专利名称：一种分区电解预焙铝电解槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝电解槽，特别涉及一种分区电解预焙铝电解槽。
背景技术：
传统霍尔-埃鲁特法(Hall-H6roult)铝电解工艺一直是工业炼铝的唯一方法，尽管如此，其高能耗是Hall-H6roult工艺存在的主要缺点之一。导致能耗高的主要原因有:一是铝液层垂直磁场绝对值过大及其水平梯度分布不均，铝液和电解质在电解槽内部存在水平和垂直的波动运动，导致电解槽稳定不佳，电解槽被迫在高极距下运行，因此很大一部分能耗浪费在这上面；二是现行电解体系需维持950°C以上的高温，电解槽部分能量浪费在对外的热量散发损失中。前者可以通过电解槽结构与工艺优化来降低能耗，而后者则由于电解工艺的熔盐电化学特性，难以从本质上克服。
由此可见，电解槽熔体(铝液和电解质)的运动形态可直接影响铝液层电流分布的均匀性、铝液的波动幅度与电解槽的稳定性，也即直接决定了电解槽能耗的高低。因此，降低铝液波动成为当前铝电解槽低电压低能耗稳定运行的核心问题。目前，针对这一问题的电解槽优化出现了一些专利，例如专利200710010523.4提出了一种新型阴极结构的铝电解槽，该结构电解槽在一定条件下能够降低铝电解生产电耗，但由于这些异性结构直接导电且与熔体接触，因而出现其阴极表面上的凸起高度会逐渐降低的现象，考虑到阴极更换的成本，该方法对于槽寿命来说是一大硬伤。尽管后续有一些研究通过改变阴极凸起结构的材质来减缓磨损，但改变材质的同时也改变了阴极导电特性，对于电解槽影响较大，且同样无法避免难以更换的缺陷。此外，还有诸如高低阴极块(200910010078.0)、异型阴极(20101050668·2)等类似专利，其原理与上述专利基本一致，但缺点也都是难以完全克服上述缺陷。因此，从改变阴极表面形状的角度出发降低铝液波动，尽管可以一定程度降低槽电压，但其难以更换及修复的特性及由此引发的槽寿命缩短或电解槽早期破损成为其最大缺陷。此外异型阴极加工复杂、成品率降低、单价较高则为其另一大缺陷。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够大幅度降低铝液波动、易于安装、更换与维护且成本低廉的分区电解预焙铝电解槽。
为了解决上述技术问题，本发明提供的分区电解预焙铝电解槽，包括阴极、侧部炭块、槽壳和阳极，在电解槽纵向方向设置至少一块区域分割板，所述的区域分割板将整个电解槽熔体工作区域分隔成若干小区域，所述的区域分割板镶嵌固定在所述的侧部炭块中，所述的区域分割板的本体或所述的区域分割板与电解槽之间设置有导铝通道，通过所述的导铝通道构成一个整体铝液连通通道。
所述的区域分割板基体材质为碳素材料或镁质耐火材料，其内部嵌入金属或合金作为骨架，以维持强度并增加其重量。
所述的区域分割板厚度为IOcm 40cm，高度为槽膛深度或者略小，长度与电解槽宽度相等或为槽宽度的1/4 3/4。
所述的导铝通道为在所述的区域分割板的底部或中下部设为一排或多排形状为圆孔、多边形或沟槽状的分隔板上小尺寸铝连通孔或分隔板上大尺寸铝连通孔。
所述的导铝通道为在所述的区域分割板的底部与所述的阴极表面保持的缝隙。
所述的导铝通道为所述的区域分割板成对安装在垂直于槽长度的方向、且成对的所述的区域分割板之间形成的铝连通沟，所述的铝连通沟出现位置在槽宽度1/4至槽中轴线任何位置。
所述的导铝通道为所述的区域分割板犬牙交错分布安装在垂直于槽长度的方向上所述的区域分割板之间形成的通道。
所述的区域分割板的顶部与所述的侧部炭块或槽沿板顶部保持水平，通过安装在邻近侧部槽壳处的固定装置将其固定。
所述的电解槽在每个分区装备有至少一个下料器。
采用上 述技术方案的分区电解预焙铝电解槽，其有益效果是:
本发明的优点在于:
