專利名稱：一種具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電解鋁技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)際大型預(yù)焙槽每噸鋁的直流電耗已降到13000Kwh左右，但是距理論電耗 相差甚遠(yuǎn)，能量利用率還不足50%。不斷探索采用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗不僅有利于節(jié) 約能源和減少污染，還能降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，節(jié)能降耗 仍然是現(xiàn)代鋁業(yè)公司的主攻方向。
電流效率提高到96%以上和直流電耗降低到12800 Kwh/t-Al以下己經(jīng)成為國(guó)際鋁業(yè) 界的奮斗方向。噸鋁直流電耗決定于兩個(gè)因素， 一是槽電壓，二是電流效率，槽電壓的 降低和電流效率的提高，都能使噸鋁電耗降低。故可以通過(guò)降低槽電壓和提高電流效率 來(lái)降低噸鋁直流電耗。
在電解過(guò)程中，V工作二 E+V陽(yáng)極+V電解質(zhì)+V陰極+V母線+V接點(diǎn)，其中電解質(zhì)壓降存 在較大的壓縮空間，而它與極距的高低有著直接的聯(lián)系。資料表明，當(dāng)極距為4.5cm， 電解質(zhì)電壓為1.6 V時(shí)，極距每降低1 mm可減少電解質(zhì)電壓降33.6 mV，相當(dāng)于直流 電耗降低約100 Kwh/t-Al。目前電解槽極距普遍保持在4.0 5.0 cm，而有數(shù)據(jù)表明， 如果鋁液波動(dòng)可以進(jìn)一步減小，極距可以降低到3.0 cm以下，同時(shí)也可減少鋁的二次 氧化，提高電流效率。因此，在不影響電解槽熱平衡，保證槽電壓不擺動(dòng)的情況下，可 以通過(guò)減小鋁液的波動(dòng)，來(lái)適當(dāng)?shù)乜s小極距，降低電解質(zhì)壓降，從而降低能耗。
采用冰晶石一氧化鋁熔鹽電解法生產(chǎn)金屬鋁的傳統(tǒng)電解槽，普遍存在鋁液、陰極碳 塊、陰極鋼棒的電流分布不均，這不僅使陰極碳?jí)K存在局部高溫區(qū)，致使電解槽出現(xiàn)早 期破損或電解槽壽命過(guò)短，而且電流的分布不均，也會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)的分布不均，從而引起 鋁液流動(dòng)出現(xiàn)紊流、波動(dòng)和槽況不穩(wěn)定的不良后果。由于鋁液、陰極碳?jí)K、陰極鋼棒的 電流分布不均而引起鋁液波動(dòng)過(guò)大是傳統(tǒng)電解槽極距和槽電壓很難繼續(xù)降低的主要原 因之一。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前采用的冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法生產(chǎn)金屬鋁電解槽普遍出現(xiàn)鋁液水平電 流較大、陰極碳?jí)K和陰極鋼棒電流分布不均，以致產(chǎn)生的鋁液波動(dòng)過(guò)大、極距無(wú)法繼續(xù) 降低、槽電壓遠(yuǎn)大于理論電壓、陰極碳?jí)K局部過(guò)熱、電解槽早期破損等問(wèn)題。本發(fā)明克 服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽，包括陰極碳?jí)K、 炭間糊、陰極鋼棒和鋼棒糊，其特征在于所述陰極碳?jí)K是經(jīng)過(guò)倒角并開(kāi)槽的新型碳?jí)K，其橫截面上部呈梯形，縱截面中部上表面沿橫向開(kāi)一個(gè)貫通矩形槽。 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽，包括陰極碳?jí)K、炭間糊、陰極鋼棒和 鋼棒糊。
