专利名称：节能型低电压设定铝电解槽的制作方法
技术领域：
节能型低电压设定铝电解槽是主要应用于电解铝工业生产的一种新型的预焙阳极铝电解槽结构。
背景技术：
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铝电解槽是用于电解铝生产的装备，它的主要功能是在低压大电流的作用下，使氧化铝产生热电化学反应，生成电解铝液。
现通用的铝电解槽，由阴极槽结构和阳极结构两大部分组成。电解槽阴极槽结构主要是在铝电解槽阴极钢壳体中，在构筑保温层和防渗漏料层上，用捣固糊将阴极碳块和阴极钢棒砌筑成阴极内衬，再在阴极内衬周边砌筑上侧部碳块，构筑而成的电熔池部分，它的作用是提供一个能传导强大电流，使氧化铝生成电解铝的阴极熔池。
上部阳极结构主要由门式支架桁梁、阳极母线提升装置，阳极导电装置，打壳下料机构、集气烟罩和排烟管等部分组成。其中导电装置由阳极钢爪、铝导杆和阳极炭块等部件组成，它的作用时将阳极母线的电流传导到阳极碳块的下表面，让阳极炭块参加铝电解的热电化学反应。
现通用的铝电解槽从结构设计、操作工艺、控制方式和电解槽工艺参数的设定都存在很多缺陷、，主要是电解槽的槽电压的的设定较高平均在4.1V左右，致使电解铝的电耗的吨铝直流电耗约在13500KWh左右，电耗较高。
造成现通用的铝电解槽电压设定较高的主要因素是在铝电解过程中，由于电解生成的产成铝液的比重大于电解质的比重向下沉淀，依附在电解槽阴极内衬上表面和电解质即液态氧化铝下表面之间，形成一层产成铝液层，由于现在的电解槽的出铝采用的是间隔时点吸铝方式，在一定的时间断内，电解槽内的产成铝液层的高度随着电解时间的增长不断增高，这层铝液层在磁场的作用下，会产生较大的磁旋流层，这种铝液磁旋流层的急剧的流动和震荡的负面影响也逐渐加大，为了消除铝液层作为电磁旋流层的负面影响，是通过设定高极距，用增加电压降办法，来稳定电解工艺。
通常每增加10mm厚度的极距，电解槽的工艺电压降就会增加350mV左右，致使每吨铝多耗电1000kwh左右。同时，电解过程中产成的铝液，由于在槽内工况状态下，能产生二次氧化反应，致使电解铝的产量下降，损耗增加。
为消除现通用的铝电解槽，因现有的间隔时点式吸铝工艺，所造成的在电解槽结构和工艺设计方面的缺陷，降低电耗，增加电解铝的产能，国内外电解铝行业提出了将电解槽熔池底面既阴极碳块内衬上表面，由水平式设计改为带有一定坡度的倾斜式设计，或在水平式阴极碳块内衬上表面开设上铝液导流槽的设计方案，意图将电解槽中的生成的铝液即时连续的排出的电解槽，采用降低铝液层，实现降低极距电压，达到降低电解铝生产工艺电耗的设计方案，但由于产成铝液的即时排出的电解槽结构的设计问题，电解操作工艺、电解槽控制方法等多方面技术问题难以解决， 一直停留在理论探讨和试验室试验阶段，从未加以实施。
为了解决现通用的铝电解槽高极距设定槽电压设定过高问题，为解决电解槽产成铝液在电解工况条件下能即时排出现有技术所存在的槽结构的设计问题，电解操作工艺操作问题、电解槽控制方法等多方面技术问题，实现电解铝的低极距，低电压的设定，降低电解铝的生产电耗，我们特研
发了 一种节能型低电压设定铝电解槽设计方案。
发明内容
