタル内に張り出
した凝固格の底伸部を後退させて陰極炭素ブロックのア
ルミニウムと接触する面積を、ほぼ理想的に維持し、安
定かつ高効率のアルミニウム電解を行なうための電解槽
の保温方法に関するものである。
で、詳細には電解槽内の凝固格、特にメタル内に張り出
した凝固格の底伸部を後退させて陰極炭素ブロックのア
ルミニウムと接触する面積を、ほぼ理想的に維持し、安
定かつ高効率のアルミニウム電解を行なうための電解槽
の保温方法に関するものである。
アルミニウム電解は、陰極炭素材をもって内張りした電
解槽中に、電解格として、１〜８％のアルミナを溶解し
た溶融氷晶石を収容し、電解槽内に懸吊された陽極炭素
塊を陽極とし、電解温度９５０〜９７０００、電流密度
０．６〜ＩＡ／めで電解を行なう。
解槽中に、電解格として、１〜８％のアルミナを溶解し
た溶融氷晶石を収容し、電解槽内に懸吊された陽極炭素
塊を陽極とし、電解温度９５０〜９７０００、電流密度
０．６〜ＩＡ／めで電解を行なう。
側壁炭素材の表面は、電解俗の凝固体が覆い、電流の漏
洩防止と断熱の役目を果している。アルミニウム電解槽
は、近年生産性の向上を計るため、電解容量を１００〜
２００ＫＡに増大させて来た。電流の増大に伴ない、槽
内の磁場が強くなり電流と磁場の相互作用による電磁力
が特にメタル界面を変形、波動させ、安定した操業を乱
し、糟電圧を上げ、電流効率を下げる原因になりはじめ
た。このメタル界面の変形や波動は電解槽外に設置され
る母線配列の影響を受けると共に、槽内の凝固裕形状に
も強く依存していることが認められており、メタル界面
の変形や波動を小さくするには、メタル内の擬岡浴の形
状を陽極端部近辺で垂直形に維持して、メタル中の水平
電流を減少させることが極めて重要であることが確認さ
れている。最近のエネルギー価格の高謄で、省エネルギ
ー即ち電力節減の技術開発が強く要請されて来た。
洩防止と断熱の役目を果している。アルミニウム電解槽
は、近年生産性の向上を計るため、電解容量を１００〜
２００ＫＡに増大させて来た。電流の増大に伴ない、槽
内の磁場が強くなり電流と磁場の相互作用による電磁力
が特にメタル界面を変形、波動させ、安定した操業を乱
し、糟電圧を上げ、電流効率を下げる原因になりはじめ
た。このメタル界面の変形や波動は電解槽外に設置され
る母線配列の影響を受けると共に、槽内の凝固裕形状に
も強く依存していることが認められており、メタル界面
の変形や波動を小さくするには、メタル内の擬岡浴の形
状を陽極端部近辺で垂直形に維持して、メタル中の水平
電流を減少させることが極めて重要であることが確認さ
れている。最近のエネルギー価格の高謄で、省エネルギ
ー即ち電力節減の技術開発が強く要請されて来た。
アルミニウム１トンを生産するのに必要な電力量Ｗ（Ｋ
Ｗｈ／ｔ）はＷ＝Ｖ／ａ×りであらわされ、ここでＶ（
ｖ。ｌｔ）は槽電圧、ａは定数、刀は電流効率である。
アルミニウム電解における省エネルギーとは結局、槽電
圧を下げ電流効率を上げることに外ならない。しかしな
がら単に槽電圧を低減しただけでは入熱となるジュール
発熱量が低下し、電解俗温度が適正な操業温度範囲以下
となり、凝固槽が成長、拡大して操業が困難になる。
Ｗｈ／ｔ）はＷ＝Ｖ／ａ×りであらわされ、ここでＶ（
ｖ。ｌｔ）は槽電圧、ａは定数、刀は電流効率である。
アルミニウム電解における省エネルギーとは結局、槽電
圧を下げ電流効率を上げることに外ならない。しかしな
がら単に槽電圧を低減しただけでは入熱となるジュール
発熱量が低下し、電解俗温度が適正な操業温度範囲以下
となり、凝固槽が成長、拡大して操業が困難になる。
そこで糟電圧を低減し。適当な操業温度を保つには、そ
れに見合った保温構造が必要である。アルミニウム電解
槽の保温構造は、プリベーク式電解槽においては陽極炭
素塊上のアルミナ層、アルミナ層下部で電解俗の凝固し
たクラスト層、凝固裕層、側壁レンガ層、檀底レンガ層
から成り、メタル界面近傍の凝固浴層の表面形状が垂直
形になるように保温構造の上記諸因子が定められる。
れに見合った保温構造が必要である。アルミニウム電解
