[发明专利]电解熔融池的内部冷却

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产铝的电解池，尤其涉及一种用于保持和控制通 过电解池的侧壁的热流的设备和方法。

背景技术

用于生产铝的电解池包括一电解槽，该电解槽具有一般由多个预焙炭块 制成的阴极和阳极。氧化铝供给到冰晶石电解液中，氧化铝在该冰晶石电解 液中溶解。在电解过程中，在阴极处生产铝，并在电解槽的底部上形成熔化 的铝层，使得冰晶石电解液浮动在该滤层的顶部上。在阳极处产生氧，通过 生产一氧化碳和二氧化碳气体导致阳极的消耗。冰晶石电解液的工作温度通 常在930℃到大约970℃的范围中。

该电解槽包括外钢质壳，该外钢质壳具有沿着槽的底部设置在绝缘和耐 火材料层顶部上的炭质阴极块。这些炭质阴极块利用集电棒和铝柔性连接到 电汇流条上。在改变侧壁的精确结构的同时，靠着该钢质壳设置包括炭块和 耐火材料的组合的衬里。

在电解池的工作期间，在电解槽的侧壁上形成一个凝固的壳或壳层。尽 管该层的厚度在电解槽的工作期间可能有变化，但是该壳的形成对电解池的 工作是非常关键的。如果该壳变得太厚，则由于该壳将在阴极上发展并扰乱 将对磁场有影响的阴极电流分布，所以将影响电解池的工作。另一方面，如 果凝固的层变得太薄或者在某些位置缺少凝固层时，则电解液将侵蚀电解槽 的侧壁衬里，最终导致侧壁衬里损坏。如果侧壁衬里上的侵蚀达到电解液侵 蚀钢壳侧壁的程度，因为有金属和电解液从电解池流出的危险，则电解池必 须停机。

因此，受控制的壳层的形成是良好的槽的操作和电解池中耐火衬里的长 寿命是必要的。而且，对于电解池中受控层形成，控制电解池的热动力学的 操作以及尤其是来自电解液的热量通过侧壁衬里的流动是必要的。

在最近的技术发展中，使用如散热片之类的被动热传递装置将热量通过 电解槽的钢壳从电解池中去除，以试图增大可用于传递来自电解槽的侧壁的 热的表面面积。需要从电解槽中去除的热量取决于通过电解池的电流量和电 解池的电压。如果电流或电压增大，则为了保持形成在耐火材料的内壁上的 壳层的适当厚度的需要通过侧壁抽取的热量将增大，并会经常变化超出电解 池侧壁上的被动冷却元件的设计能力。

因此，本发明的目的是，提供一种装置，通过该装置可以主动控制电解 池的热动力学上的需要，以使得能够在侧壁耐火材料的内表面上形成和保持 一个壳层。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种用于生产金属的电解池，其中通过电解 还原在熔融盐液中溶解的带有金属的材料(例如称为三氧化二铝的氧化铝) 来生产金属，该电解池包括壳体，和壳体内部上的衬里，该衬里包括底部阴 极衬里和侧壁衬里，该侧壁衬里包括靠着壳体内表面布置的多个流体管，用 于从中传导流体，该流体管沿着壳体的侧面延伸，并与泵装置连通，以使流 体流过该流体管。

在本发明的范围中，电解池的侧壁为电解池的纵向侧壁和端壁。

申请人已经发现，通过在内壳体表面附近提供流体导管，可以以足够的 速率从电解池中抽取热量，以将凝固壳层保持足够厚度，以保护侧壁耐火材 料。在电解池的工作期间，由电流感应的磁场导致熔融金属在电解池中的移 动。该熔融金属的移动在电解池中产生更热区域，从而增大在该区域中的热 量传递的要求，以在电解池侧壁上保持凝固材料的足够厚度。这些熔融金属 电流也可能导致凝固壳层的腐蚀，从而暴露耐火侧壁，除非从电解池的该区 域中去除足够热量，以保持凝固层的厚度。

因此，在本发明的一个优选形式中，该电解池沿着壳体的每个纵向侧壁 设置有至少两排冷却流体导管，每排冷却流体导管都冷却电解池的固定部 分。在本发明的一个优选形式中，每排冷却导管都从电解池的每个纵向侧的 大约一半中抽取热量。每排冷却导管也都沿着侧壁的至少一部分延伸，并与 相应的纵向侧壁结合。

上述冷却流体导管能承载有能力传递通过耐火材料传导的热量的任何 流体。尽管冷却剂液体提供从电解池导出更多热量的范围，但是它们也存在 着在熔融金属附近使用液体的相关风险增加的问题，并且用于液体的处理系 统的成本增大。因此，最好是通过流体导管的冷却流体为气体，并最好是空 气。用于使冷却流体流入冷却导管的泵装置可以是鼓风机或其它类型的气 泵。在流体的情况下，可以使用任何通常现有的液体泵。