本實用新型涉及鋁電解冶煉領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種安全環(huán)保高齡型鋁電解裝置。

背景技術(shù)：

鋁作為日常生活中必不可少的金屬之一，一般采用電解法來進行金屬鋁的制備。

如圖1所示，一種大型預(yù)焙電解設(shè)備，包括有矩形的電解槽1和沿電解槽1長度方向鋪設(shè)的若干陰極碳塊2，電解槽1內(nèi)的若干陰極碳塊2通過若干陰極鋼棒3連接有陰極母線4，其中相鄰的陰極碳塊2之間形成有中縫、陰極碳塊2與電解槽1側(cè)壁之間形成有側(cè)縫，在鋪設(shè)陰極碳塊2時用碳間糊（碳粉與瀝青的混合物）把中縫填充，在側(cè)縫處使用碳間糊作為材料向上延伸形成有圍邊22，圍邊22與若干陰極碳塊2形成了能夠容納電解質(zhì)8和鋁液9的陰極部分，在電解槽1陰極部分上方設(shè)置有陽極部分5，陽極部分5包括有鋁導(dǎo)桿51和設(shè)置在鋁導(dǎo)桿51端部的陽極碳塊52，鋁導(dǎo)桿51遠離陽極碳塊52的一端連接有陽極母線6，陽極母線6起到串聯(lián)所有鋁導(dǎo)桿51的作用，直流電從陽極母線6經(jīng)過陽極部分5后進入電解槽1內(nèi)發(fā)生鋁電解反應(yīng)。結(jié)合圖2、圖3所示，在陰極碳塊2底部設(shè)置有用于插接配合陰極鋼棒3的鋼棒槽21，在電解槽1外設(shè)置有槽殼7，槽殼7將電解槽1包裹起來并且起到保溫作用，筑完爐后陰極鋼棒3全部隱蔽在陰極碳塊2底部，僅有一小部分端頭伸出槽殼7外與陰極母線4連接。

在實際生產(chǎn)中，完成還原后的鋁液9沉淀在陰極部分內(nèi)，由于電解鋁的反應(yīng)溫度為950℃，陰極部分在長時間使用下，陰極碳塊2內(nèi)部和陰極碳塊2之間容易出現(xiàn)裂縫導(dǎo)致鋁液9滲入陰極部分內(nèi)部，當(dāng)陰極部分內(nèi)部的裂縫延伸至陰極鋼棒3處，鋁液9與陰極鋼棒3直接接觸后會出現(xiàn)直流電從陽極母線6-陽極部分5-鋁液9-陰極鋼棒3-陰極母線4，鋁液與鐵在高溫通電的狀況下會發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)鐵鋁化合物，從而陰極鋼棒3內(nèi)的Fe離子析出進入電解質(zhì)8和鋁液9內(nèi)，出現(xiàn)陰極鋼棒3融化的現(xiàn)象，陰極部分內(nèi)的鋁液9和電解質(zhì)8從陰極鋼棒3位置向槽殼7漏出，造成漏槽事故。電解槽1內(nèi)鋁液9達950度左右，施救難度大，同時流出的鋁液9直接面對解電解槽1外的陰極母線4，時間稍長就會沖斷陰極母線4。

目前檢測陰極鋼棒3是否熔化主要有兩種方法：其一、通過電解再產(chǎn)鋁鐵含量上升來判斷，陰極鋼棒3熔化后鐵離子會溶入再生鋁，當(dāng)再生鋁表現(xiàn)出鐵含量連續(xù)上升，則可能陰極鋼棒3出現(xiàn)熔化，再去人工檢查陰極碳塊2下的陰極鋼棒3，這種方法相對容量較小的電解槽1非常有效，但隨著現(xiàn)代電解槽1的容量越來越大，再產(chǎn)鋁容量也越來越大（一般達30噸以上，且每天出鋁量近3噸），一根陰極鋼棒3每天熔化量在再產(chǎn)鋁中的鐵含量變化不明顯，在常規(guī)化驗中反映不出來，以至于出現(xiàn)有些電解槽1鋁含量還在99.70%以上情況下就出現(xiàn)漏槽。其二、通過陰極鋼棒3棒頭溫度變化來判斷陰極鋼棒3是否熔化，當(dāng)鋁液9穿過碳縫與陰極鋼棒3接觸后形成直導(dǎo)電體，使該陰極鋼棒3電流增大，造成該陰極鋼棒3較其它陰極鋼棒溫度較高，該方法只能發(fā)現(xiàn)一部分電解槽1陰極鋼棒3的熔化現(xiàn)象，但也出現(xiàn)了一些陰極鋼棒3棒頭溫度變化不明顯出現(xiàn)漏槽的情況，其原因是電解槽1本身就是高溫體，棒頭溫度受位置、環(huán)境、技術(shù)參數(shù)等諸多因素影響。

