專利名稱：一種分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁電解槽，特別涉及一種分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)霍爾-埃魯特法(Hall-H6roult)鋁電解工藝一直是工業(yè)煉鋁的唯一方法，盡管如此，其高能耗是Hall-H6roult工藝存在的主要缺點之一。導(dǎo)致能耗高的主要原因有:一是鋁液層垂直磁場絕對值過大及其水平梯度分布不均，鋁液和電解質(zhì)在電解槽內(nèi)部存在水平和垂直的波動運(yùn)動，導(dǎo)致電解槽穩(wěn)定不佳，電解槽被迫在高極距下運(yùn)行，因此很大一部分能耗浪費(fèi)在這上面；二是現(xiàn)行電解體系需維持950°C以上的高溫，電解槽部分能量浪費(fèi)在對外的熱量散發(fā)損失中。前者可以通過電解槽結(jié)構(gòu)與工藝優(yōu)化來降低能耗，而后者則由于電解工藝的熔鹽電化學(xué)特性，難以從本質(zhì)上克服。
由此可見，電解槽熔體(鋁液和電解質(zhì))的運(yùn)動形態(tài)可直接影響鋁液層電流分布的均勻性、鋁液的波動幅度與電解槽的穩(wěn)定性，也即直接決定了電解槽能耗的高低。因此，降低鋁液波動成為當(dāng)前鋁電解槽低電壓低能耗穩(wěn)定運(yùn)行的核心問題。目前，針對這一問題的電解槽優(yōu)化出現(xiàn)了一些專利，例如專利200710010523.4提出了一種新型陰極結(jié)構(gòu)的鋁電解槽，該結(jié)構(gòu)電解槽在一定條件下能夠降低鋁電解生產(chǎn)電耗，但由于這些異性結(jié)構(gòu)直接導(dǎo)電且與熔體接觸，因而出現(xiàn)其陰極表面上的凸起高度會逐漸降低的現(xiàn)象，考慮到陰極更換的成本，該方法對于槽壽命來說是一大硬傷。盡管后續(xù)有一些研究通過改變陰極凸起結(jié)構(gòu)的材質(zhì)來減緩磨損，但改變材質(zhì)的同時也改變了陰極導(dǎo)電特性，對于電解槽影響較大，且同樣無法避免難以更換的缺陷。此外，還有諸如高低陰極塊(200910010078.0)、異型陰極(20101050668·2)等類似專利，其原理與上述專利基本一致，但缺點也都是難以完全克服上述缺陷。因此，從改變陰極表面形狀的角度出發(fā)降低鋁液波動，盡管可以一定程度降低槽電壓，但其難以更換及修復(fù)的特性及由此引發(fā)的槽壽命縮短或電解槽早期破損成為其最大缺陷。此外異型陰極加工復(fù)雜、成品率降低、單價較高則為其另一大缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠大幅度降低鋁液波動、易于安裝、更換與維護(hù)且成本低廉的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，包括陰極、側(cè)部炭塊、槽殼和陽極，在電解槽縱向方向設(shè)置至少一塊區(qū)域分割板，所述的區(qū)域分割板將整個電解槽熔體工作區(qū)域分隔成若干小區(qū)域，所述的區(qū)域分割板鑲嵌固定在所述的側(cè)部炭塊中，所述的區(qū)域分割板的本體或所述的區(qū)域分割板與電解槽之間設(shè)置有導(dǎo)鋁通道，通過所述的導(dǎo)鋁通道構(gòu)成一個整體鋁液連通通道。
所述的區(qū)域分割板基體材質(zhì)為碳素材料或鎂質(zhì)耐火材料，其內(nèi)部嵌入金屬或合金作為骨架，以維持強(qiáng)度并增加其重量。
所述的區(qū)域分割板厚度為IOcm 40cm，高度為槽膛深度或者略小，長度與電解槽寬度相等或為槽寬度的1/4 3/4。
所述的導(dǎo)鋁通道為在所述的區(qū)域分割板的底部或中下部設(shè)為一排或多排形狀為圓孔、多邊形或溝槽狀的分隔板上小尺寸鋁連通孔或分隔板上大尺寸鋁連通孔。
所述的導(dǎo)鋁通道為在所述的區(qū)域分割板的底部與所述的陰極表面保持的縫隙。
所述的導(dǎo)鋁通道為所述的區(qū)域分割板成對安裝在垂直于槽長度的方向、且成對的所述的區(qū)域分割板之間形成的鋁連通溝，所述的鋁連通溝出現(xiàn)位置在槽寬度1/4至槽中軸線任何位置。
所述的導(dǎo)鋁通道為所述的區(qū)域分割板犬牙交錯分布安裝在垂直于槽長度的方向上所述的區(qū)域分割板之間形成的通道。
所述的區(qū)域分割板的頂部與所述的側(cè)部炭塊或槽沿板頂部保持水平，通過安裝在鄰近側(cè)部槽殼處的固定裝置將其固定。
