用于具有惰性陽極的鋁電解槽的襯墊的制作方法
【專利說明】用于具有惰性陽極的鋁電解槽的襯墊
[0001] 本發(fā)明涉及有色金屬冶金，具體而言，涉及鋁的電解生產，特別是鋁電解槽的襯 墊。
[0002] 存在已知用于由耐火混凝土砌塊制成的鋁電解槽的襯墊?；炷粱旌衔镆韵率霰?例制備：15%的快凝水泥、85%的無煙煤集料、10%的石灰和6%的水。在通過振動壓實的 經典方法形成砌塊之后，將其轉移至干燥室以定形并在450°C去除大部分水。通過傳統(tǒng)方 法將砌塊放置在電解槽中并將接縫連接（81，發(fā)明人證書號1050574,C25C3/08,于1983 年10月23日公布）。
[0003] 利用這種鋁電解槽襯墊的缺點為如下事實：在此種制造具有無煙煤集料的砌塊的 方法中，在電解槽運行期間將發(fā)生耐火砌塊的碳組分的氧化，所述氧化是通過經陰極外殼 中的開口而來自外部的空氣以及通過來自內部（熔體側）的一氧化碳（CO)造成的。其結 果是，將毀壞耐火砌塊，其后造成電解質熔體進入陰極外殼，在最壞的情況下，金屬和電解 質將從槽中逸出。
[0004] 還存在已知用于由預制砌塊制成的鋁電解槽的襯墊，所述預制砌塊是基于具有氧 化鋁和碳質材料的混合物中的冰晶石。砌塊如下制成：將限定量的破碎的碳質材料倒入鑄 模中，添加約20重量％的氧化鋁，并且全部在預先熔化的冰晶石中鑄塑。由所得砌塊鋪成 底部和側部襯墊，將粉狀或熔融冰晶石層涂布至被連接的表面，然后加熱整個襯墊以便將 砌塊彼此密封并形成一個整料（USSR專利252224號，C22B3/02, 3/12,1969年9月10日 公布）。
[0005] 利用這種鋁電解槽襯墊的設計的缺點為如下事實：當使用此種基于熔點為 1010°C的冰晶石的砌塊時，由于工藝流程的中斷和熔化溫度的升高而總存在砌塊熔化的風 險。
[0006]與提出的發(fā)明最接近的是一種鋁電解槽的襯墊，其中底部由耐火的非碳材料（混 凝土）制成，并且披覆有不與液體鋁反應的二硼化鈦層。導電元件由截錐形式的鋁制成，其 與陰極鋁熔體接觸的上部為液態(tài)，而與陰極總線接觸的下部為固態(tài)，并且它們垂直穿過底 部安裝（RF專利 2281986 號，C25C3/08,C25C3/08, 2006 年 8 月 20 日公布）。
[0007] 這種設計能夠消除陰極中的水平電流，并因此減少在金屬和電解質之間邊界處的 循環(huán)和波的形成，其對電流產率和電力消耗參數具有直接影響；減少經底部以及陰極導電 元件和襯墊之間邊界處的熔體過濾；減輕堿金屬對底部的滲透，從而確保更長的電解槽使 用壽命。
[0008] 然而，將垂直導電元件安裝在鋪設了 4~5層的整料底部中是極其不足的：首先， 其需要復雜的模架；其次，傾倒體積為50~60噸的混凝土是相當復雜和昂貴的工藝；再 者，這種混凝土襯墊的固化和加溫將花費10~20天，否則可能爆發(fā)性地釋放蒸汽，造成襯 墊的毀壞。
[0009] 此外，使用倒置截錐形式導電元件（其上部是液態(tài)而下部是固體）意味著未溶于 電解質的氧化鋁將沉淀到槽底上并且堵塞底部中導電元件的通道。這將導致陰極中的電壓 梯度增加，而在最壞的情況下，其甚至可能導致導電元件的液體陰極和固體部件之間完全 失去接觸，這隨后造成一系列電解槽的破裂，從而急劇降低電解槽運行的能量效率。