隨著現(xiàn)代電解鋁技術(shù)的發(fā)展電解槽1容量的不斷擴大，鋁電解槽1的壽命問題就更加突出，電解槽1陰極破損（即漏槽）直接影響到電解槽1的使用壽命。影響電解槽1的槽齡因素很多，到最后基本都歸結(jié)到陰極鋼棒3融化。目前為了保證正常生產(chǎn)，預(yù)防漏槽，有的廠采取計劃修槽，即電解槽1運行一定時間后，強制停產(chǎn)大修，造成一些不必要浪費；有的對高齡電解槽1實行專人重點監(jiān)護，費時費工，一般電解槽1陰極碳塊2其中出現(xiàn)一根陰極鋼棒3熔化后，就會存在漏槽的風(fēng)險，因此最先熔化的陰極鋼棒3決定了電解槽1壽命，現(xiàn)有技術(shù)存在改進之處。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型的目的在于提供一種安全環(huán)保高齡型鋁電解裝置，該鋁電解裝置通過設(shè)置插接部，將陰極鋼棒延伸至電解槽外側(cè)，能夠降低漏槽風(fēng)險，延長電解槽的使用壽命。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了如下技術(shù)方案：一種安全環(huán)保高齡型鋁電解裝置，包括電解槽以及位于電解槽內(nèi)用于容納電解質(zhì)和鋁液的陰極部分，所述陰極部分包括有若干陰極碳塊以及與陰極碳塊相連接的陰極鋼棒，陰極鋼棒連接陰極母線，若干所述陰極碳塊向電解槽外側(cè)延伸形成有插接部，所述陰極鋼棒位于電解槽外側(cè)且與插接部相連接。

通過采用上述技術(shù)方案，鋁液在陰極碳塊內(nèi)的裂縫中滲漏時，由于陰極鋼棒位于電解槽外側(cè)，鋁液僅能在陰極碳塊內(nèi)部滲漏，即使電解槽內(nèi)的陰極碳塊出現(xiàn)裂紋、破損，鋁液滲到陰極碳塊底部，也不會出現(xiàn)鋁液直接接觸陰極鋼棒進而導(dǎo)致陰極鋼棒熔化的現(xiàn)象；裂縫內(nèi)的鋁液溫度降低后會將裂縫填充，即便是發(fā)生鋁液滲漏電解槽也可正常運行，有效的解決有由于陰極鋼棒融化出現(xiàn)漏槽現(xiàn)象；改進后的鋁電解槽一方面大大延長電解槽的運行壽命（即槽齡），另一方面電解槽不會出現(xiàn)突然漏槽，大大提高生產(chǎn)過程的安全性。

本實用新型進一步設(shè)置為：所述插接部內(nèi)開設(shè)有插接槽，所述陰極鋼棒嵌設(shè)于插接槽內(nèi)，陰極鋼棒表面與插接槽內(nèi)壁相抵接。

通過采用上述技術(shù)方案，插接配合的連接方式較為簡單，易于安裝連接，將陰極鋼棒表面與插接槽內(nèi)壁相抵接，有利于增大電流通過的有效面積，進而使得鋁電解反應(yīng)的順暢進行。

本實用新型進一步設(shè)置為：所述陰極碳塊沿電解槽寬度方向左右兩側(cè)均延伸形成有插接部，所述陰極鋼棒與插接部呈一一對應(yīng)設(shè)置。

通過采用上述技術(shù)方案，增加插接部的整體數(shù)量，提高了陰極鋼棒與插接部之間相抵接的有效電流通過面積，降低整體的電阻值，進而降低了陰極鋼棒與陰極炭塊之間的壓降，有利于提高鋁電解反應(yīng)的效率。

本實用新型進一步設(shè)置為：所述插接部呈水平柱狀結(jié)構(gòu)。

通過采用上述技術(shù)方案，柱狀結(jié)構(gòu)的插接部能夠較好的和陰極鋼棒的形狀相適配，便于安裝連接。

本實用新型進一步設(shè)置為：所述插接部與陰極碳塊一體成型設(shè)置。

通過采用上述技術(shù)方案，陰極碳塊在生產(chǎn)制造時，將生產(chǎn)陰極碳塊的模具增加插接部的空腔，起到便于加工的目的，減少因不同材料造成的電流波動，減少改進后陰極碳塊的生產(chǎn)制造成本；另一方面還可以提高鋁液在陰極部分內(nèi)的穩(wěn)定性。

本實用新型進一步設(shè)置為：所述插接部表面設(shè)置有若干環(huán)形溝槽，環(huán)形溝槽槽側(cè)壁呈豎直設(shè)置，所述環(huán)形溝槽位于電解槽內(nèi)。

