按照慣例，使用霍爾-赫魯特(Hall-Héroult)方法通過(guò)電解在鋁廠中生產(chǎn)鋁。為此，提供電解池(cuve d’électrolyse)，該電解池包括槽殼(caisson)和耐火材料的內(nèi)襯里。電解池還包括陰極塊，陰極塊被布置在槽殼的底部，由被設(shè)計(jì)成收集電解電流從而將電解電流引導(dǎo)到下一個(gè)電解池的導(dǎo)電棒穿過(guò)。電解池還包括懸吊于陽(yáng)極框架(諸如，柱和橫向構(gòu)件)的至少一個(gè)陽(yáng)極塊，所述陽(yáng)極塊部分地浸入電解浴中，處在陰極塊之上。隨著反應(yīng)進(jìn)行，在電解浴下面形成一個(gè)覆蓋陰極塊的液體鋁層。電流經(jīng)由陽(yáng)極塊、電解浴和金屬層從陽(yáng)極框架流到陰極，氧化鋁在溫度為大約970℃的電解浴中被溶解。為了限制由于電解浴的化學(xué)組分以及其溫度對(duì)槽殼的壁造成的的腐蝕，已知的是使用由懸吊于槽殼的內(nèi)襯里上的由碳質(zhì)材料制成的面向內(nèi)的塊。然而，盡管存在這些面向內(nèi)的塊和內(nèi)襯里，通過(guò)容器壁的熱量損耗仍是非常大的，這有害于總能量效率、池的壽命以及電解過(guò)程的恰當(dāng)運(yùn)行。

本發(fā)明的一個(gè)目的旨在克服此缺點(diǎn)。為此，本發(fā)明提供了一種電解池，該電解池被設(shè)計(jì)成包含一個(gè)電解浴，該電解池包括一個(gè)具有側(cè)壁的槽殼和覆蓋所述側(cè)壁的側(cè)向絕緣襯里，所述側(cè)向絕緣襯里包括：

由可壓縮材料制成的熱絕緣元件，

具有至少一個(gè)側(cè)面的、由耐火材料制成的楔入元件，所述熱絕緣元件和所述楔入元件抵靠所述槽殼的至少一個(gè)側(cè)壁交替地固定，以及

面向內(nèi)的塊，所述面向內(nèi)的塊被布置成保護(hù)該電解浴的所述槽殼、所述熱絕緣元件和所述楔入元件，兩個(gè)相鄰的楔入元件之間的距離被適配以使得每個(gè)面向內(nèi)的塊支承抵靠至少兩個(gè)楔入元件的側(cè)面。

在此配置中，該槽殼的壁用可以由可壓縮材料制成的熱絕緣元件部分地覆蓋，所述熱絕緣元件大大限制了熱量損耗并且保護(hù)槽殼壁免受由電解浴和液體鋁生成的大量熱量影響。此外，插入在由可壓縮材料制成的熱絕緣元件之間的耐火楔入元件被用來(lái)在建造和操作該池時(shí)限制或防止對(duì)所述熱絕緣元件的壓縮，而不會(huì)形成將有害于槽殼壁的熱傳導(dǎo)橋。所述熱絕緣元件不經(jīng)受所述槽殼的側(cè)壁和面向內(nèi)的塊之間的有害壓縮，因此它們不被壓碎并且保持它們的熱絕緣能力。因此，由可壓縮材料制成的熱絕緣元件的使用能夠以此方式限制原材料和裝置的成本并且實(shí)現(xiàn)改善的和易調(diào)整的熱平衡。

可壓縮材料制成的熱絕緣元件意指，在不存在楔入元件的情況下，在池的制造或操作期間，將由面向內(nèi)的塊壓碎且因此退化的任何元件?？蓧嚎s材料制成的熱絕緣元件可以是充氣結(jié)構(gòu)，尤其是基于纖維的。

