专利名称：设置有加热装置的铝电解槽的制作方法
技术领域：
设置有加热装置的铝电解槽技术领域设置有加热装置的铝电解槽提供了一种新型的铝电解槽下部阴极熔池内衬槽体结构，主要应用于铝电解槽的制造安装与生产。技术背景先通用的铝电解槽阴极槽体结构主要由电解槽钢壳体，阴极导电内衬层即阴极碳块和阴极钢棒、阴极内衬熔池侧部炉墙和阴极导电层底部保温防渗漏层等部件构造砌筑而成。现通用的铝电解生产工艺是在电解槽中，采用低压直流的大电流，用阳极导电，将电解质用其电阻加热至950°C左右的热溶解温度后，致使氧化铝在电解质中进行电解生成铝液，利用铝液的密度大于熔融电解质密度的特点，使铝液沉聚在阴极内衬上表面的热电化学反应过程。现有的电解工艺由于氧化铝要在铝电解槽熔池内的热熔融状态的电解质中才能进行化学分解，其用于电解的电能的一部分电能首先要转换成电阻热能，将由冰晶石氟化盐等物质组成的电解质进行加熔解并达到一定的分解平衡温度后，才能保证氧化铝在电解质中进行化学分解。现有的铝电解工艺和铝电解槽结构在铝电解的热能量平衡上主要存在以下缺
点；这种在现有的电解铝工艺和现通用的铝电解槽，采用的是利用低电压大电流先对电解质进行电阻加热，当电解质满足氧化铝分解温度，达到一定的热平衡条件是，才能对氧化铝实施电解的生产方式，需要耗费大量的经过其它能源转换成来的电能，平均吨铝电耗在13500kwh，折合标煤约5吨左右，现通用的铝电解槽和铝电解工艺对电解质采用电阻加热熔解的方式，其综合耗能较高。为了解决电解铝耗电较多的问题，国内外电解铝行业都在寻求新的技术工艺与能源消耗方式，如用火法冶炼，试图解决此问题，但一直没有成功，其主要原因是氧化铝只有在热熔融态下电解质中，才能进行电解化学反应，电解质的热平衡和电解质的电化学分解这两个必备的约束条件，即电解质的热熔融的温度与氧化铝电分解的有机统一，由于电解质的化学侵蚀性较强，其工艺装备很难达到并满足其工况条件，所以一直没有实现。现有的电解铝槽由于采用大电流进行电解，其强大的电流，会产生强大的磁场，其磁场的能量不仅会加大电能的消耗，而且会使电解槽内的液态铝液和电解质极距产生冲击波动，为了稳定电解质极距区域的电解条件，不得已就得加高极距的设定，加大电解槽的电压设定，又增加了电能损耗。发明内容为了解决电解铝耗电较多的问题，减少能源在转换成过程中的损失，利用其它能源进行电解铝的生产，降低电解铝的电能消耗成本，本发明依据铝电解生产工艺需要进行加热和电化学分解的工艺特点，提出一种新的电解铝生产技术工艺方案，即用其它加热能源对铝电解槽内的物质，包括电解质、阴极碳块、保温材料实施热能量供给或热能补充，保证电解槽热平衡工艺状况的实现；用大电流作为能源，提供氧化铝在电解质中进行化学分解反应的能量的生产工艺方案。并依据上述技术工艺方案，发明创新了一种设置有加热装置的铝电解槽，以保证其工艺技术方案的实现。[0010]设置有加热装置的铝电解槽，其技术方案是在铝电解槽上设置构造安装上铝电解槽加热装置，利用燃烧物质产生的热能或传导物质释放出的热能，通过其加热装置即加热管道或加热炉窑，对铝电解槽内的耗热物质材料部件即铝液、电解质以及阴极导电体一阴极碳块、保温构筑材料部件进行直接加热或补充热量，用减少或降低铝电解槽生产的的热平衡电阻耗的方法，达到实现减少铝电解生产耗电的目的。设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置主要由设置在铝电解槽阴极导电内衬层或保温层内的加热管道或加热炉窑所构成，加热装置设置有调节控制系统，以便根据铝电解槽的电解工况设定条件的变化调节控制加热量。