1.本发明提供的分区电解铝电解槽，通过将铝液限制在一个较小的区域内，实现了有效降低铝液波动这一铝电解槽难题，因此可以在保证电解槽稳定的前提下，大幅度降低极距，使电解槽电压降低且电流效率保持不变，因而能够有效降低电解槽能耗，社会经济效益明显。
2.本发明提供的分区电解铝电解槽，其实现方式简单且操作方便，既可以在已运行的电解槽上通过增加区域分割板来实现，也可以在新设计电解槽上实现。该区域分割板安装在熔体区域，其底部可以与阴极接触也可以不接触，因而拆卸容易(尤其对于可能磨损的区域分割板，可以实现快速在线更换)，更重要的是，由于本发明未对阴极炭块、阴极钢棒、底部内衬进行任何改动，因而对与电解槽主体结构不产生任何负面影响,其对槽寿命的影响几乎可以忽略。
3.本发明提供分区电解铝电解槽，其区域分割板材质为碳素或耐火材料等电解槽常用材料，成本低廉，易于获取，且分隔板加工简单，故对电解成本几乎无影响。
综上所述，本发明是一种能够大幅度降低铝液波动、易于安装、更换与维护且成本低廉的分区电解预焙铝电解槽，该电解槽通过在熔体区域增加若干隔区域分割板，将电解槽分割成若干小电解区域，以此实现铝液波动的大幅降低，同时该区域分割板易于生产、拆卸及安装，不改变电解槽内衬结构，可有效解决异型阴极电解槽寿命短、成本较高且操作复杂的问题。
图1为具有与阴极未接触区域分割板的电解槽主剖面图2为图1中A-A剖面视图3为图1中B-B剖面视图4为具有与阴极未接触区域分割板的电解槽俯视图5为具有与阴极接触带有小尺寸铝连通孔的区域分割板的电解槽主剖面图6为图5中C-C剖面视图7为具有与阴极接触带有大尺寸铝连通孔的区域分割板的电解槽主剖面图8为图7中D-D剖面视图9为一种具有与阴极接触带有铝连通沟的区域分割板的电解槽俯视图10为另一种具有与阴极接触带有铝连通沟的区域分割板的电解槽俯视图11为图9中E-E剖面视图12具有非对称分布的区域分割板的电解槽俯视图13为图12中F-F剖面视图14为图13中I区域放大图即分割板固定装置具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1:
如图1、图2、图3和图4所示，本发明的具有与阴极未接触区域分割板的电解槽，由底部耐火保温材料1、侧部保温材料2、阴极钢棒3、阴极4、侧部炭块5、槽壳6、阳极7、区域分割板8和分割板固定装置12组成。其中，区域分割板8安装在垂直于槽长度的方向，且每台电解槽至少具有3块 10块分割板(如图4所示)，区域分割板8将整个电解槽熔体工作区域分隔成若干小区域，电解槽在每个分区装备有至少一个下料器。区域分割板8的厚度为IOcm 40cm，高度为槽膛深度或者略小，长度略小于电解槽宽度，且通过分割板固定装置12固定(如图2所示)在电解槽上，保持其顶部与槽沿板平齐；区域分割板8底部与阴极4表面保持有一定的缝隙，缝隙高度为2cm 10cm，用于底部铝液的导通；区域分割板8基体材质为碳素材料或镁质耐火材料，其内部嵌入金属或合金作为骨架，以维持强度并增加其重量。电解槽其他部分结构与当前铝电解槽的设计一致。该方案可应用与200-500kA级的任何铝电解槽上，结构简单、安装方便且价格便宜，能够大幅度降低铝液波动，且由于和阴极未接触从而保证电解槽底部内衬寿命不受影响，此为本专利最大特色之一。
实施例2:
如图5和图6所示， 本发明的具有与阴极接触带有小尺寸铝连通孔的区域分割板的电解槽，由底部耐火保温材料1、侧部保温材料2、阴极钢棒3、阴极4、侧部炭块5、槽壳6、阳极7、区域分割板8、分隔板上小尺寸铝连通孔9和分割板固定装置12组成。其中，区域分割板8安装在垂直于槽长度的方向，且每台电解槽至少具有3块 10块分割板(如图5所示)；区域分割板8将整个电解槽熔体工作区域分隔成若干小区域，电解槽在每个分区装备有至少一个下料器。区域分割板8厚度为IOcm 40cm，高度为槽膛深度或者略小，长度略小于电解槽宽度，且通过分割板固定装置12固定(如图6所示)在电解槽上，保持顶部与槽沿板平齐；区域分割板8通过炭糊与阴极4扎糊连接或仅仅与阴极4表面接触但不固定，在区域分割板8上设置有2 6横排、每排5个 20个分隔板上小尺寸铝连通孔9，用于底部铝液的导通，分隔板上小尺寸铝连通孔9的形状为圆形、正三角形或正多边形，其外接圆直径为5cm IOcm ;电解槽其他部分结构与当前招电解槽的设计一致。