节能型低电压设定铝电解槽结构主要由阴极大母线、电解槽钢壳体、 保温防渗漏层、侧部碳块、储铝槽以及由阴极碳块、阴极钢棒组合用捣固 糊砌筑的阴极内衬所构造成的电解槽的下部阴极结构部分，和由阳极大母 线、阳极碳块、铝导杆组、打壳下料装置、铝液截流装置、以及上部提升 桁架梁所构造成的上部阳极结构部分，和槽控箱系统部分等组成，其特征 是在电解槽钢壳体内靠出铝端部，构造有能够调节控制铝液流量带有铝 液截流装置的储铝槽，并在阴极内衬的上部，设置有与主干导流槽相通的 分支导流槽，致使电解槽内产成的铝液能够沿着阴极内衬上的分支导流槽 和主干导流槽，在铝液截流装置的调节控制下流入到储铝槽的盛铝池中。
依据上述技术方案节能型低电压设定铝电解槽，在钢壳体内靠出铝端 侧，构造有储铝槽，阴极内衬侧端部和储铝槽之间构造有铝液导流聚沉槽， 导聚沉槽长度方向与阴极钢棒相平行布置，底面低于阴极内衬的上表面和 储铝槽上导流孔的下端。
依据上述技术方案节能型低电压设定铝电解槽，在阴极内衬上部沿长 度方向中心线位置，构造有铝液主干导流槽和铝液分支导流槽，主干铝液 导流槽的底部，由电解槽的一端向带有铝液储铝槽的一端倾斜，铝液分支 导流槽设置在主干导流槽的两侧，两块相邻的阴极碳块之间中缝的捣固糊 上，与主干导流槽成垂直分布，每个分支导流槽的底部由侧边部处向主干 导流槽方向由高向低倾斜。依据上述技术方案节能型低电压设定铝电解槽，储铝槽上设置有盛铝 池、导流孔、流通孔、检修观察孔，储铝槽的盛铝池上可设有铝液保温盖 板。
依据上述技术方案节能型低电压设定铝电解槽，阴极内衬的构造是阴 极炭块的上表面为总体水平式设置，阳极碳块的下表面与所对应的阴极炭
块的上表面垂直投影相互重叠，水平投影相互平行；主干导流槽的底部无 阴极炭块和阴极钢棒，构筑阴极内衬的阴极炭块和阴极钢棒采用左右分开 对称式，中缝处采用捣固捣固砌筑而成，主干导流槽和分支导流槽的断面 可以是梯形、U形或凹形。
依据上述技术方案节能型低电压设定铝电解槽，储铝槽上流通孔的上 部，设置有铝液截流装置，该装置，由截流棒、阳极导电连接卡具、提升 压放机构所构成。
依据上述技术方案节能型低电压设定铝电解槽，储铝槽内盛铝池的上 部设置有铝液加热装置，铝液加热装置由阳极加热电极、加热铝导电杆导 电卡具、加热装置提升机构构造而成。
依据上述技术方案节能型低电压设定铝电解槽，打壳下料装置由打壳 汽缸、打击锤头、导电连杆、传感器、互感器、打壳汽缸控制回路、电磁 换向阀、电解氧化铝下料箱控制回路、氧化铝下料箱、和电解槽打壳下料 装置槽控箱系统构成，
依据上述技术方案节能型低电压设定铝电解槽，槽控箱系统设置有能 够根据打壳下料装置上的打击锤头下降，接触到电解质表面后，获得的电 压电流信号，转变成控制信号，控制打壳汽缸活塞行程，和氧化铝定额下料箱开关闭合的控制系统和功能；有能够有根据电解槽内的工艺状况讯号，
控制铝液截流装置上的截流棒与储铝槽上的导流孔的闭合大小，实现控制 电解槽内铝液层水平高低，流出产成铝量多少的控制系统和功能。
依据上述技术方案节能型低电压设定铝电解槽打壳下料装置，当打击 锤头下降，接触到电解质表面后，由导电连杆、传感器即刻把电解质上的 电压电流讯号，经过电解槽槽控箱的互感器转换成控制信号，经过电磁换 向阀，控制打壳汽缸的活塞下行程，使打壳锤头在完成击穿氧化铝电解质 结壳动作后即刻返回。
节能型低电压设定铝电解槽由于在槽结构上设置了可调节电解槽内 产成铝液层界面高低，能够控制铝液流量的截流装置，和能对盛铝池内铝 液实施电极加热的铝液储流槽，可使电解槽内的产成铝液沿着导流槽，在 铝液截流装置的控制下，通过导流孔流入到产成铝液盛铝池中，解决了现