1) 制作陰極碳?jí)K時(shí)，使陰極碳?jí)K橫截面上部呈梯形，梯形高為20 180咖，上底
寬200 350 mm，下底寬與陰極碳?jí)K寬度相同；
2) 在陰極碳?jí)K縱向中部上表面沿橫向開(kāi)一個(gè)貫通矩形槽，槽深度為20 180腿， 寬度為150 250 mm;
3) 在陰極碳?jí)K底部開(kāi)槽放入一根或兩根陰極鋼棒，陰極碳?jí)K和鋼棒之間的縫隙用 陰極鋼棒糊搗固，其中陰極鋼棒糊的骨料由煅后石油焦、人造石墨、電煅煤、冶金焦中 的一種或多種混合制成，粘結(jié)劑由改質(zhì)煤瀝青和煤焦油組成；
4) 保持陰極碳?jí)K與其相鄰碳?jí)K之間留有20 40咖縫隙，并把間隙用炭間糊搗固；
5) 將陰極碳?jí)K平鋪電解槽底部后保持整個(gè)電解槽底部陰極存在多條梯形槽，該梯 形槽是由兩個(gè)相鄰碳?jí)K以及連接它們的炭間糊構(gòu)成的，所有陰極碳?jí)K矩形槽組成一個(gè)縱 向長(zhǎng)槽并與多條梯形槽正交。
作為改進(jìn)，所述新型陰極碳?jí)K可以是半石墨質(zhì)陰極碳?jí)K、半石墨化陰極碳?jí)K，也可 以是全石墨化陰極碳?jí)K。
采用本發(fā)明提供的具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽進(jìn)行電解鋁生產(chǎn)時(shí)，為使 電解槽節(jié)能降耗發(fā)揮出最佳效果，配合相應(yīng)的電解生產(chǎn)工藝條件為槽電壓為3.0 4.3 V,電解溫度為930 970°C，電解質(zhì)分子比為1.9 2.7，電解質(zhì)水平為12 26 cm，鋁 水平為10 28cm (以陰極碳?jí)K梯形部分的上表面為基準(zhǔn))，極距為2.5 4.5 cm，氧化 鋁濃度為1.0% 3.0%。
通過(guò)本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是-
本發(fā)明提出的具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽不僅能改善鋁液、陰極碳?jí)K和 鋼棒電流密度的均勻分布和磁場(chǎng)的均勻分布，減少因磁場(chǎng)作用而對(duì)鋁液所產(chǎn)生的應(yīng)力， 還能有效緩減鋁液的流速，并改變鋁液的流態(tài)，變紊流為層流，減緩槽內(nèi)電解質(zhì)與鋁液 的波動(dòng)性，從而降低極距和槽壓降，使槽電壓降低300mV 700mV，噸鋁直流電耗降 低到11000 Kwh 12500Kwh，實(shí)現(xiàn)電解節(jié)能降耗。


圖l是 圖2是 圖3是 圖4是
個(gè)倒角開(kāi)槽陰極碳?jí)K連接 個(gè)倒角開(kāi)槽陰極碳?jí)K連接 個(gè)倒角開(kāi)槽陰極碳?jí)K連接 個(gè)倒角開(kāi)槽陰極碳?jí)K連接
根鋼棒的電解槽橫截面示意圖。 根鋼棒的電解槽縱截面示意圖。 根鋼棒的電解槽橫截面示意圖。 艱鋼棒的電解槽縱截面示意圖。
4圖中，1、鋼板槽殼；2、硅酸鈣板；3、保溫磚；4、防滲料；5、輕質(zhì)澆注料；6、 耐火磚；7、側(cè)部碳?jí)K；8、碳氮化硅磚；9、陰極鋼棒；10、陰極碳?jí)K；11、鋼棒糊； 12、碳間糊；13、周圍糊；14、高強(qiáng)澆注料。
具體實(shí)施例方式
如圖l、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明中的電解槽，加強(qiáng)了側(cè)部和底部的保溫，其