有利地，每個(gè)楔入元件具有的厚度等于或大于所述熱絕緣元件的厚度。

有利地，所述側(cè)向絕緣襯里還包括由耐火材料制成的布置在熱絕緣元件和面向內(nèi)的塊之間的保護(hù)元件。這些保護(hù)元件保護(hù)布置在后面的熱絕緣元件免受電解浴穿過(guò)面向內(nèi)的塊的可能的浸透(imprégnation)，以使得對(duì)熱絕緣的保護(hù)隨著時(shí)間被加強(qiáng)。

根據(jù)一個(gè)布置，兩個(gè)相鄰的楔入元件之間的空間容納保護(hù)元件。在此配置中，所述保護(hù)元件不覆蓋所述楔入元件而是僅覆蓋所述熱絕緣元件。

優(yōu)選地，每個(gè)楔入元件具有與一個(gè)熱絕緣元件和一個(gè)保護(hù)元件的組合厚度大體上相同的厚度，使得所述熱絕緣元件免于壓縮。此布置因此能夠在槽的整個(gè)壽命內(nèi)維持由可壓縮材料制成的熱絕緣元件的強(qiáng)度和熱絕緣能力。

所述熱絕緣元件具有的熱絕緣系數(shù)大于所述楔入元件的熱絕緣系數(shù)和所述保護(hù)元件的熱絕緣系數(shù)。以此方式，能夠使用薄的熱絕緣元件。它們的存在對(duì)槽殼內(nèi)部的剩余體積具有非常小的影響，以實(shí)現(xiàn)有效的熱絕緣。這些元件因此能夠減少槽殼的側(cè)壁處的熱量損耗，而不需要減小存在于槽殼內(nèi)的陰極塊的尺寸且因此減小電解過(guò)程的效率。

有利地，沿著槽殼的相應(yīng)的壁的縱向軸線測(cè)量的每個(gè)熱絕緣元件的長(zhǎng)度大于每個(gè)楔入元件的長(zhǎng)度。此布置優(yōu)化了槽殼的熱絕緣且限制了熱橋。

典型地，沿著槽殼的相應(yīng)的壁的縱向軸線測(cè)量的每個(gè)熱絕緣元件的長(zhǎng)度比每個(gè)楔入元件的長(zhǎng)度大至少四倍。

優(yōu)選地，所述側(cè)向絕緣襯里還包括面向外的板，有利地所述面向外的板由碳化硅(SiC)制成，所述面向外的板抵靠所述槽殼的至少一個(gè)側(cè)壁延伸并且被布置成在所述楔入元件、所述熱絕緣元件以及在適當(dāng)?shù)那闆r下所述保護(hù)元件上方對(duì)齊。這些板因此從上面保護(hù)所述熱絕緣元件且保護(hù)槽殼免受腐蝕影響。它們還有助于在選擇的表面處局部地且受控地移除熱量。

有利地，每個(gè)面向外的板具有與每個(gè)楔入元件的厚度大體上相同的厚度。所述熱絕緣元件的側(cè)邊緣且在適當(dāng)?shù)那闆r下所述保護(hù)元件的側(cè)邊緣因此被覆蓋并且被垂直地保護(hù)免受電解池的腐蝕環(huán)境的影響。

有利地，所述面向外的板與所述面向內(nèi)的塊整體成型。

根據(jù)一種可能性，所述熱絕緣元件的可壓縮材料由纖維材料制成，所述纖維材料諸如是玻璃纖維材料、碳化纖維材料、巖石纖維材料或大麻纖維材料。它還可以是高度絕緣多微孔類型的或基于珍珠巖、硅藻土或硅酸鈣的。

有利地，所述熱絕緣元件的可壓縮材料具有小于0.5W/m.K的熱傳導(dǎo)率(在室溫下使用ASTM C201方法測(cè)量的)。

有利地，由可壓縮材料制成的熱絕緣元件由一個(gè)抵抗由電解液煙氣造成的腐蝕的材料層圍繞。高度腐蝕電解煙氣可以在抵靠槽殼的側(cè)壁的電解池的整個(gè)壽命內(nèi)滲透和蔓延，從而使所述熱絕緣元件的可壓縮材料退化。將可壓縮材料封閉在一個(gè)抵抗來(lái)自電解液煙氣(或蒸汽屏障)的腐蝕的材料層內(nèi)有助于保護(hù)可以被用來(lái)制造所述熱絕緣元件的材料和擴(kuò)展可以被用來(lái)制造所述熱絕緣元件的材料的范圍。