设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置主要由设置在铝电解槽阴极导电内衬层或保温层内的加热管道可与设置在铝电解槽内的内置式加热燃烧器或设置在铝电解槽外的外置式加热燃烧器连接，加热燃烧器是铝电解槽加热装置的部件，其燃烧物质产生的热能通过加热管道对铝电解槽内的材料部件进行加热。设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置的加热管道，采用金属管道制造时，构造安装在阴极导电体内或阴极保温层内，其金属管道的断面为圆管式、方管式或箱腔式结构； 铝电解槽加热装置的为加热炉窑时，采用耐火材料作为构件，构筑在阴极内衬底部的保温层内，其结构为通长火道式箱腔炉膛式结构。设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置的加热管道，构造在电解槽阴极导电体或保温层内时，可沿电解槽中心线方向平行布置或垂直布置或交叉布置。设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置的加热管道或加热炉窑，其轴线方向可沿铝电解槽串联大母线的走向布置，同时串联构造在若干台铝电解槽的底部，当启动燃烧加热时，可对多台铝电解槽实施加热。设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置上可设置有燃烧发生器，以便使用可燃物质直接在加热装置内进行燃烧，利用其产生的热能实施加热。设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置的管道内可装入导热物质，并在电解槽壳体外设置外置式导热物质热装置，将导热物质加热后，再通过管道输送传导热量给安装在电解槽内的加热装置，利用被加热导体所传导带来的热能实施加热。设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置的火道可安装上直流电解供电系统电路以外的外接交流电路电源系统驱动电阻加热原件，利用其外接电路系统的电阻元件产生的电阻热能实施加热。设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置为加热管道金属结构，并构造安装在阴极导电内衬层时，可与阴极导电金属结构相连接，其加热装金属管道成为阴极导电金属结构的一部分。采用设置有加热装置的铝电解槽，可以利用其他能源产生的热能，对铝电解槽内的物质，包括电解质、阴极碳块、保温材料实施热能量供给或热能补充，以减少或替代由电能转换成热能的消耗量，从而达到减少其铝电解生产耗电和减弱电流磁场，改变现有的铝电解工艺状况，减少产生电能的转换损失，提高电能利用效率的目的。
本发明设置有加热装置的铝电解槽的技术方案与特征参照附图和实施例，则表述的更加明了。图1 加热装置为加热管道结构方式安装在阴极导电层底部保温层上部的铝电解槽的断面图。图2 ；加热装置为加热炉窑结构方式安装在阴极导电层底部保温层内的铝电解槽的断面图。图3 加热装置的加热管道安装在保温层上部的阴极导电层内衬内部的铝电解槽的断面图。图4 加热装置的加热管道安装构造在阴极导电内衬相邻两阴极碳块之间捣固糊中设置有内置式加热燃烧器的铝电解槽的断面图。图5 加热装置的加热管道沿铝电解槽长度中心线方向平行布置在保温层中设置有外置式加热燃烧器的铝电解槽的剖视图。图6:为图5的平面截面图。图7 为图5的测试截面图。图8 加热装置的加热管道沿铝电解槽长度中心线方向垂直布置在保温层的铝电解槽的剖视图。图9 为图8的平面截面图。图10 为图8的测试截面图图11 加热装置的加热管道在铝电解槽保温层内串联布置的平面图。图12 加热装置的加热管道安装构造在阴极导电内衬层其管道作为阴极金属导电体的铝电解槽的断面示意图。图13 加热装置的加热管道与加热炉窑同时构造在保温层中的铝电解槽的立面剖视图。图14 多台铝电解槽加热炉窑串联连接的侧面示意图。图15 多台铝电解槽加热炉窑串联连接的平面示意图[0037]其图中所示1氧化铝保温层、2电解质层、3铝液层、4侧部碳块、5槽钢壳体、6阴极导电内衬层、7阴极碳块、8阴极导电金属、9导热防渗层、10保温层、11加热装置、12加热管道、13加热炉窑、14连接管、15内置式加热器、16外置式加热器、17燃烧喷咀、18燃气管道、19、调节控制系统装置、20、阳极碳块、21基础、22大母线。