槽の保温構造は、プリベーク式電解槽においては陽極炭
素塊上のアルミナ層、アルミナ層下部で電解俗の凝固し
たクラスト層、凝固裕層、側壁レンガ層、檀底レンガ層
から成り、メタル界面近傍の凝固浴層の表面形状が垂直
形になるように保温構造の上記諸因子が定められる。
凝固裕層の形状は、とりわけ側壁部の保温構造に顕著な
影響を受ける。
影響を受ける。
保温構造と凝固浴層の形状の関係は電算機による熱解析
で理論的検討が可能である。しかし工業電解槽では関連
因子が複雑に作用し、たとえば炭素質スタンプの亀裂等
によって、保温層に電解裕またはアルミニウムが漏洩し
た場合、熱伝導率が大幅に変化し、熱的バランスが崩れ
安定したメタル界面近傍の垂直形凝固裕層を長期に維持
することができなくなり、凝固裕層の形状が変化するこ
とによって安定した操業総特が困難となる。従って、保
温構造は、長期に安定した垂直形擬固浴層を維持するも
のでなければならない。側壁保温層の温度は電解裕側が
８００ｏｏ、電解層ケーシング側が２００ｏｏ程度で、
従って、熱的には断熱材と保温材で構成させ得るが、こ
れらのものは、フッ化物電解浴に対する耐浴Ｉ性が不充
分のため、工業的にはシャモット系の耐火レンガが単独
で用いられる。
で理論的検討が可能である。しかし工業電解槽では関連
因子が複雑に作用し、たとえば炭素質スタンプの亀裂等
によって、保温層に電解裕またはアルミニウムが漏洩し
た場合、熱伝導率が大幅に変化し、熱的バランスが崩れ
安定したメタル界面近傍の垂直形凝固裕層を長期に維持
することができなくなり、凝固裕層の形状が変化するこ
とによって安定した操業総特が困難となる。従って、保
温構造は、長期に安定した垂直形擬固浴層を維持するも
のでなければならない。側壁保温層の温度は電解裕側が
８００ｏｏ、電解層ケーシング側が２００ｏｏ程度で、
従って、熱的には断熱材と保温材で構成させ得るが、こ
れらのものは、フッ化物電解浴に対する耐浴Ｉ性が不充
分のため、工業的にはシャモット系の耐火レンガが単独
で用いられる。
シャモットレンガは、熱伝導率が常温で０．８〜１．雛
ｃａｌ／ｍｈず０、気孔率１５〜３５％、圧縮強さ１５
０〜４５０ｋ９／めであるが、その熱伝導率が高いため
、保温を強化していくには大量のレンガを必要とし、電
解槽形状が大型となり設備費の上昇を招く。これを回避
するには、熱伝導率の４・さし、レンガを用いるのが好
ましいが、レンガの熱伝導率の低下につれて気孔率が上
昇し、圧縮強度が低下する。気孔率が高い場合、電解俗
が気孔に浸透したとき、熱伝導率の上昇変化が顕著で気
孔率の高いレンガを単独で用いるのは極めて危険である
ことが判る。アルミニウム電解においては、陰極炭素ブ
ロックがナトリウムを吸収して膨潤し、側壁保温層に応
力を及ぼす。
ｃａｌ／ｍｈず０、気孔率１５〜３５％、圧縮強さ１５
０〜４５０ｋ９／めであるが、その熱伝導率が高いため
、保温を強化していくには大量のレンガを必要とし、電
解槽形状が大型となり設備費の上昇を招く。これを回避
するには、熱伝導率の４・さし、レンガを用いるのが好
ましいが、レンガの熱伝導率の低下につれて気孔率が上
昇し、圧縮強度が低下する。気孔率が高い場合、電解俗
が気孔に浸透したとき、熱伝導率の上昇変化が顕著で気
孔率の高いレンガを単独で用いるのは極めて危険である
ことが判る。アルミニウム電解においては、陰極炭素ブ
ロックがナトリウムを吸収して膨潤し、側壁保温層に応
力を及ぼす。
電解槽ケーシングは、この応力で変形しないよう数本な
いし十数本の溝形鋼が糟底から鉄め込まれており、圧縮
強度が２０ｋ９／鮒程度の保温レンガでは圧縮され破壊
するに至り、檀の寿命が極端に短くなる。従って保温レ
ンガには適切な圧縮強度が必要である。本発明は、以上
の不都合を回避するため、レンガの熱伝導率、圧縮強度
を考慮しつつ、耐火レンガと保温レンガを適当な構造と
面積比で組み合わせて、垂直形凝固格を安定に維持する
電解槽の保温方法を提供するものである。
いし十数本の溝形鋼が糟底から鉄め込まれており、圧縮
強度が２０ｋ９／鮒程度の保温レンガでは圧縮され破壊
するに至り、檀の寿命が極端に短くなる。従って保温レ