抵抗來(lái)自電解液煙氣的腐蝕的該材料層有利地由一個(gè)鋁膜形成。

有利地，所述楔入元件表現(xiàn)出大于10MPa的壓縮抵抗力。

有利地，所述楔入元件具有的熱傳導(dǎo)率低于所述面向內(nèi)的塊的熱傳導(dǎo)率且在適當(dāng)?shù)那闆r下低于所述面向外的板的熱傳導(dǎo)率。

所述楔入元件因此不形成有害于所述熱絕緣元件之間的槽殼壁的熱傳導(dǎo)橋。

根據(jù)一種可能，所述楔入元件具有小于2W/m.K的熱傳導(dǎo)率(在室溫下使用ASTM C201測(cè)量的)。

有利地，所述楔入元件由耐火磚例如硅酸鹽或云母板制成，它們具有良好的壓縮強(qiáng)度和低熱傳導(dǎo)率。

典型地，所述保護(hù)元件與所述楔入元件的材料或類型相同。

有利地，所述面向內(nèi)的塊由碳基材料制成，所述材料尤其基于SiC，其確保槽殼將是耐用的，盡管是高度腐蝕的電解條件。

本發(fā)明的其他方面、目的和優(yōu)點(diǎn)將在閱讀對(duì)作為非限制性實(shí)施例并且參考附圖給出的本發(fā)明的實(shí)施方案的以下描述時(shí)更清楚地顯現(xiàn)。為了提高可讀性，對(duì)于示出的所有元件，附圖未必按比例繪制。在以下描述中，為了簡(jiǎn)單，與多個(gè)實(shí)施方案相同的、類似的或等同的元件具有相同的參考數(shù)字。

圖1例示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電解池的內(nèi)部的局部示意性視圖。

圖2例示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電解池的內(nèi)部的另一個(gè)局部示意性視圖。

圖3例示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電解池的內(nèi)部的又一個(gè)局部示意性視圖。

圖4是根據(jù)圖3中例示的本發(fā)明的實(shí)施方案的電解池的內(nèi)部的局部截面視圖。

如圖1中例示的，電解池100包括槽殼200和側(cè)向絕緣襯里，該側(cè)向絕緣襯里包括交替地固定抵靠在槽殼200的側(cè)壁3上的熱絕緣元件1和楔入元件2。這些熱絕緣元件1用保護(hù)元件4覆蓋(圖2)，所述保護(hù)元件進(jìn)而覆蓋支承抵靠所述楔入元件2的面向內(nèi)的塊5(圖3)。面向外的板6也抵靠槽殼200的側(cè)壁3延伸并且在熱絕緣元件1的楔入元件2和保護(hù)元件4上方對(duì)齊。(圖3)。

熱絕緣元件1因楔入元件2的布置而免受槽殼200的側(cè)壁和面向內(nèi)的塊5之間的壓縮影響，所以它們可以由可壓縮的熱絕緣材料制成。所述可壓縮的熱絕緣材料可以是，例如，纖維材料，諸如，玻璃纖維材料、碳化纖維材料、巖石纖維材料或大麻纖維材料。所述可壓縮的熱絕緣材料還可以是例如高度絕緣多微孔類型的或基于珍珠巖、硅藻土或硅酸鈣的材料。