具体实施方案在铝电解槽内设置构造有铝电解槽加热装置，通过加热装置的加热管道或加热炉窑内可燃烧物质产生的热能或传导物质释放出的热能，对铝电解槽内的耗热或需加热的物质材料，进行直接加热或补充热量，用减少或替代铝电解的电热能消耗的方法，实现减少铝电解生产电耗的目的。铝电解槽加热装置主要由电解槽加热燃烧系统和调节控制系统所构成。如图1所示在铝电解槽的阴极导电内衬层(6)_即阴极碳块层(7)的底部，保温层(10)内上部构造安装有铝电解槽阴极加热装置(11)。该加热装置(11)为加热管道(12)式结构，其钢制加热管道(12)的断面为圆管或管型管。加热装置(11)的加热管道(1 捣固砌筑在阴极碳块的底部的保温层内。为了提高加热装置(11)的钢制加热管道(1 的抗腐蚀性能，可在加热管道(1 外部、阴极导电内衬层-即阴极碳块(7)层的底部，保温层(10)的内上部，用石墨捣固糊料捣固砌筑成导热防渗层(20)。加热装置00)的加热管道(12)可作为加热燃烧器即内置加热燃烧器(15)使用， 用天然气，煤气作为热源燃料，将加热钢管(12)加热，并将热量传导给导热防渗层00)以及上部的阴极导电层(7)即阴极碳块铝液层(3)，实施对电解质层O)的加热。设置有加热装置的铝电解槽在工况状态下，加热钢管(1 内的热能量先将加热钢管(12)和导热防渗层00)加热，然后把热量传导给阴极导电层(6)-即阴极碳块(7)和铝液层(3)，并实施对电解质层(2)进行加热，用以减少铝电解槽槽壳体(5)内材料部件的电热能耗。对其铝电解槽槽壳体(5)内材料部件进行加热的目的是将阴极导电内衬层(6) 即阴极碳块⑵加热后，可以提高导电率招液层(3)被加热后可以减少电阻热的支出，有利于热平衡；电解质层( 被加热后，不仅可以利用外加热能源提升电解质O)的温度，而且还可以减少电流在经过电解质O)时的电阻耗电，提高电流在电解质O)中分解氧化铝的效率。如图2所示在铝电解槽内，铝电解槽加热装置(11)，用耐火材料构件，砌筑在铝电解槽阴极导电内衬层(11)底部的保温层(10)中，其加热装置(11)为加热炉窑(13)式构造。加热炉窑(13)的结构为加热火道式或炉膛式结构。为了提高加热炉窑(13)上部的导热性能，其加热炉窑(13)的顶部采用导热率较高的耐火材料砌筑或钢结构材料制作而成。如图3所示设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置(11)的加热管道(1 构造安装在铝液层(3)底部的阴极导电内衬层(11)内，加热管道(12)内设置构造有燃烧喷咀 (17)，加热管道(1 的底部与热源燃气管道(18)相连接，在热源燃气管道(18)上设置有调节控制装置(19)，其调节控制装置(19)与铝电解槽的总控制系统槽控箱相联接，以便根据铝电解槽的电解工况设定条件的变化调节控制加热量。把加热管道(12)构造安装在阴极导电内衬层(6)内，此时的阴极导电内衬(6) 层可以用石墨质碳素捣固糊料捣固在加热管道(1 的周边上部，即把捣固糊层作为阴极导电内衬层(6)的同时，又把它是为导热防渗层(9)。