所述的電解槽在每個分區(qū)裝備有至少一個下料器。
采用上 述技術(shù)方案的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，其有益效果是:
本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1.本發(fā)明提供的分區(qū)電解鋁電解槽，通過將鋁液限制在一個較小的區(qū)域內(nèi)，實現(xiàn)了有效降低鋁液波動這一鋁電解槽難題，因此可以在保證電解槽穩(wěn)定的前提下，大幅度降低極距，使電解槽電壓降低且電流效率保持不變，因而能夠有效降低電解槽能耗，社會經(jīng)濟(jì)效益明顯。
2.本發(fā)明提供的分區(qū)電解鋁電解槽，其實現(xiàn)方式簡單且操作方便，既可以在已運(yùn)行的電解槽上通過增加區(qū)域分割板來實現(xiàn)，也可以在新設(shè)計電解槽上實現(xiàn)。該區(qū)域分割板安裝在熔體區(qū)域，其底部可以與陰極接觸也可以不接觸，因而拆卸容易(尤其對于可能磨損的區(qū)域分割板，可以實現(xiàn)快速在線更換)，更重要的是，由于本發(fā)明未對陰極炭塊、陰極鋼棒、底部內(nèi)襯進(jìn)行任何改動，因而對與電解槽主體結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生任何負(fù)面影響,其對槽壽命的影響幾乎可以忽略。
3.本發(fā)明提供分區(qū)電解鋁電解槽，其區(qū)域分割板材質(zhì)為碳素或耐火材料等電解槽常用材料，成本低廉，易于獲取，且分隔板加工簡單，故對電解成本幾乎無影響。
綜上所述，本發(fā)明是一種能夠大幅度降低鋁液波動、易于安裝、更換與維護(hù)且成本低廉的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，該電解槽通過在熔體區(qū)域增加若干隔區(qū)域分割板，將電解槽分割成若干小電解區(qū)域，以此實現(xiàn)鋁液波動的大幅降低，同時該區(qū)域分割板易于生產(chǎn)、拆卸及安裝，不改變電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，可有效解決異型陰極電解槽壽命短、成本較高且操作復(fù)雜的問題。


圖1為具有與陰極未接觸區(qū)域分割板的電解槽主剖面圖2為圖1中A-A剖面視圖3為圖1中B-B剖面視圖4為具有與陰極未接觸區(qū)域分割板的電解槽俯視圖5為具有與陰極接觸帶有小尺寸鋁連通孔的區(qū)域分割板的電解槽主剖面圖6為圖5中C-C剖面視圖7為具有與陰極接觸帶有大尺寸鋁連通孔的區(qū)域分割板的電解槽主剖面圖8為圖7中D-D剖面視圖9為一種具有與陰極接觸帶有鋁連通溝的區(qū)域分割板的電解槽俯視圖10為另一種具有與陰極接觸帶有鋁連通溝的區(qū)域分割板的電解槽俯視圖11為圖9中E-E剖面視圖12具有非對稱分布的區(qū)域分割板的電解槽俯視圖13為圖12中F-F剖面視圖14為圖13中I區(qū)域放大圖即分割板固定裝置具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實施例1:
如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明的具有與陰極未接觸區(qū)域分割板的電解槽，由底部耐火保溫材料1、側(cè)部保溫材料2、陰極鋼棒3、陰極4、側(cè)部炭塊5、槽殼6、陽極7、區(qū)域分割板8和分割板固定裝置12組成。其中，區(qū)域分割板8安裝在垂直于槽長度的方向，且每臺電解槽至少具有3塊 10塊分割板(如圖4所示)，區(qū)域分割板8將整個電解槽熔體工作區(qū)域分隔成若干小區(qū)域，電解槽在每個分區(qū)裝備有至少一個下料器。區(qū)域分割板8的厚度為IOcm 40cm，高度為槽膛深度或者略小，長度略小于電解槽寬度，且通過分割板固定裝置12固定(如圖2所示)在電解槽上，保持其頂部與槽沿板平齊；區(qū)域分割板8底部與陰極4表面保持有一定的縫隙，縫隙高度為2cm 10cm，用于底部鋁液的導(dǎo)通；區(qū)域分割板8基體材質(zhì)為碳素材料或鎂質(zhì)耐火材料，其內(nèi)部嵌入金屬或合金作為骨架，以維持強(qiáng)度并增加其重量。電解槽其他部分結(jié)構(gòu)與當(dāng)前鋁電解槽的設(shè)計一致。該方案可應(yīng)用與200-500kA級的任何鋁電解槽上，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便且價格便宜，能夠大幅度降低鋁液波動，且由于和陰極未接觸從而保證電解槽底部內(nèi)襯壽命不受影響，此為本專利最大特色之一。