通用电解槽内产成铝液不能连续即时排出、不能够人为的调节控制的问题; 在打壳下料装置中采用了靠打壳锤头接触电解质获取得电压电流讯号，控 制汽缸行程和氧化铝定额下料开关装置，初部解决了低铝水平工况条件下 电解质中氧化铝浓度的均衡加料问题；在电解槽槽控箱原系统功能的基础 上，增加了自动调节铝液水平和均衡加料的控制系统功能，为电解槽产成 铝液在电解工况条件下能即时排出，消除铝液层产生的磁场及磁旋流对电 解质高度既高极距高电压设定的负面影响，为实现电解槽在低极距低电压 工况条件下，电解槽控制方法精确，电解槽的技术参数平衡，电解工艺操 作稳定，降低电解铝的生产电耗，提供了一种切实可行的节能型低电压设 定铝电解槽设计方案，可使槽电压的设定低于3.75mV。
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节能型低电压设定铝电解槽结构及设计方案参照附图说明更加明了 。
图l:节能型低电压设定铝电解槽主视剖视图示意图2:节能型低电压设定铝电解槽侧视剖面图示意图3:节能型低电压设定铝电解槽阴极内衬上表面俯视图4:节能型低电压设定铝电解槽阴极内衬与储铝槽立面断面图5:节能型低电压设定铝电解槽阴极内衬与阳极碳块立面断面图6;节能型低电压设定铝电解槽阴极内衬与阳极碳块侧视断面图7:节能型低电压设定铝电解槽储铝槽主视图8:节能型低电压设定铝电解槽储铝槽侧视断面图9:节能型低电压设定铝电解槽储铝槽断面与截流装置示意图10:节能型低电压设定铝电解槽储铝槽断面与加热装置示意图11:节能型低电压设定铝电解槽打壳下料装置与槽控箱电路控制系
统原理图。 其中图中序号所示
l阴极大母线2阴极内衬、3阴极碳块、4阴极钢棒、5捣固糊、6侧
部炭块、7防渗漏料层、8保温层、9电解槽钢壳、10阳极大母线、11阳 极碳块导电装置、12铝捣杆、13小合卡具、14阳极钢爪、15阳极碳块、 16氧化铝料、17电解质、18铝液、19石墨炭硼化钛涂层、20主干导流槽、 21分支导流槽、22导流聚沉槽、23盛铝池、24导流孔、25流通孔、26 检修观察孔、27储铝槽、28、保温盖板、29铝液截流装置、30截流棒、 31连接卡具、32提升机构、33提升压放电机、34闭合截止棒、35铝液加热装置、36加热电极、37加热导电杆、38导电卡具、39加热装置提升机 构、40打壳下料装置、41打壳汽缸、42打击锤头、43绝缘导电连杆、44 传感器、45互感器、46、打壳汽缸控制回路、47下料箱控制回路、48电 磁换向阀、49下料箱、50槽控箱系统、51系统回路、52阴极加热分流 器、53分流导线、54分流开关、55加热阴极钢棒56上部提升桁架梁、 57耐火塞料，具体实施方式
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如图l、图2、图3、所示，节能型低电压设置电解阴极内衬的砌筑， 在钢壳体9内，保温层8、防渗漏料层7之上构筑有阴极内衬2，阴极内衬 2由阴极碳块3、阴极钢棒4、捣固糊5、侧部炭6砌筑而成，阴极内衬2 上表面捣打有一层石墨炭硼化钛涂层19，阴极内衬2靠出铝端侧端部，构 造有储铝槽27，阴极内衬2侧端部和储铝槽27之间构造有导流聚沉槽22，。