在焙烧启动电解槽时，采用加热管道(12)内部焙烧和阳极碳块(7)导电焦粒电阻焙烧相结合的办法，将用碳素石墨捣固糊层-即导热防渗层(9)，焙烧构造成型的阴极导电内衬层(6)，即焙烧成与现有预焙阴极碳块(7)理化指标相近似的铝电解槽阴极导电内衬层(6)，以降低率电解槽构造成本。如图4所示，铝电解槽加热装置(12)的加热管道(11)安装构造在由阴极碳块(7) 捣固糊砌筑的相邻的阴极导电内衬层(12)的两块阴极碳块(7)之间的碳素石墨捣固糊中， 与阴极金属导体(8)共同构筑成的阴极导电内衬；加热管道(11)的底部通过管道与构造安装在保温层中的内置式加热燃烧器(1 相连接；内置式加热燃烧器(1 内设置有燃气燃烧喷咀(17)，内置式加热燃烧器(1 的通过管道与温度调节控制系统装置(19)和燃气管道(18)相连接。如图5、图6、图7所示设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置(11)的加热管道 (12)，构造在铝电解槽钢壳体(5)内的阴极导电内衬层(6)的或保温层(10)内，其加热管道(1 沿电解槽长度中心线方向平行布置。加热管道(12)可安装构造在铝电解槽内的阴极导电内衬层(6)或保温层(10)上部的导热防渗层(9)内，用管道与设置构造在电解槽钢壳( 体外部的外置式加热燃烧器(16)相连接，使外置式加热燃烧器(16)内产生的热量通过管道传导给电解槽内的加热管道(12)，并对阴极导电内衬层(6)、铝液层(3)、电解质层O)实施加热或补充热量。如图8、图9、图10所示设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置(11)的加热管道(12)，构造在电解槽阴极导电内衬层(6)或保温层(10)内时，可沿电解槽长度中心线方向垂直布置或与中心线交叉布置。如图11所示设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置(11)的加热管道(12)之间可以根据铝电解槽阴极导电内衬(6)的热平衡状况，为了均衡热量和减少构造安装成本，可设置构造成相互连通式，或单一通道式，即加热管道之间可进行相互贯通连接。如图12所示；设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置(11)其为金属加热管道 (12)为金属导电材料，且构造安装在阴极导电内衬(6)中时，其金属加热管道(12)可与阴极导电金属(8)结构系统相连接，其金属加热道管(12)可成为阴极导电金属(8)结构系统的一部分。如图13所示；设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置(10)的加热炉窑(13)可砌筑在铝电解槽底部的基础之上，加热管道(1 与加热炉窑(1 的上部相连接，加热管道(12)安装构造在铝电解槽阴极导电内衬层(6)中，或安装构造在保温层(10)上部的导热防渗层(9)中。致使加热炉窑(1 内产生的热量能够通过加热管道(1 经过导热防渗层(9)传导给阴极导电内衬(6)，对铝液层(3)和电解质层O)实施加热。如图14、图15所示；设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置(11)的加热管道 (12)或加热炉窑(13)，可沿铝电解槽串联大母线02)的走向布置，同时串联构造在若干台铝电解槽的底部，当启动燃烧加热时，可同时对多台铝电解槽实施加热。如图1图2所示；设置有阴极加热装置的铝电解槽，其加热装置(11)即加热管道 (12)或加热炉窑(1 内，可设置有燃烧喷咀(17)-即燃烧发生器，以使其可燃物质直接在加热装置(11)内进行燃烧，并利用其产生的热能量对电解槽内的物质材料实施加热。