實施例2:
如圖5和圖6所示， 本發(fā)明的具有與陰極接觸帶有小尺寸鋁連通孔的區(qū)域分割板的電解槽，由底部耐火保溫材料1、側(cè)部保溫材料2、陰極鋼棒3、陰極4、側(cè)部炭塊5、槽殼6、陽極7、區(qū)域分割板8、分隔板上小尺寸鋁連通孔9和分割板固定裝置12組成。其中，區(qū)域分割板8安裝在垂直于槽長度的方向，且每臺電解槽至少具有3塊 10塊分割板(如圖5所示)；區(qū)域分割板8將整個電解槽熔體工作區(qū)域分隔成若干小區(qū)域，電解槽在每個分區(qū)裝備有至少一個下料器。區(qū)域分割板8厚度為IOcm 40cm，高度為槽膛深度或者略小，長度略小于電解槽寬度，且通過分割板固定裝置12固定(如圖6所示)在電解槽上，保持頂部與槽沿板平齊；區(qū)域分割板8通過炭糊與陰極4扎糊連接或僅僅與陰極4表面接觸但不固定，在區(qū)域分割板8上設(shè)置有2 6橫排、每排5個 20個分隔板上小尺寸鋁連通孔9，用于底部鋁液的導(dǎo)通，分隔板上小尺寸鋁連通孔9的形狀為圓形、正三角形或正多邊形，其外接圓直徑為5cm IOcm ;電解槽其他部分結(jié)構(gòu)與當(dāng)前招電解槽的設(shè)計一致。
實施例3:
如圖7和圖8所示，本發(fā)明的具有與陰極接觸帶有大尺寸鋁連通孔的區(qū)域分割板的電解槽，由底部耐火保溫材料1、側(cè)部保溫材料2、陰極鋼棒3、陰極4、側(cè)部炭塊5、槽殼6、陽極7、區(qū)域分割板8、分隔板上大尺寸鋁連通孔10和分割板固定裝置12組成。該電解槽除了在鋁連通孔的大小、數(shù)量及分布上與實施例2有差別外，其他保持一致。本實施例中，區(qū)域分割板8上盡在底部開一排且每排2個 8個較大尺寸圓形、正三角形或正多邊形的分隔板上大尺寸鋁連通孔10，分隔板上大尺寸鋁連通孔10的外接圓直徑為IOcm 40cm間。
實施例4:
如圖9、圖10和圖11所示，本發(fā)明的具有與陰極接觸帶有鋁連通溝的區(qū)域分割板的電解槽，由底部耐火保溫材料1、側(cè)部保溫材料2、陰極鋼棒3、陰極4、側(cè)部炭塊5、槽殼6、陽極7、區(qū)域分割板8、鋁連通溝11和分割板固定裝置12組成。其中，區(qū)域分割板8安裝在垂直于槽長度的方向，且每臺電解槽至少具有3對 10對區(qū)域分割板8 (如圖9所示)；區(qū)域分割板8將整個電解槽熔體工作區(qū)域分隔成若干小區(qū)域，電解槽在每個分區(qū)裝備有至少一個下料器。區(qū)域分割板8為成對出現(xiàn)，厚度為IOcm 40cm，鋁連通溝11寬度為IOcm 50cm，且鋁連通溝11出現(xiàn)位置可在槽寬度1/4 (如圖10所示)至槽中軸線(如圖9所示)任何位置，全槽鋁連通溝11布置為不同單塊位置的有機(jī)組合，具體布置根據(jù)電解槽流場設(shè)計；區(qū)域分割板8高度為槽膛深度或者略小，且通過分割板固定裝置12固定(如圖11所示)在電解槽上，保持頂部與槽沿板平齊；區(qū)域分割板8與陰極4通過糊扎固連接或僅僅與陰極4接觸但不固定；電解槽其他部分結(jié)構(gòu)與當(dāng)前傳統(tǒng)鋁電解槽的設(shè)計一致。
實施例5:
如圖12、圖13和圖14所示，本發(fā)明的具有非對稱分布的區(qū)域分割板的電解槽，由底部耐火保溫材料1、側(cè)部保溫材料2、陰極鋼棒3、陰極4、側(cè)部炭塊5、槽殼6、陽極7、區(qū)域分割板8和分割板固定裝置12組成。其中，區(qū)域分割板8安裝在垂直于槽長度的方向，且每臺電解槽至少具有6塊 20塊分割板(如圖12所示);區(qū)域分割板8為犬牙交錯分布，厚度為IOcm 40cm，單塊區(qū)域分割板8的長度為電解槽寬度的1/4至3/4 ;全槽區(qū)域分割板8的布置為不同尺寸的不同位置單塊區(qū)域分割板8的有機(jī)組合，具體布置可以根據(jù)電解槽流場設(shè)計；區(qū)域分割板8將整個電解槽熔體工作區(qū)域分隔成若干小區(qū)域，電解槽在每個分區(qū)裝備有至少一個下料器。區(qū)域分割板8的高度為槽膛深度或者略小，且通過分割板固定裝置12、絕緣板13和固定螺栓14固定(如圖13所示)在電解槽上，保持頂部與槽沿板平齊；區(qū)域分割板8與陰極通 過糊扎固連接或僅僅與陰極4接觸但不固定；電解槽其他部分結(jié)構(gòu)與當(dāng)前傳統(tǒng)鋁電解槽的設(shè)計一致。
