專利名稱：一種陰極結(jié)構(gòu)的鋁電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及有色金屬冶金鋁電解槽技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用陰極結(jié)構(gòu)的高效節(jié)能鋁電解槽。
背景技術(shù)：
已知電解槽的熱平衡是鋁電解生產(chǎn)過程中的電熱行為，是鋁電解生產(chǎn)中的核心理論和技術(shù)內(nèi)容之一。良好的電解槽熱平衡狀態(tài)是電解槽設(shè)計者和生產(chǎn)技術(shù)管理者的追求目標，因為它是鋁電解槽實現(xiàn)高效、低電能消耗的技術(shù)保證。在熱平衡方程式中，單位時間內(nèi)輸入熱平衡體系內(nèi)的能量可以用熱平衡體系內(nèi)的電壓降乘以系列電解槽的電流強度來表示，而電解槽對周圍環(huán)境的熱損失是通過測量電解槽熱平衡體系表面溫度和臨界環(huán)境溫度，并使用相關(guān)的散熱數(shù)學(xué)公式計算而來。 維持電解槽熱平衡的目的其一是使電解槽在穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài)下生產(chǎn)，熱收入等于熱支出；其二是盡量減少熱損失，同時減少熱收入，達到降低平均電壓、節(jié)省電能的目的。電解槽的熱平衡及電解槽的熱損失分布主要與電解槽的熱設(shè)計有關(guān)。原電解槽側(cè)部炭塊為氮化硅結(jié)合炭化硅材質(zhì)，人造伸腿用炭素周圍糊扎固而成。受糊料成分以及糊料軟化點、加熱溫度、以及扎固壓力、扎固溫度、方向與方法等影響，此種人造伸腿密實度不均勻，焙燒效果差。由于人造伸腿并不參與電阻升溫，所以在槽底預(yù)熱過程中升溫滯后，約與槽內(nèi)電阻升溫部分相差300°C左右，在電解槽啟動時人造伸腿還沒有完全焦化。啟動時電解質(zhì)溫度高達1000°C左右，高溫電解質(zhì)使其焦化速度驟然加快，導(dǎo)致最終的焙燒效果并不理想，出現(xiàn)較多的裂紋、起層剝離等現(xiàn)象，嚴重的將引起電解槽側(cè)部早期破損，影響電解槽的槽壽命。此外這種扎固的人造伸腿結(jié)構(gòu)較疏松，在啟動后選擇性吸鈉能力較強，極易造成人造伸腿的損壞，不僅破壞了電解槽側(cè)下部的熱平衡，同時也不利于爐幫伸腿有規(guī)整的型成，更是存在安全隱患，易造成漏爐事故。如圖I所示，圖中I是氮化硅結(jié)合炭化硅側(cè)部炭塊，2是普通陰極炭塊，3是周圍糊炭素的人造伸腿。目前通過陰極高效節(jié)能鋁電解槽技術(shù)已能夠?qū)⒉垭妷河?.2v降至3. 8v，在噸鋁電耗大幅下降的同時，由于電解槽能量收入偏低，電解槽普遍趨冷，導(dǎo)致伸腿增大，爐底結(jié)殼，效應(yīng)頻繁，在增加能耗的同時嚴重影響了電流效率的穩(wěn)定性。異型陰極炭塊的改進，能有效緩解因異型槽熱收入偏低，側(cè)部散熱過大，而造成的效應(yīng)增多，沉淀過厚，波動增加等弊端，與傳統(tǒng)側(cè)部材料相比較異型陰極側(cè)部炭塊，有以下幾個方面的優(yōu)勢 I、強度高。由于異型陰極側(cè)部炭塊是將人造伸腿與側(cè)部塊做成了一個整體，上槽前經(jīng)過預(yù)先焙燒，比之扎糊而成的人造伸腿強度高，耐沖蝕性好，有效地減少了滲鋁通道。 2、高電阻率。由于增加了異型陰極側(cè)部炭塊的厚度，尺寸由原640 X 400 X 95mm增加至720 X 400 X 120/285mm,符合電解槽對減少側(cè)部水平電流、增大垂直電流的要求。 3、低熱傳導(dǎo)。由于具備極低的導(dǎo)熱系數(shù)對減少電解槽側(cè)部散熱，從而型成較好的側(cè)部爐幫，降低因熱收入減少而帶來的效應(yīng)系數(shù)過高，爐底沉淀增加等不利因素。
4、高密度材料。側(cè)部由原以周圍糊為扎固材料改為異型炭塊，密度由原I. 44/g cm3提高至I.56/g cm3側(cè)部由于使用的是高密度全無煙煤材質(zhì)，相對于人工扎糊可減少其對鈉質(zhì)的吸收，從而降低因膨脹帶來的早期破損。5、提高電流效率。異型陰極炭塊的改進，結(jié)合異型陰極結(jié)構(gòu)，具有縮小鋁液鏡面的作用，減少招水二次反應(yīng)機率。6、方便施工節(jié)省費用。由于采用異型側(cè)部炭塊后，人工槽周圍扎糊主要起到固定輔助異型側(cè)部炭塊的作用，安裝方便，減輕了勞動強度，加快了施工進度，此外由氮化硅結(jié)合炭化硅改為無煙煤材質(zhì)后，節(jié)省材料費用，經(jīng)濟效益顯著。