[实用新型]一种铝电解槽内衬结构

说明书

技术领域

本实用新型属于铝电解槽结构的技术领域，即提出一种铝电解槽新型内衬结构。

背景技术

现代铝工业的主要生产设备为铝电解槽。铝电解槽的基本生产过程是直流电通过槽侧的立柱母线、阳极母线进入炭素阳极，在炭素阳极与冰晶石电解质熔体的界面发生电化学反应，将溶解在冰晶石电解质熔体中的氧化铝电解成为液态金属铝，沉积到电解槽底部，炭素阳极不断消耗并在阳极上释放出CO₂气体。直流电流经液态金属铝、再流经其下方的炭素阴极，从电解槽的长边两侧沿等同数量的阴极钢棒流出电解槽。电解槽底部内衬结构一般是由炭素材料阴极其下的耐火保温层组成。侧部内衬为炭素或其他耐热材料。多年来，铝电解槽一直遵循着这种结构形式。然而，这种内衬结构的电解槽存在着如下的问题，一直没有得到很好解决：

1.这种电流从电解槽的长边两侧沿阴极钢棒流出电解槽的结构形式，带来的缺点是从本电解槽进电侧阴极钢棒流出的电流必须通过很大数量的金属导体才能引到本电解槽的出电侧，汇集到下一电解槽的立柱母线，而进电侧阴极母线用量要占阴极母线总量的70％以上，因为该部分电流绕行的距离长，不仅距离长，而且需要较大的断面。

2.电解生产过程中，电解质等沿阴极中的缝隙渗透进阴极炭块下的耐火保温层中，侵蚀耐火保温材料，导致耐火保温层膨胀而引起阴极向上隆起，缩短槽内衬的寿命。

3.电解过程中阴极受热和吸收钠而产生膨胀，由于侧部结构中没有合理的应力缓冲措施，导致槽壳受力变形，从而缩短槽寿命。

4.阴极钢棒受热后发生膨胀。但由于钢棒端部一般被耐火混凝土箍紧无法向外伸缩，使得钢棒内部的应力传递给阴极，也加速阴极的隆起和内衬破损。

5.紧贴电解槽阴极的底部耐火层结构，要么全部为酥松的颗粒状材料，要么全为耐火砖之类的固体材料。这种结构不能满足既可以缓冲阴极内应力，又要方便周边糊扎制的要求。

6.阴极钢棒向外散热占侧下部散热很大的比例。但此部位过多的散热会导致阴极表面的伸腿过长。因此钢棒向外散热量必须加以控制。

7.由于槽内的边糊采取直边的结构形式，不利于侧部散热和炉帮的形成，也不利于铝液流动，因此边糊长时间暴露在熔体中，导致侧部漏槽。

实用新型内容

本实用新型的目的是要提出一种新型的铝电解槽内衬结构，通过改变阴极结构在很大程度上使上述问题得以解决。

本实用新型的铝电解槽内衬结构，包括阴极碳块、阴极钢棒、底部耐火层结构，其特征在于：

(1)阴极钢棒位于槽壳内、露出阴极碳块外的部分，用一U形金属板包裹起来，再用耐火泥捣固；

(2)阴极钢棒上用耐火绝缘纸分段包裹，再用钢棒糊填实；

(3)阴极两端头的里层采用耐火砖、外层采用保温砖封堵；阴极碳块底部中间为酥松的颗粒状耐火材料，两端为耐火砖；

(4)将阴极碳块与侧壁碳化硅砖之间的直边糊结构改为弧形边糊结构。

本实用新型的铝电解槽内衬结构，在电解槽的运行过程中，同现有电解槽的内衬结构相比，具有如下特点：

1.在阴极钢棒上使用分段绝缘材料包裹，然后钢棒用捣糊或铸铁与阴极炭块捣为一体，来实现铝液和阴极中电流垂直向下流动。而不是倾斜集中到出电侧的阴极中。这样，由于自身电解槽母线结构简单，在熔体内产生的磁场弱，再由于熔体中电流垂直向下流动，可不必担心垂直磁场的负面影响。

2.露出阴极外端但位于槽壳里面的阴极钢棒部分，用一U型金属板包裹起来，然后再进行耐火混凝土捣固。这样，就不致于将钢棒完全箍紧，为钢棒伸缩留有余地。

3.边糊捣制成弧型，侧部炭化硅砖下仍用炭化硅砖垫块，这样，既可加强侧部散热，利于形成结壳，又可减小铝液对边糊的冲刷。

4.紧贴槽壳内侧的钢棒段，用一种保温毡等材料包住钢棒。这样，既可以按要求调节耐火材料厚度，避免使用非整块砖的工作量，又可加强钢棒头的保温。

附图说明

图1为本实用新型的铝电解槽内衬结构的横向示意图。图1中，1为颗粒状材料、2隔热板、3耐高温隔热板、4隔热砖、5隔热毡、6U型板、7耐火混凝土、8碳化硅砖、9耐电解质侵蚀砖、10弧形边糊、11阴极钢棒、12阴极碳块、13钢棒糊、14耐火绝缘纸和15隔热层。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的铝电解槽内衬结构作进一步地说明与补充。

如图1所示，在电解槽槽壳底面上，先铺上隔热板2，再铺上耐高温隔热板3，垫上隔热砖4，两端砌上耐电解质侵蚀砖9，中间部分则铺上颗粒状耐火材料1。将颗粒状耐火材料压实后，也可在其上面铺一层薄铝板或铝箔。在上述槽底保温、隔热层安装完毕之后，铺上阴极碳块12，碳块底部插入分段裹上耐火绝缘纸14的阴极钢棒11，在阴极钢棒和阴极碳块之间用钢棒糊13填实。阴极钢棒露出阴极碳块、居于槽壳内的部分用U形金属板6包裹起来，再以耐火混凝土7和隔热毡5填实。电解槽侧壁内用碳化硅砖8砌上，在阴极碳块两端、耐火混凝土和碳化硅砖三者之间则是弧形边糊10。这样，本实用新型的铝电解槽的内衬结构便砌筑完成。在电解铝的试生产过程中，采用这种内衬结构，底部保温效果好；侧部散热效果好；阴极不会隆起变形；侧部利于形成结壳，不易漏槽；可以延长铝电解槽的工作寿命。