如图3、图4、图5、图6所示，在阴极内衬上部2沿长度方向中心 线位置构造有主干铝液导流槽20和铝液分支导流槽21，主干铝液导流槽 20的底部由电解槽的一端向带有铝液储铝槽27的一端倾斜，铝液分支导 流槽21设置在主干导流槽20的两侧，两块相邻的阴极碳块3之间中缝的 捣固糊5上，与主干导流槽20成垂直分布，每个分支导流槽21的底部由 侧部碳块6向主干导流槽由高向低的倾斜，如图3、图4、图5、图6所示， 致使电解生成的铝液能沿着铝液分支导流槽21和主干导流槽20由高向 低、经过导流聚沉槽22和储铝槽上的导流孔24、流通孔25顺利的流到储 铝槽27盛铝池23中。
如图3、图7、图8、图9所示，节能型低电压设置电解槽，在钢壳体(9)内，阴极内衬2侧端部靠出铝端侧构造有储铝槽27，储铝槽27上 设置有盛铝池23、导流孔24、流通孔25、检修观察孔26，储铝槽27盛铝 池23上可设有铝液保温盖板28。流通孔25在进行铝液18流通时，流通 孔25的内上部设有截流棒39，流通孔25在做为备用时，可固定插入铝液 闭合截止棒34。导流孔24的上端沿低于电解槽内的铝液18层水平高度， 以防止电解质17流入盛铝池23。检修观察孔26为储铝槽27的检修工艺 孔，平时不用时，应用耐火塞料57堵死。
如图1、图3、图4所示，节能型低电压设置电解槽，在阴极内衬2 的侧端部阴极炭块3和储铝槽27之间构造有导流聚沉槽22，导流聚沉槽 22长度方向与阴极钢棒4相平行布置，底面应低于阴极内衬2的上表面和 储铝槽27上导流孔24的下端，如图3所示，致使由分支导流槽21和主干 导流槽20流过的产成铝液，先经过导流聚沉槽22，在上部氧化铝16电解 质17结壳保温层的下，先经过聚合、沉淀、均质后经过导流孔24流入盛 铝池23中，以起到净化铝液18，稳定电解槽工艺参数的作用。
如图2、图5、图6所示，节能型低电压设置电解槽，阴极内衬2的 构造为阴极炭块3的上表面为整体为水平式设置，致使阳极碳块1的下表 面与所对应的阴极炭块3的上表面垂直投影相互重合，水平投影相互平行； 构造阴极2内衬的阴极炭块3和阴极钢棒4采用左右分开对称式构造，主 干导流槽20的底部无阴极炭块3和阴极钢棒4，主干导流槽20底部，既 左右分开对称的阴极炭块3的中缝处，采用捣固糊5捣固砌筑而成，主干 导流槽20和分支导流槽21的断面是梯形、U形或凹形。
如图l、图9、所示节能型低电压设置电解槽，在储铝槽27上流通孔25的上部设置有铝液截流装置29，该装置29，由截流棒30、阳极导电连 接卡具31、提升压放机构32所构成。电解槽内的产成铝液18增多或减少， 需根据电解槽的工艺状况进行调整，加大或减少产成铝液18的排出量；铝 液18排出量的多少，用截流棒30的与流通孔25的穿插深度，调节导流孔 24与流通孔25之间的垂直交叉的闭合截面的大小来实现。当需加大产成 铝掖18的排出量时，靠提升压放机构32，抬高截流棒30的高度，减少截 流棒30与流通孔25的穿插深度，增大导流孔24与流通孔25之间的垂直 交叉的闭合截面，加大电解槽内的产成铝液18的排出量；当需减少产成铝 的排出量时，靠提升压放机构32，压低截流棒30的高度，增加截流棒30 的与流通孔25的穿插深度，縮少导流孔24与流通孔25之间的垂直交叉的 闭合截面，减少电解槽内的产成铝液18的排出量。为防止截流棒30的表 面冷凝粘结铝液18，影响其密封或调节性能，截流棒30可通过阳极导电 连接卡具31与阳极大母线10连接，利用电解槽生产用电流对其加热，以 消除截流棒30粘结冷凝铝的负面影响。提升压放机构32，可提升电动机 33执行动作，电动机33和电解槽槽控箱50的控制系统相连接，以实现自 动化控制。