通過采用上述技術(shù)方案，一方面，溝槽的設(shè)置能夠延長鋁液在插接部表面沿水平方向的外滲透路徑，另一方面，呈豎直設(shè)置的溝槽槽側(cè)壁能夠?qū)λ较蛲庋由斓牧芽p起到一定的阻擋作用，從一定程度上減緩插接部表面開裂的情況，進而減緩鋁液向槽殼外滲漏。

本實用新型進一步設(shè)置為：所述插接槽與陰極鋼棒之間填充有生鐵層。

通過采用上述技術(shù)方案，生鐵層將陰極鋼棒與插接槽內(nèi)壁之間的縫隙填充以提高兩者間的有效接觸面積，鐵具有較好的導(dǎo)電率，在電流不變的基礎(chǔ)上，增強材料的導(dǎo)電率，能夠有效降低電解槽的發(fā)熱量，進而有利于電解反應(yīng)的穩(wěn)定運行。

本實用新型進一步設(shè)置為：所述插接部背對陰極碳塊一端設(shè)置有兩相對分布的鋼板，兩所述鋼板通過緊固件壓接固定在陰極碳塊表面。

通過采用上述技術(shù)方案，一方面，利用鋼板和緊固件向陰極鋼棒方向進行擠壓，增強陰極鋼棒與插接部的連接穩(wěn)定性，另一方面，鋼板可以直接連接陰極母線，從而增加連接點，達到增大總接觸面積的目的，在電流不變的基礎(chǔ)上，增大電流的有效導(dǎo)通面積，能夠有效降低電解槽的發(fā)熱量，進而有利于電解反應(yīng)的穩(wěn)定運行。

本實用新型進一步設(shè)置為：所述電解槽槽底設(shè)置有耐火保溫層和防滲層。

通過采用上述技術(shù)方案，耐火保溫層以及防滲層可阻止鋁液穿過陰極碳塊后繼續(xù)向下滲漏，有利于保護電解槽底壁，進而延長電解裝置的使用壽命。

綜上所述，本實用新型具有以下有益效果：

其一、改進后的鋁電解裝置排除生產(chǎn)中重大隱患，確保人身安全和生產(chǎn)安全，使以前很難判斷的槽破損造成陰極鋼棒熔化突然漏槽得以減少；

其二、改進后的鋁電解裝置避免了鋁液與陰極鋼棒的連接現(xiàn)象，大大延長鋁電解槽壽命，降低生產(chǎn)成本；

其三、通過減少鋁電解槽的檢修次數(shù)來減少電解質(zhì)中有害物質(zhì)的排放，從而降低對環(huán)境破壞，有利于環(huán)境保護。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中陰極碳塊底部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實施例鋁電解裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實施例鋁電解裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為實施例陰極碳塊處的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、電解槽；2、陰極碳塊；21、鋼棒槽；22、圍邊；3、陰極鋼棒；4、陰極母線；5、陽極部分；51、鋁導(dǎo)桿；52、陽極碳塊；6、陽極母線；7、槽殼；8、電解質(zhì)；9、鋁液；10、插接部;101、溝槽；102、插接槽；11、鋼板；12、耐火保溫層；13、防滲層。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖4至6對本實用新型作進一步詳細說明。

如圖4、圖5所示，一種安全環(huán)保高齡型鋁電解裝置，包括鋁電解槽1，在鋁電解槽1中設(shè)置有與陰極母線4相連的陰極部分，陰極部分起到容納電解質(zhì)8和鋁液9的作用，三氧化二鋁粉末溶解在電解質(zhì)8中，三氧化二鋁的還原反應(yīng)均在陰極部分上進行，陰極部分設(shè)置在電解槽1內(nèi)，在陰極部分下還鋪設(shè)有耐火保溫層12以及防滲層13，耐火保溫層12以及防滲層13的設(shè)置可阻止鋁液9穿過陰極碳塊2后繼續(xù)向下滲漏，耐火保溫層12由氮化硅結(jié)合碳化硅磚鋪設(shè)而成，防滲層13有耐火泥漿和干式防滲料混合而成；電解槽1外側(cè)設(shè)置有槽殼7，在槽殼7上插裝有陽極部分5，陽極部分5包括有鋁導(dǎo)桿51和設(shè)置在鋁導(dǎo)桿51端部的陽極碳塊52，鋁導(dǎo)桿51遠離陽極碳塊52一側(cè)與電解槽1外的陽極母線6相聯(lián)，陽極碳塊52設(shè)置在電解質(zhì)8內(nèi)，直流電的輸入為：陽極母線6-鋁導(dǎo)桿51-陽極碳塊52-電解質(zhì)8-鋁液9，直流電流的輸出為：鋁液9-陰極碳塊2-陰極鋼棒3-陰極母線4，使電解槽1內(nèi)發(fā)生2Al₂O₃+3C=（通電）4Al+3CO₂↑的電化學(xué)反應(yīng)。