具體筑爐方式如下
1) 用鋼板槽殼1構(gòu)筑電解槽外圍；
2) 在電解槽最底層鋪墊一層硅酸鈣板2;
3) 在硅酸鈣板上鋪三層保溫磚3;
4) 在保溫磚3上鋪防滲料4，并振動(dòng)具有一定的壓實(shí)密度；
5) 將連有陰極鋼棒9并用鋼棒糊11搗固好的數(shù)塊新型倒角開(kāi)槽的陰極碳?jí)K10規(guī) 整放入電解槽；
6) 電解槽側(cè)部?jī)?nèi)襯小面采用輕質(zhì)澆注料5搗固而成，大面采用耐火磚6緊靠鋼板， 然后用高強(qiáng)澆注料14搗固而成；
7) 電解槽澆注料上部的側(cè)面內(nèi)襯采用側(cè)部碳?jí)K7和碳氮化硅磚8砌筑；
8) 用碳間糊12將陰極碳?jí)K之間的空隙填充并搗實(shí)；
9) 用周圍糊13將新型倒角開(kāi)槽碳?jí)K10、側(cè)部碳?jí)K7、碳氮化硅磚8以及高強(qiáng)澆注 料14或輕質(zhì)澆注料5之間的空隙搗實(shí)。
本發(fā)明的電解槽陰極碳?jí)K組與傳統(tǒng)電解槽的陰極碳?jí)K組也存在較大差異，具體體現(xiàn)
在
1) 制作陰極碳?jí)K時(shí)，對(duì)陰極碳?jí)K進(jìn)行倒角，倒角后的陰極碳?jí)K橫截面上部呈梯形， 梯形高為20 180mm，上底寬200~350 mm，下底寬度與陰極碳?jí)K寬度相同；
2) 在陰極碳?jí)K縱向中部上表面沿橫向開(kāi)一個(gè)貫通矩形槽，槽深度為20 180mm， 寬度為150~250mm;
3) 在陰極碳?jí)K底部開(kāi)槽放入一根或兩根陰極鋼棒，陰極碳?jí)K和鋼棒之間的縫隙用 陰極鋼棒糊搗固，其中陰極鋼棒糊的骨料由煅后石油焦、人造石墨、電煅煤、冶金焦中 的一種或多種混合制成，粘結(jié)劑由改質(zhì)煤瀝青和煤焦油組成；
4) 保持陰極碳?jí)K與其相鄰碳?jí)K之間留有20 40mm縫隙，并把間隙用炭間糊搗固；
5) 將陰極碳?jí)K平鋪電解槽底部后保持整個(gè)電解槽底部陰極存在多條梯形槽，該梯 形槽是由兩個(gè)相鄰碳?jí)K以及連接它們的炭間糊構(gòu)成的，所有陰極碳?jí)K矩形槽組成一個(gè)縱 向長(zhǎng)槽并與多條梯形槽正交。
作為改進(jìn)，所述新型陰極碳?jí)K可以選用半石墨質(zhì)陰極碳?jí)K、半石墨化陰極碳?jí)K，也 可以是全石墨化陰極碳?jí)K。實(shí)施例
如圖1和圖2中所示的電解槽，在每塊陰極碳?jí)K連接兩根鋼棒的情況下，本發(fā)明所 述電解槽構(gòu)筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)鋁的技術(shù)工藝條件如下-
1)制作陰極碳?jí)K時(shí)，對(duì)陰極碳?jí)K進(jìn)行對(duì)稱倒角，倒角后的陰極碳?jí)K橫截面上部呈 梯形，該梯形高為120mm，上底邊寬350mm，下底寬度與陰極碳?jí)K寬度相同為515mm， 碳?jí)K總高(上表面與下表面垂直距離)為550 mm;并在碳?jí)K縱向中部上表面沿橫向開(kāi) 一個(gè)貫通矩形槽，該矩形槽深度為120mm，寬度為250mm;
2) 陰極碳?jí)K采用半石墨質(zhì)陰極碳?jí)K，其中石墨含量為30%:
3) 陰極碳?jí)K與其相鄰碳?jí)K之間留有35mm縫隙，并把間隙用炭間糊搗固。該鋼棒 糊由煅后石油焦、人造石墨與改質(zhì)煤瀝青和煤焦油混捏而成；
4) 電解槽構(gòu)筑方式采用前面提供的構(gòu)筑方法，加強(qiáng)了側(cè)部和底部保溫；
5) 電解槽采用濕法無(wú)效應(yīng)焙燒啟動(dòng)，焙燒前在梯形槽或矩形槽中全部用人造石墨 碎填至與陰極碳?jí)K上表面齊平，然后在整個(gè)電解槽陰極上表面不同的分區(qū)填一層l 2cm厚不同電阻率的介質(zhì)，以確保焙燒啟動(dòng)時(shí)電流分布更為均勻；