ンガには適切な圧縮強度が必要である。本発明は、以上
の不都合を回避するため、レンガの熱伝導率、圧縮強度
を考慮しつつ、耐火レンガと保温レンガを適当な構造と
面積比で組み合わせて、垂直形凝固格を安定に維持する
電解槽の保温方法を提供するものである。
以下本発明を図面を参照しつつ説明する。
第１図はアルミニウム電解槽の長手方向と直角な一部省
略縦断面図を示し、鋼板製の電解槽ケーシング１は、溝
形綱２で補強され、糟底にアルミナ粉の保温材３、ィソ
ラィトレンガの保温材４、シャモツト質の底部耐火レン
ガ５、保温材６が置かれ、鉄製の陰極導電村７を装着し
た陰極炭素ブロック１０が、その上に敷き並べうれる。
略縦断面図を示し、鋼板製の電解槽ケーシング１は、溝
形綱２で補強され、糟底にアルミナ粉の保温材３、ィソ
ラィトレンガの保温材４、シャモツト質の底部耐火レン
ガ５、保温材６が置かれ、鉄製の陰極導電村７を装着し
た陰極炭素ブロック１０が、その上に敷き並べうれる。
陰極炭素ブロック１０と電解槽側壁部の間には、炭素質
スタンプ１１、シャモット耐火レンガ９、保温レンガ８
が置かれ、シャモット耐火レンガ９と保温レンガ８の組
合わせによって本発明に係る側壁保温層が形成される。
側壁上部は、炭素ブロック１２でライニングされる。炭
素ブロック１２の内側表面は、凝固格１３で覆われてる
。電流は陽極導軍村１８を通り、アルミナ粉１７で覆わ
れた陽極炭素電極１６を経て電解格１５、陰極アルミニ
ウム１４を通って、陰極炭素ブロック１０から陰極導電
杵７へ流出する。従来のように、側壁中央部が耐火レン
ガ９のみで保温された場合、その凝固裕形状は、第１図
の破線で示すように傾斜形となり、メタル中の水平電流
が増大し、電磁力の均衡が悪化し、メタル面の波動が生
起し、電流効率が低下する。
スタンプ１１、シャモット耐火レンガ９、保温レンガ８
が置かれ、シャモット耐火レンガ９と保温レンガ８の組
合わせによって本発明に係る側壁保温層が形成される。
側壁上部は、炭素ブロック１２でライニングされる。炭
素ブロック１２の内側表面は、凝固格１３で覆われてる
。電流は陽極導軍村１８を通り、アルミナ粉１７で覆わ
れた陽極炭素電極１６を経て電解格１５、陰極アルミニ
ウム１４を通って、陰極炭素ブロック１０から陰極導電
杵７へ流出する。従来のように、側壁中央部が耐火レン
ガ９のみで保温された場合、その凝固裕形状は、第１図
の破線で示すように傾斜形となり、メタル中の水平電流
が増大し、電磁力の均衡が悪化し、メタル面の波動が生
起し、電流効率が低下する。
同時に陰極炭素ブロック１０と陰極アルミニウム１４と
の接触面積が小さくなって、陰極電圧が高くなり、省エ
ネルギーを図り得ない。本発明は、電解槽ケーシング内
側面に接し、陰極炭素ブロック側面と相対して保温レン
ガ８を設け、該保温レンガ８の電解槽内側の表面を包囲
して耐火レンガ９を築き、この保温レンガ８と耐火レン
ガ９の組合わせにより保温層を形成せしめるものである
。
の接触面積が小さくなって、陰極電圧が高くなり、省エ
ネルギーを図り得ない。本発明は、電解槽ケーシング内
側面に接し、陰極炭素ブロック側面と相対して保温レン
ガ８を設け、該保温レンガ８の電解槽内側の表面を包囲
して耐火レンガ９を築き、この保温レンガ８と耐火レン
ガ９の組合わせにより保温層を形成せしめるものである
。
即ち炉内の電解格とアルミニウムメタルの両浴融体の偶
発的漏れに対し、耐火レンガ９が保温レンガ８を完全に
保護するよう、耐火レンガ９を保温レンガ８の電解槽内
側の表面を包囲して構築し、かつ電解糟の側壁面と直角
な縦断面における保温レンガ８と耐火レンガ９を含めた
保温層断面積のうち、保温レンガ８の断面積の占める比
率を５０〜７５％とするものである。前記比率をこの範
囲内とすることにより、凝固電解俗を垂直形に長期維持
することができる。この比率が５０％より小であると凝
固電解格は、底部がメタル側に延び、また７５％より大
きいと、凝固電解格は後退しすぎ、また、保温レンガの
保護が不充分となり炉を傷めることとなる。また耐火レ
ンガ９としては亀解浴に比較的良く耐え、気孔率１５〜