[0010] 而且，安裝和制造上下橫截面積比為1:2且數量等于或大于原型中陽極數量的 倒錐式導電元件具有嚴重的缺點，其表現(xiàn)為通過導電元件從鋁中大量移除熱，這需要通過 增加電極間的間隙進行補充。這將增加制造每噸電解鋁所需的用電支出。下橫截面積由 0.65A/mm2的對鋁容許的電流密度而決定。這意味著，對于額定電流強度為120kA的具有 16個陽極和16個導電元件的電解槽，后者的直徑將分別為：下部0 120mm，上部0 170mm〇
[0011] 本發(fā)明解決的問題是開發(fā)襯墊的高能效設計，使之能夠降低在鋁生產上花費的 電，并且通過防止底部中具有導電元件的通道堵塞而確保電解槽的無故障運行。
[0012] 技術效果是減少通過導電元件從鋁中移除熱，并且在電解槽的整個使用壽命內獲 得穩(wěn)定的導電元件電阻。
[0013] 根據提出的發(fā)明實現(xiàn)上述問題的解決方案，其中，在封裝在陰極外殼中的具有惰 性陽極的鋁電解槽的襯墊中，所述襯墊包含由耐火非碳材料制成的底部以及鋁導電元件， 所述導電元件的與鋁熔體接觸的上部為液態(tài)而下部為固態(tài)，并且垂直穿過所述底部安裝， 所述底部由矮底部砌塊和具有突出部的高底部砌塊構成，所述矮底部砌塊安裝在所述底部 的端面，其中所述矮底部砌塊與所述具有突出部的高底部砌塊交替設置，并且在所述砌塊 的整個厚度范圍上于所述砌塊的所述突出部內提供垂直通道以便安裝所述導電元件，同時 將所述導電元件的下部固定至板式載流集電器，所述載流集電器從所述底部砌塊的端面水 平延伸出并穿過所述陰極外殼的縱向側。
[0014] 具有高底部砌塊和矮底部砌塊，而且提供具有突出部的高底部砌塊，并且在突出 部內具有用于導電元件的通道，同時通道的進入口處在高于底部準面的位置：這能夠降低 通道堵塞的可能性，并減少電損失。
[0015] 不同于在底部垂直抽出（現(xiàn)有技術當中），將導電元件連接至從砌塊端面水平延 伸出的板式載流集電器能夠大大降低熱耗，這意味著用于生產每噸鋁的用電消耗更少。板 材位于外殼內，并且大部分熱量留在槽中。
[0016] 本發(fā)明通過特定的區(qū)別特征得到補充，使其能夠實現(xiàn)陳述的目的。
[0017] 根據權利要求2,為了完全消除底部具有導電元件的通道堵塞的情況，導電元件為 L形或T形，使其能夠使通道出口位于底部砌塊的突出部的側表面上。
[0018] 根據權利要求3,底部砌塊由焙燒至1200°C的高鋁土耐火混凝土制成，或者由以 下若干層制成：由厚度為所述砌塊厚度的〇. 4~0. 6的高鋁土混凝土制成的工作層，且其余 為由鋁硅酸鹽混凝土制成的第二層。
[0019] 在1200°C，發(fā)生混凝土組分的燒結過程，形成陶瓷結合并且混凝土呈現(xiàn)其最大強 度。當電解質組分透過工作層并滲入第二層時，電解質將進入反應以形成鈉長石，其隨后將 溶解金屬氟化物并產生高度粘性的玻璃狀硅酸鹽體系，防止電解質組分的進一步滲透。
[0020] 根據權利要求4,底部砌塊之間的接縫由具有降低的粘度的耐火高鋁土混凝土制 成，或者通過具有5mm~20mm接縫厚度的粘合劑或膠結組合物制成。
[0021] 用具有降低的粘度的耐火高鋁土混凝土充填砌塊之間的接縫確?？蓪⒔涌p充填 至全高度，即使底部砌塊側表面的輪廓復雜也是如此。通過粘合劑或膠結組合物連接接縫 減小了砌塊間接縫的面積，并且產生了整塊的底部，其繼而減少了電解質漏泄到襯墊中的 可能性。
[0022] 通過圖形材料解釋了本發(fā)明的主旨。
[0023] 圖1顯示提出的鋁電解槽襯墊，通過切掉四分之一示出；
[0024] 圖2顯示切掉的組裝形式的