6) 電解槽進(jìn)行電解鋁生產(chǎn)時(shí)，電解工藝條件為槽平均電壓為3.70V，電解溫度 為940 945。C，電解質(zhì)分子比為2.4 2.6，電解質(zhì)水平為16 18 cm，鋁水平為20 22 cm，極距為3.7 3.9cm，氧化鋁濃度為1.5 2.5%。
通過(guò)采用上面電解槽構(gòu)筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)鋁的技術(shù)工藝條件進(jìn)行電解鋁生產(chǎn)與傳 統(tǒng)電解槽生產(chǎn)方法相比，采用本發(fā)明時(shí)可使槽電壓由原來(lái)的4.10 V降低到3.70 V，即 槽電壓降低400 mV，噸鋁直流電耗由原來(lái)的13300 Kwh降低到12000 Kwh。
權(quán)利要求
1、一種具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽，其特征在于，所述的鋁電解槽的陰極碳?jí)K上端經(jīng)過(guò)倒角，陰極碳?jí)K的上表面中部沿縱向設(shè)有凹槽。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽，其特征在于， 所述的經(jīng)過(guò)倒角的新型陰極碳?jí)K其橫向截面的上部呈梯形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽，其特征在于， 所述的梯形高為20 180mm，上底寬200~350mm，下底寬與陰極碳?jí)K寬度相同。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽，其特征在于， 所述的凹槽為貫通上表面的凹槽，凹槽形狀為矩形槽，矩形槽深度為20 180mm，寬度 為150~250mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽，其特征在 于，所述的陰極碳?jí)K底部連接一根或兩根陰極鋼棒。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)所述的一種具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽， 其特征在于，所述陰極碳?jí)K與其相鄰碳?jí)K之間留有20~40mm的縫隙，縫隙采用碳間糊 搗固。
全文摘要
一種具有倒角開(kāi)槽陰極的新型節(jié)能鋁電解槽，其特征在于所述電解槽采用的陰極碳?jí)K是經(jīng)過(guò)倒角并開(kāi)槽的新型碳?jí)K，其橫截面上部為梯形，縱截面中部上表面沿橫向開(kāi)一個(gè)貫通矩形槽，整個(gè)電解槽底部陰極表面呈現(xiàn)多條梯形槽與一條矩形槽正交的形狀。這種新型節(jié)能電解槽不僅能使鋁液、陰極碳?jí)K和鋼棒的電流密度分布更為均勻，還能改善磁場(chǎng)的均勻分布和減少因磁場(chǎng)作用而對(duì)鋁液所產(chǎn)生的應(yīng)力，有效降低鋁液的流速，改變鋁液的流態(tài)，變紊流為層流，減緩槽內(nèi)電解質(zhì)與鋁液的波動(dòng)，從而降低極距和槽壓降，實(shí)現(xiàn)電解節(jié)能降耗。
文檔編號(hào)C25C3/00GK101503809SQ20091004262
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日
發(fā)明者煜 張 申請(qǐng)人:湖南創(chuàng)元鋁業(yè)有限公司