由可壓縮材料制成的熱絕緣元件1具有高熱絕緣系數(shù)，使得小厚度的此可壓縮材料足以確保它們覆蓋的槽殼的壁的良好熱絕緣。

楔入元件2包括耐火材料，諸如，耐火磚硅酸鹽或云母板。所述楔入元件必須保護(hù)所述熱絕緣元件免于被壓碎并且有利地促進(jìn)熱絕緣。這些楔入元件2以及保護(hù)元件4通常表現(xiàn)出的熱絕緣特性劣于熱絕緣元件1的熱絕緣特性，即使它們是良好的絕緣體。它們的熱傳導(dǎo)率小于2W/m.K。沿著槽殼200的壁3的縱向軸線(x軸線，圖1)測(cè)量的每個(gè)熱絕緣元件1的長(zhǎng)度被選擇成大于每個(gè)楔入元件2的長(zhǎng)度。通常，應(yīng)用一比四且優(yōu)選地一比五的長(zhǎng)度比，以獲得槽殼200的壁3上的最佳熱量損耗減少。

此外，每個(gè)楔入元件2的厚度等于或大于熱絕緣元件1的厚度。此外，兩個(gè)相鄰的楔入元件2之間的計(jì)劃距離小于一個(gè)面向內(nèi)的塊5的沿著槽殼200的壁3的縱向軸線x的長(zhǎng)度，以使得面向內(nèi)的塊5可以支承抵靠至少兩個(gè)楔入元件2。以此方式，每個(gè)面向內(nèi)的塊5抵靠至少兩個(gè)楔入元件2安置。所述楔入元件具有大于10MPa的抗壓縮強(qiáng)度，以使得它們是足夠剛性的且不可壓縮的，以防止面向內(nèi)的塊5壓縮由可壓縮材料制成的熱絕緣元件1，否則其會(huì)出現(xiàn)減弱的熱絕緣特性。

面向內(nèi)的塊5是碳基材料。它的作用是幫助保護(hù)槽殼200的壁3和熱絕緣元件1免于在非常高的溫度下由于液體鋁和/或電解浴造成的腐蝕影響。它意在覆蓋所有熱絕緣元件1、楔入元件2以及面向外的元件6的至少一部分。

如圖2中例示的，保護(hù)元件4可以插入在熱絕緣元件1和面向內(nèi)的塊5之間，處在兩個(gè)相鄰的楔入元件2之間的空間內(nèi)。每個(gè)楔入元件2具有與一個(gè)保護(hù)元件4和一個(gè)熱絕緣元件1的總厚度大體上相同的厚度。這些由耐火材料制成的保護(hù)元件4可以隨著時(shí)間過(guò)去保護(hù)絕緣并且完成通過(guò)熱絕緣元件1提供的熱絕緣。保護(hù)元件4可以由與楔入元件2的組分相同的組分制成。

如圖3中例示的，面向外的板6由碳化硅(SiC)基材料制成，具有與楔入元件2的厚度大體上相同的厚度，覆蓋槽殼200的內(nèi)壁3與面向內(nèi)的塊5之間的熱絕緣元件1、楔入元件2以及保護(hù)元件4的上側(cè)邊緣。此布置有助于保護(hù)不同的元件免受腐蝕并且以在適當(dāng)?shù)奈恢锰幪峁╇娊庠　⒉蹥け谂c外部大氣之間的合適的熱量交換以創(chuàng)建一組保護(hù)面向內(nèi)的塊5的冰晶石。

根據(jù)一種未例示的可能性，槽殼的所有側(cè)壁3都被熱絕緣元件1、楔入元件2、保護(hù)元件4、面向內(nèi)的塊5和面向外的板6覆蓋。以此方式，槽殼200具有最佳的熱分布。

圖4是電解池的局部截面視圖，例示了槽殼200、直接抵靠槽殼200的壁3固定且與保護(hù)元件4相鄰、由面向內(nèi)的塊5和面向外的板6保護(hù)的熱絕緣元件1。

以此方式，本發(fā)明提供了一種具有側(cè)向絕緣襯里的電解池以通過(guò)占據(jù)很少空間的最佳的絕緣來(lái)有效地減少熱量損耗。

不言而喻，本發(fā)明不限制于上文以實(shí)施例的方式描述的實(shí)施方案，而是包括所描述的手段的所有技術(shù)等同物或變體以及它們的組合。