如图4图5所示；设置有阴极加热装置的铝电解槽，其铝电解槽加热装置(11)可采用采电解槽内设置加热管道(12)、加热炉窑(1 的加热方式，而且还可以采用在电解槽内设置内置式加热燃烧器(1 或在电解槽外设置外加热燃烧器(16)，经过管道(14)与加热管道(1 进行连接，先对加热管道(1 实施加热，再对铝电解槽内的阴极导电内衬层 (6)、铝液层C3)和电解质层O)实施加热或补充热量的加热方式。设置有加热装置的铝电解槽，其加热管道(1 内可装入导热物质，先将导导热物质在电解槽外置式加热装置(16)内加热后，再通过管道(14)输送传导热量给安装在电解槽内的加热装置(11)的加热管道(12)，利用加热导体所传导带来热能实施加热。设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置(11)的加热管道(1 内可安装上直流电解供电系统电路以外的外接交流电路系统电源带动加热电阻原件，利用其外接电路系统的加热电阻元件热产生的电阻热能实施补充加热。设置有加热装置的铝电解槽，其加热装置(11)的加热管道(1 或加热炉窑(13) 砌筑构造在铝电解槽内后，也可作为补充加热装置，在启动电解槽时使用，如不用时，可用耐火保温材料将管道(12)和炉窑(13)的内腔室填实，作为补充保温层(10)，或用其调节电解槽的热平衡。采用设置有加热装置的铝电解槽，可以利用其他能源产生的热量，对铝电解槽内的电解质层、铝液层、阴极导电内衬层、保温层的材料物质实施热能量供给或热能补充，以减少或替代由电能所转换成热能的消耗量，从而达到减少其铝电解生产耗电和减弱电流磁场，改变现有的铝电解工艺状况，减少产生电能的转换损失，提高电能利用效率的目的。
权利要求1.设置有加热装置的铝电解槽，其特征是在铝电解槽上设置构造安装上铝电解槽加热装置，通过其加热装置内发热燃烧物质产生的热能或传导物质释放出的热能，对铝电解槽内的耗热物质进行直接加热或补充热量，用减少或降低铝电解槽生产的的热平衡电耗的方法，达到实现减少铝电解生产耗电的目的。
2.依据权利要求1设置有加热装置的铝电解槽，其特征是加热装置主要由设置在铝电解槽阴极导电内衬层或保温层内的加热管道或加热炉窑所构成，加热装置设置有温度调整控制系统，以便根据铝电解槽的电解工况设定条件的变化调整控制加热量。
3.依据权利要求1设置有加热装置的铝电解槽，其特征是加热装置主要由设置在铝电解槽阴极导电内衬层或保温层内的加热管道，可与设置在铝电解槽内的内置式加热燃烧器或设置在铝电解槽外的外置式加热燃烧器连接，加热燃烧器是铝电解槽加热装置的部件，其燃烧物质产生的热能通过加热管道对铝电解槽内的材料部件进行加热。
4.依据权利要求1设置有加热装置的铝电解槽，其特征是加热装置的加热管道，采用金属管道制造时，构造安装在阴极导电体内或阴极保温层内，其金属管道的断面为圆管式、 方管式或箱腔式结构；铝电解槽加热装置的为加热炉窑时，采用耐火材料作为构件，构筑在阴极内衬底部的保温层内，其结构为通长火道式箱腔炉膛式结构。
5.依据权利要求1设置有加热装置的铝电解槽，其特征是加热装置的加热管道，构造在电解槽阴极导电体或保温层内时，可沿电解槽中心线方向平行布置或垂直布置或交叉布置。
专利摘要设置有加热装置的铝电解槽，其特征是其，在铝电解槽上设置有加热装置，通过加热装置的加热管道或加热炉窑内，可燃烧发热物质产生的热能或传导物质释放出的热能，对铝电解槽内的耗热或需加热的物质材料，进行直接加热或补充热量，以实现电解的热平衡，用减少或替代铝电解的电热能消耗的方法，实现减少铝电解生产电耗的目的。
文档编号C25C3/08GK201952499SQ201020665030
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者高伟, 高德金 申请人:高德金