如圖4、圖5所示，陰極碳塊2上設(shè)置有沿電解槽1寬度方向延伸至槽殼7外的若干插接部10，插接部10呈水平設(shè)置，插接部10與陰極碳塊2一體成型且采用相同材料制成，插接部10整體呈長條型柱狀結(jié)構(gòu)，插接部10穿設(shè)槽殼7以及電解槽1，在插接部10上設(shè)置有沿自身長度方向的插接槽102，陰極鋼棒3通過插接槽102插接配合在插接部10上，陰極鋼棒3與插接部10的連接段設(shè)置在槽殼7外部，陰極鋼棒3遠離插接部10一端與陰極母線4相連，從而使陰極碳塊2與陰極母線4連通。

如圖4、圖5所示，插接部10從槽殼7側(cè)壁穿設(shè)而出，陰極部分的鋁液9會從穿設(shè)處的插接部10裂縫滲漏至槽殼7外部，為了防止鋁液9滲漏造成的鋁液9浪費和燙傷現(xiàn)場操作者，在插接部10上開設(shè)有若干環(huán)形溝槽101，溝槽101開設(shè)在插接部10靠近陰極碳塊2一側(cè)，若干溝槽101位于電解槽1內(nèi)部且沿插接部10長度方向均勻分布，溝槽101的設(shè)置一方面能夠延長鋁液在插接部10表面沿水平方向的外滲透路徑，減緩滲透速度，另一方面，當(dāng)裂縫開裂至溝槽101處時，呈豎直設(shè)置的溝槽101槽壁能夠?qū)λ较蛲庋由斓牧芽p起到一定的阻擋作用，能夠從一定程度上減緩插接部10表面開裂的情況，進而避免鋁液9向槽殼7外滲漏。

如圖4所示，由于本方案中將陰極鋼棒3通過插接部10插接的方式設(shè)置在陰極碳塊2的側(cè)部，與現(xiàn)有技術(shù)相比，陰極鋼棒3與陰極碳塊2的實際導(dǎo)通面積減小，在電流保持不變的基礎(chǔ)上，單位面積的減小導(dǎo)致其發(fā)熱量增大，進而容易導(dǎo)致電解槽1溫度上升，影響電解反應(yīng)。

如圖6所示，為了解決電解槽1溫度上升的情況，首先，可以通過增加陰極鋼棒3的側(cè)表面積來增加電流的有效導(dǎo)通面積，提高現(xiàn)有技術(shù)中的陰極鋼棒橫截面的整體寬度，在電流不變的基礎(chǔ)上，增大電流的有效導(dǎo)通面積，能夠有效降低發(fā)熱量；

如圖6所示，其次，現(xiàn)有技術(shù)中陰極鋼棒3與鋼棒槽21通過碳間糊固定連接在一起，本方案中將碳間糊固定改為生鐵水澆鑄固定形成生鐵層，通過生鐵水將陰極鋼棒3與插接槽102內(nèi)壁之間的縫隙填充以提高兩者間的有效接觸面積，同時由于鐵的導(dǎo)電率優(yōu)于碳粉與瀝青混合物的導(dǎo)電率，在電流不變的基礎(chǔ)上，增強相互材料之間的導(dǎo)電率，能夠有效降低發(fā)熱量；

如圖6所示，具體實施時還可以在陰極鋼棒3與插接部10的連接段上設(shè)置兩相對的鋼板11，鋼板11通過緊固件壓接固定在陰極碳塊2表面，在實際實施過程中，陰極母線4不僅僅可以連接在陰極鋼棒3上，還可以連接在鋼板11上，增大了有效連接面積，在電流不變的基礎(chǔ)上，增大電流的有效導(dǎo)通面積，能夠有效降低發(fā)熱量。

具體實施過程：

在鋁電解的生產(chǎn)中，陰極碳塊2上為電解質(zhì)8以及電解后的鋁液9，電解質(zhì)8中包括有三氧化二鋁，陽極碳塊52通過鋁導(dǎo)桿51與槽外的陽極母線6相聯(lián)，電流通過陽極部分5輸入電解槽1，直流電流經(jīng)鋁液9、陰極碳塊2和陰極鋼棒3導(dǎo)出槽外，使電解槽1內(nèi)可以發(fā)生2Al₂O₃+3C=4Al+3CO₂↑的電化學(xué)反應(yīng)。

在陽極部分5端發(fā)生2O²ˉ+C-4eˉ=CO₂↑，在陰極部分上發(fā)生Al³⁺+3eˉ=Al，電解出來的鋁液9下沉至陰極碳塊2上。

本具體實施例僅僅是對本實用新型的解釋，其并不是對本實用新型的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后可以根據(jù)需要對本實施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻的修改，但只要在本實用新型的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護。