３０％のものが使用される。
発的漏れに対し、耐火レンガ９が保温レンガ８を完全に
保護するよう、耐火レンガ９を保温レンガ８の電解槽内
側の表面を包囲して構築し、かつ電解糟の側壁面と直角
な縦断面における保温レンガ８と耐火レンガ９を含めた
保温層断面積のうち、保温レンガ８の断面積の占める比
率を５０〜７５％とするものである。前記比率をこの範
囲内とすることにより、凝固電解俗を垂直形に長期維持
することができる。この比率が５０％より小であると凝
固電解格は、底部がメタル側に延び、また７５％より大
きいと、凝固電解格は後退しすぎ、また、保温レンガの
保護が不充分となり炉を傷めることとなる。また耐火レ
ンガ９としては亀解浴に比較的良く耐え、気孔率１５〜
３０％のものが使用される。
保温レンガ８の特性としては熱伝導率と圧縮強度を併せ
考慮して、熱伝導率０．２〜０．舷ｃａｌ／ｍｈｒ℃圧
縮強度５０〜１００ｋ９／地のものが適当であり、熱伝
導率が０．磯ｃａｌ／ｍｈｒ℃より大きいと保温効果が
劣り、圧縮強度が５０ｋ９／地より小さいとしンガが応
力により破損するおそれがある。なお、耐火レンガ９と
保温レンガ８の断面形状は図では、２段の段階状として
示したが、炉の容量等により例えば３段の段階状、角状
等その他の形状としても良い。
考慮して、熱伝導率０．２〜０．舷ｃａｌ／ｍｈｒ℃圧
縮強度５０〜１００ｋ９／地のものが適当であり、熱伝
導率が０．磯ｃａｌ／ｍｈｒ℃より大きいと保温効果が
劣り、圧縮強度が５０ｋ９／地より小さいとしンガが応
力により破損するおそれがある。なお、耐火レンガ９と
保温レンガ８の断面形状は図では、２段の段階状として
示したが、炉の容量等により例えば３段の段階状、角状
等その他の形状としても良い。
次に本発明を実施例によりさらに説明する。実施例
電流容量１６０ＫＡ、長手並列式プリベーク電解槽にお
いて、側壁中央部保温槽として、熱伝導率０．２郎ｃａ
ｌ／ｍｈｒ℃、圧縮強度７０ｋｇ／地の保温レンガを側
壁と直角な断面が幅４５仇伽高さ４２５側の長方形から
、角隅部で幅２２５脚高さ１２５側の長方形を切欠いた
階段状にレンガ積みし、その断面積は１６３１のであっ
た。
いて、側壁中央部保温槽として、熱伝導率０．２郎ｃａ
ｌ／ｍｈｒ℃、圧縮強度７０ｋｇ／地の保温レンガを側
壁と直角な断面が幅４５仇伽高さ４２５側の長方形から
、角隅部で幅２２５脚高さ１２５側の長方形を切欠いた
階段状にレンガ積みし、その断面積は１６３１のであっ
た。
この保温レンガの電極側内表面を包囲して、熱伝導率０
．８郷ｃａｌ／ｍ山ｒｑｏ、圧縮強度２００ｋ９／地の
耐火レンガを保温レンガ側表面からの幅が１２５肋、上
表面からの厚みが６５側の階段状にレンガ積みした。保
温レンガ層と耐火レンガ層の合計断面積は２５３６地で
、従って合計レンガ層に対する保温レンガ層断面積は６
５％である。斯様にして構築された電解槽で電解を行な
ったところ、耐火レンガのみで保温層を形成させた場合
に比べ、陰極電圧が３仇ｈＶ減少した。また、測定棒を
炉内に差込み、凝固格の表面形状を調べ垂直形凝固格の
形成が確認された。電流効率は１．５％向上し、電力原
単位で約３００ＫＷｈ／ｔ節約された。
．８郷ｃａｌ／ｍ山ｒｑｏ、圧縮強度２００ｋ９／地の
耐火レンガを保温レンガ側表面からの幅が１２５肋、上
表面からの厚みが６５側の階段状にレンガ積みした。保
温レンガ層と耐火レンガ層の合計断面積は２５３６地で
、従って合計レンガ層に対する保温レンガ層断面積は６
５％である。斯様にして構築された電解槽で電解を行な
ったところ、耐火レンガのみで保温層を形成させた場合
に比べ、陰極電圧が３仇ｈＶ減少した。また、測定棒を
炉内に差込み、凝固格の表面形状を調べ垂直形凝固格の
形成が確認された。電流効率は１．５％向上し、電力原
単位で約３００ＫＷｈ／ｔ節約された。
第１図は、アルミニウム電解槽の長手方向と直角な一部
省略縦断面図である。 １・・・・・・ケーシング、３・・・・・・アルミナ保
温材、７・・・・・・陰極導電村、８・・…・耐火レン
ガ、９・・・・・・保温レンガ、１０・・・・・・陰極
炭素ブロック、１３・・・・・・凝固格、１４・・・・