權(quán)利要求
1.一種分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，包括陰極(4)、側(cè)部炭塊(5)、槽殼(6)和陽極(7)，其特征在于:在電解槽縱向方向設(shè)置至少一塊區(qū)域分割板(8)，所述的區(qū)域分割板(8)將整個電解槽熔體工作區(qū)域分隔成若干小區(qū)域，所述的區(qū)域分割板(8)鑲嵌固定在所述的側(cè)部炭塊(5)中，所述的區(qū)域分割板(8)的本體或所述的區(qū)域分割板(8)與電解槽之間設(shè)置有導(dǎo)鋁通道，通過所述的導(dǎo)鋁通道構(gòu)成一個整體鋁液連通通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，其特征在于:所述的區(qū)域分割板(8)基體材質(zhì)為碳素材料或鎂質(zhì)耐火材料，其內(nèi)部嵌入金屬或合金作為骨架，以維持強(qiáng)度并增加其重量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，其特征在于:所述的區(qū)域分割板(8)厚度為IOcm 40cm，高度為槽膛深度或者略小，長度與電解槽寬度相等或為槽寬度的 1/4 3/4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，其特征在于:所述的導(dǎo)鋁通道為在所述的區(qū)域分割板(8)的底部或中下部設(shè)為一排或多排形狀為圓孔、多邊形或溝槽狀的分隔板上小尺寸鋁連通孔(9)或分隔板上大尺寸鋁連通孔(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，其特征在于:所述的導(dǎo)鋁通道為在所述的區(qū)域分割板(8)的底部與所述的陰極(4)表面保持的縫隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，其特征在于:所述的導(dǎo)鋁通道為所述的區(qū)域分割板(8)成對安裝在垂直于槽長度的方向、且成對的所述的區(qū)域分割板(8)之間形成的鋁連通溝(11)，所述的鋁連通溝(11)出現(xiàn)位置在槽寬度1/4至槽中軸線任何位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，其特征在于:所述的導(dǎo)鋁通道為所述的區(qū)域分割板(8)犬牙交錯分布安裝在垂直于槽長度的方向上所述的區(qū)域分割板(8)之間形成的通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，其特征在于:所述的區(qū)域分割板(8)的頂部與所述的側(cè)部炭塊(5)或槽沿板頂部保持水平，通過安裝在鄰近側(cè)部槽殼處的固定裝置(12)將其固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，其特征在于:所述的電解槽在每個分區(qū)裝備有至少一 個下料器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽，包括陰極(4)、側(cè)部炭塊(5)、槽殼(6)和陽極(7)，在電解槽縱向方向設(shè)置至少一塊區(qū)域分割板(8)，所述的區(qū)域分割板(8)將整個電解槽熔體工作區(qū)域分隔成若干小區(qū)域，所述的區(qū)域分割板(8)鑲嵌固定在所述的側(cè)部炭塊(5)中，所述的區(qū)域分割板(8)的本體或所述的區(qū)域分割板(8)與電解槽之間設(shè)置有導(dǎo)鋁通道，通過所述的導(dǎo)鋁通道構(gòu)成一個整體鋁液連通通道。本發(fā)明是一種能夠大幅度降低鋁液波動、易于安裝、更換與維護(hù)且成本低廉的分區(qū)電解預(yù)焙鋁電解槽。
文檔編號C25C3/08GK103243351SQ20131018765
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月20日
發(fā)明者張紅亮, 李劼, 俆宇杰, 田忠良, 呂曉軍, 賴延清 申請人:中南大學(xué)