如图l、图IO所示节能型低电压设置电解槽，在储铝槽27内盛铝池23 的上部设置有铝液加热装置35，铝液加热装置35由阳极加热电极36、加热 铝导电杆37、导电卡具38、加热装置提升机构39构造而成。当电解槽内的 产成铝掖18流入到盛铝池23后，时间久后其温度会有所降低，为防止铝液 18的冷凝，不利于产成铝液18经过吸铝管的负压吸出，特在盛铝池23的上 部设置有铝液加热装置35，如图10所示。铝液18加热时，加热铝导杆37与阳极大母线10相连接，利用阳极加热电极36与铝液18接触时产生的电阻热 进行加热，此时，铝液为阴极；为加大电流通量，增加电流密度，可安装52 阴极加热分流器52，利用阴极大母线l的短路电流，对铝液18进行加热。阴 极加热分流器52由分流导线53、分流开关54、加热阴极钢棒55所构成，加 热阴极钢棒55可预先砌筑在储铝槽27墙体内盛铝池23的底部，需用时接通 分流开关54;也可用碳素材料做成铝液插入式，放入盛铝槽通电即可。
如图1、图11所示节能型低电压设置电解槽的打壳下料装置40、由 打壳汽缸41、打击锤头42、导电连杆43、传感器44、互感器45、打壳汽 缸控制回路46、电磁换向阀47、电解氧化铝下料箱控制回路48、、氧化铝 下料箱49、和电解槽打壳下料装置槽控箱系统50构成。当打击锤头42下 降，接触到电解质17表面后，由导电连杆43、传感器44即刻把电解质17 上的电压电流讯号，经过电解槽槽控箱50的互感器45转换成控制信号， 经过电磁换向阀48，控制打壳汽缸41的活塞下行程，使打壳锤头42在完 成击穿氧化铝16电解质17结壳动作后即刻返回。如图11所示
节能型低电压设置电解槽，在槽控箱系统设置有能够根据打壳下料 装置40上设置的打击锤头42下降，接触到电解质17表面后，由导电连杆 43、传感器44所传输的电压电流信号，经过互感器45处理转变成能够经 过电磁换向阀48，控制打壳汽缸41活塞下行程，和氧化铝定额下料箱开 关闭合的控制系统和功能；有能够根据电解槽内的工艺状况讯号控制铝液 截流装置29上的截流棒30与储铝槽27上的导流孔24的闭合大小，实现 控制电解槽内铝液18层水平高低，流出产成铝量多少的控制系统和功能。
权利要求1、节能型低电压设定铝电解槽结构主要由阴极大母线(1)、电解槽钢壳体(9)、保温防渗漏层(7、8)、侧部碳块(6)、储铝槽(27)以及由阴极碳块(3)、阴极钢棒(4)组合用捣固糊(5)砌筑的阴极内衬(2)所构造成的电解槽的下部阴极结构部分，和由阳极大母线(10)、阳极碳块(15)、铝导杆组(12)、打壳下料装置(40)、铝液截流装置(29)、以及上部提升桁架梁(56)所构造成的上部阳极结构部分，和槽控箱系统(50)部分组成，其特征是在电解槽钢壳体(9)内靠出铝端部，构造有能够调节控制铝液(18)流量带有铝液截流装置(29)的储铝槽(27)，并在阴极内衬(2)的上部，设置有与主干导流槽(20)相通的分支导流槽(21)，致使电解槽内产成的铝液(18)能够沿着阴极内衬上(2)的分支导流槽(21)和主干导流槽(20)，在铝液截流装置(20)的调节控制下流入到储铝槽(24)的盛铝池(23)中。