・・浴融アルミニウム、１５・・・・・・電解俗、１６
・・・…陽極炭素電極、１７……アルミナ粉、１８・・
・・・・陽極電極村。 第１図
省略縦断面図である。 １・・・・・・ケーシング、３・・・・・・アルミナ保
温材、７・・・・・・陰極導電村、８・・…・耐火レン
ガ、９・・・・・・保温レンガ、１０・・・・・・陰極
炭素ブロック、１３・・・・・・凝固格、１４・・・・
・・浴融アルミニウム、１５・・・・・・電解俗、１６
・・・…陽極炭素電極、１７……アルミナ粉、１８・・
・・・・陽極電極村。 第１図
Claims (1)
- １ アルミニウム電解槽内の凝固浴形状を制御する側壁
保温方法において、電解槽側壁のレンガ層を電解槽ケー
シング内側面に設けられた圧縮強度５０〜１００ｋｇ／
ｃｍ＾２、熱伝導率０．２〜０．６ＫＣａｌ／ｍｈｒ℃
を有する保温レンガと該保温レンガの電解槽内側表面を
包囲する保護耐火レンガにより形成せしめかつ電解槽側
壁面と直角な縦断面における前記保温レンガ層断面積が
前記レンガ層合計断面積の５０〜７５％を占めることを
特徴とするアルミニウム電解槽の保温方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15871679A JPS608313B2 (ja) | 1979-12-08 | 1979-12-08 | アルミニウム電解槽の保温方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15871679A JPS608313B2 (ja) | 1979-12-08 | 1979-12-08 | アルミニウム電解槽の保温方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5681693A JPS5681693A (en) | 1981-07-03 |
| JPS608313B2 true JPS608313B2 (ja) | 1985-03-01 |
Family
ID=15677782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15871679A Expired JPS608313B2 (ja) | 1979-12-08 | 1979-12-08 | アルミニウム電解槽の保温方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS608313B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0247450A (ja) * | 1988-08-04 | 1990-02-16 | Sekisui House Ltd | 建築構造物の天井 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6457397B2 (ja) * | 2012-12-13 | 2019-01-23 | エスジーエル・シーエフエル・シーイー・ゲーエムベーハーＳＧＬ ＣＦＬ ＣＥ ＧｍｂＨ | アルミニウムを還元するための電解槽の壁用側壁レンガ |
| CN104694958B (zh) * | 2015-02-15 | 2017-11-24 | 云南云铝涌鑫铝业有限公司 | 用于加热铝电解预焙槽用阴极炭块的加热装置和加热方法 |
-
1979
- 1979-12-08 JP JP15871679A patent/JPS608313B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0247450A (ja) * | 1988-08-04 | 1990-02-16 | Sekisui House Ltd | 建築構造物の天井 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5681693A (en) | 1981-07-03 |
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