但是異型陰極炭塊的使用在降低鋁電解工作電壓的同時也使電解槽能量收入降低，導(dǎo)致電解槽能量平衡遭到破壞，電解槽趨向冷行程，工藝技術(shù)條件出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對電解槽普遍趨冷，導(dǎo)致伸腿增大，爐底結(jié)殼，效應(yīng)頻繁，在增加能耗的同時嚴重影響了電流效率穩(wěn)定性的不足和異型陰極炭塊的使用在降低鋁電解工作電 壓的同時也使電解槽能量收入降低，導(dǎo)致電解槽能量平衡遭到破壞，電解槽趨向冷行程，工藝技術(shù)條件出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，特提出一種陰極結(jié)構(gòu)的高效節(jié)能鋁電解槽。為此本實用新型的技術(shù)方案為，一種陰極結(jié)構(gòu)的鋁電解槽，包括在使用異型陰極側(cè)部炭塊，異型陰極側(cè)部炭塊與異型陰極炭塊之間用周圍糊炭素的人造伸腿，其特征在于在異型陰極側(cè)部炭塊背部設(shè)有陶瓷纖維板。有益效果本實用新型在異型陰極側(cè)部炭塊背部設(shè)有陶瓷纖維板加強保溫效果，即異型陰極電解槽降低的能量收入通過加強保溫予以抵消。改變傳統(tǒng)電解槽由側(cè)部散熱型向側(cè)部保溫型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。減小了電解槽因能量收入降低而產(chǎn)生的負面影響，結(jié)合采用陶瓷纖維板作為異型側(cè)部炭塊背襯保溫材料。該技術(shù)使電解槽側(cè)部熱損失大為降低，取得了良好的應(yīng)用效果。經(jīng)測算采用異型側(cè)部炭塊與陶瓷纖維板相結(jié)合的側(cè)部爐幫較普通電解槽側(cè)部溫度降低彡 63。。。同時異型陰極側(cè)部炭塊與陶瓷纖維板結(jié)合使用還具有以下優(yōu)勢與異型陰極側(cè)部炭塊結(jié)合使用可及時吸收消化異型側(cè)部炭塊加熱過程中產(chǎn)生的膨脹力，避免了因應(yīng)力造成異型陰極側(cè)部炭塊產(chǎn)生裂紋等現(xiàn)象。陶瓷纖維板具備較高的耐熱溫度，在高溫條件下，陶瓷纖維板的物理和化學(xué)性能基本沒有任何變化，與異型陰極側(cè)部炭塊結(jié)合使用即使在電解槽啟動初期的高溫狀態(tài)下，強度彈性等基本保持不變，確保了電解槽在正常生產(chǎn)過程中的使用效果。以陶瓷纖維板作為異型陰極側(cè)部炭塊背襯較普通電解槽可有效降低等溫面法線方向的熱流密度。異型陰極側(cè)部炭塊的改進，能有效緩解因異型槽熱收入偏低，側(cè)部散熱過大，而造成的效應(yīng)增多，沉淀過厚等弊端，與傳統(tǒng)側(cè)部材料相比較異型側(cè)部炭塊，具備強度高、低熱導(dǎo)率、提高電流效率、低成本的特點。

[0020]圖I傳統(tǒng)電解槽局部內(nèi)襯圖，圖中I是氮化硅結(jié)合炭化硅側(cè)部炭塊，2是普通陰極炭塊，3是周圍糊炭素。圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中3是周圍糊炭素，4是異型陰極側(cè)部炭塊，5是異型陰極炭塊，6是陶瓷纖維板。
具體實施方式
本實用新型如圖2所示。一種陰極結(jié)構(gòu)的鋁電解槽，包括在使用異型陰極側(cè)部炭塊4，異型陰極側(cè)部炭塊4與異型陰極炭塊5之間用周圍糊炭素的人造伸腿3，在異型陰極側(cè)部炭塊4背部設(shè)有陶瓷纖 維板6。
權(quán)利要求1. 一種陰極結(jié)構(gòu)的鋁電解槽，包括在使用異型陰極側(cè)部炭塊，異型陰極側(cè)部炭塊與異型陰極炭塊之間用周圍糊炭素的人造伸腿，其特征在于在異型陰極側(cè)部炭塊背部設(shè)有陶瓷纖維板。
專利摘要本實用新型為一種陰極結(jié)構(gòu)的鋁電解槽，包括在使用異型陰極側(cè)部炭塊，異型陰極側(cè)部炭塊與異型陰極炭塊之間用周圍糊炭素的人造伸腿，是在異型陰極側(cè)部炭塊背部設(shè)有陶瓷纖維板。陶瓷纖維板加強保溫效果，改變傳統(tǒng)電解槽由側(cè)部散熱型向側(cè)部保溫型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變；陶瓷纖維板具備較高的耐熱溫度，與異型陰極側(cè)部炭塊結(jié)合使用即使在電解槽啟動初期的高溫狀態(tài)下，強度彈性等基本保持不變，確保了電解槽在正常生產(chǎn)過程中的使用效果；可有效降低等溫面法線方向的熱流密度；有效緩解因異型槽熱收入偏低，側(cè)部散熱過大，而造成的效應(yīng)增多，沉淀過厚等弊端，與傳統(tǒng)側(cè)部材料相比較異型側(cè)部炭塊，具備強度高、低熱導(dǎo)率、提高電流效率、低成本的特點。
文檔編號C25C3/08GK202595287SQ201220162738
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者王榮鑄, 陸義龍, 陳選兵, 費征, 董鵬, 王宇, 陳富東, 王文輝, 黃騰 申請人:漢江丹江口鋁業(yè)有限責(zé)任公司