2、 根据权利要求1所述的节能型低电压设定铝电解槽，其特征是 在钢壳体内(9)靠出铝端侧，构造有储铝槽(27)，阴极内衬(2)侧 端部和储铝槽(27)之间构造有铝液导流聚沉槽(22)，导流聚沉槽(22) 长度方向与阴极钢棒(4)相平行布置，底面低于阴极内衬(2)的上 表面和储铝槽(27)上导流孔(24)的下端。
3、 根据权利要求1所述的节能型低电压设定铝电解槽，其特征是-在阴极内衬(2)上部沿长度方向中心线位置，构造有铝液主干导流槽(20)和铝液分支导流槽(21)，主干铝液导流槽(20)的底部，由电 解槽的一端向带有铝液储铝槽(27)的一端倾斜，铝液分支导流槽(21) 设置在主干导流槽(20)的两侧，两块相邻的阴极碳块(3)之间中缝的捣固糊(5)上，与主干导流槽(20)成垂直分布，每个分支导流槽 (21)的底部由侧边部处向主干导流槽方向由高向低倾斜。
4、根据权利要求l所述的节能型低电压设定铝电解槽，其特征是 储铝槽(27)上设置有盛铝池(23)、导流孔(24)、流通孔(25)、检 修观察孔(26)，储铝槽(27)盛铝池(23)上可设有铝液保温盖板(28)。
5、 根据权利要求1所述的节能型低电压设定铝电解槽，其特征是-阴极内衬(2)的构造是阴极炭块(3)的上表面为总体水平式设置，阳 极碳块(15)的下表面与所对应的阴极炭块(3)的上表面垂直投影相 互重叠，水平投影相互平行；主干导流槽(20)的底部无阴极炭块(3) 和阴极钢棒(4)，构筑阴极内衬(2)的阴极炭块(3)和阴极钢棒(4) 采用左右分开对称式，中缝处采用捣固糊(5)捣固砌筑而成，主千导 流槽(20)和分支导流槽(21)的断面可以是梯形、U形或凹形。
6、 根据权利要求1所述的节能型低电压设定铝电解槽，其特征是-储铝槽(27)上流通孔(25)的上部，设置有铝液截流装置(29)，该 装置(29)，由截流棒(30)、阳极导电连接卡具(31)、提升压放机构(32)所构成。
7、 根据权利要求l所述的节能型低电压设定铝电解槽，其特征是: 储铝槽(27)内盛铝池(23)的上部设置有铝液加热装置(35)，铝液加 热装置(35)由阳极加热电极(36)、加热铝导电杆(37)、导电卡具(38)、 加热装置提升机构(39)构造而成。
8、根据权利要求1所述的节能型低电压设定铝电解槽，其特征是.-打壳下料装置(40)由打壳汽缸(41)、打击锤头(42)、导电连杆(43)、传感器(44)、互感器(45)、打壳汽缸控制回路(46)、电磁换向阀(47)、 电解氧化铝下料箱控制回路(48)、氧化铝下料箱(49)、和电解槽打壳下 料装置槽控箱系统(50)构成。
专利摘要节能型低电压设定铝电解槽在电解槽钢壳体内靠出铝端部，构造有能够调节控制铝液流量带有铝液截流装置的储铝槽，并在阴极内衬的上部，设置有与主干导流槽相通的分支导流槽，致使电解槽内产成的铝液能够沿着阴极内衬上的分支导流槽和主干导流槽，在铝液截流装置的调节控制下流入到储铝槽的盛铝池中。解决了现通用电解槽内产成铝液不能连续即时排出、不能够人为的调节控制的问题，为电解槽产成铝液在电解工况条件下能即时排出，消除铝液层产生的磁场及磁旋流对电解质高度既高极距高电压设定的负面影响，为实现电解槽在低极距低电压工况条件下，降低电解铝的生产电耗，可使槽电压的设定低于3.75mV。
文档编号C25C3/00GK201261808SQ20082012750
公开日2009年6月24日 申请日期2008年7月22日 优先权日2008年7月22日
发明者伟 高, 高德金 申请人:高德金