实施例3:
如图7和图8所示，本发明的具有与阴极接触带有大尺寸铝连通孔的区域分割板的电解槽，由底部耐火保温材料1、侧部保温材料2、阴极钢棒3、阴极4、侧部炭块5、槽壳6、阳极7、区域分割板8、分隔板上大尺寸铝连通孔10和分割板固定装置12组成。该电解槽除了在铝连通孔的大小、数量及分布上与实施例2有差别外，其他保持一致。本实施例中，区域分割板8上尽在底部开一排且每排2个 8个较大尺寸圆形、正三角形或正多边形的分隔板上大尺寸铝连通孔10，分隔板上大尺寸铝连通孔10的外接圆直径为IOcm 40cm间。
实施例4:
如图9、图10和图11所示，本发明的具有与阴极接触带有铝连通沟的区域分割板的电解槽，由底部耐火保温材料1、侧部保温材料2、阴极钢棒3、阴极4、侧部炭块5、槽壳6、阳极7、区域分割板8、铝连通沟11和分割板固定装置12组成。其中，区域分割板8安装在垂直于槽长度的方向，且每台电解槽至少具有3对 10对区域分割板8 (如图9所示)；区域分割板8将整个电解槽熔体工作区域分隔成若干小区域，电解槽在每个分区装备有至少一个下料器。区域分割板8为成对出现，厚度为IOcm 40cm，铝连通沟11宽度为IOcm 50cm，且铝连通沟11出现位置可在槽宽度1/4 (如图10所示)至槽中轴线(如图9所示)任何位置，全槽铝连通沟11布置为不同单块位置的有机组合，具体布置根据电解槽流场设计；区域分割板8高度为槽膛深度或者略小，且通过分割板固定装置12固定(如图11所示)在电解槽上，保持顶部与槽沿板平齐；区域分割板8与阴极4通过糊扎固连接或仅仅与阴极4接触但不固定；电解槽其他部分结构与当前传统铝电解槽的设计一致。
实施例5:
如图12、图13和图14所示，本发明的具有非对称分布的区域分割板的电解槽，由底部耐火保温材料1、侧部保温材料2、阴极钢棒3、阴极4、侧部炭块5、槽壳6、阳极7、区域分割板8和分割板固定装置12组成。其中，区域分割板8安装在垂直于槽长度的方向，且每台电解槽至少具有6块 20块分割板(如图12所示);区域分割板8为犬牙交错分布，厚度为IOcm 40cm，单块区域分割板8的长度为电解槽宽度的1/4至3/4 ;全槽区域分割板8的布置为不同尺寸的不同位置单块区域分割板8的有机组合，具体布置可以根据电解槽流场设计；区域分割板8将整个电解槽熔体工作区域分隔成若干小区域，电解槽在每个分区装备有至少一个下料器。区域分割板8的高度为槽膛深度或者略小，且通过分割板固定装置12、绝缘板13和固定螺栓14固定(如图13所示)在电解槽上，保持顶部与槽沿板平齐；区域分割板8与阴极通 过糊扎固连接或仅仅与阴极4接触但不固定；电解槽其他部分结构与当前传统铝电解槽的设计一致。
权利要求
1.一种分区电解预焙铝电解槽，包括阴极(4)、侧部炭块(5)、槽壳(6)和阳极(7)，其特征在于:在电解槽纵向方向设置至少一块区域分割板(8)，所述的区域分割板(8)将整个电解槽熔体工作区域分隔成若干小区域，所述的区域分割板(8)镶嵌固定在所述的侧部炭块(5)中，所述的区域分割板(8)的本体或所述的区域分割板(8)与电解槽之间设置有导铝通道，通过所述的导铝通道构成一个整体铝液连通通道。
2.根据权利要求1所述的分区电解预焙铝电解槽，其特征在于:所述的区域分割板(8)基体材质为碳素材料或镁质耐火材料，其内部嵌入金属或合金作为骨架，以维持强度并增加其重量。
3.根据权利要求1或2所述的分区电解预焙铝电解槽，其特征在于:所述的区域分割板(8)厚度为IOcm 40cm，高度为槽膛深度或者略小，长度与电解槽宽度相等或为槽宽度的 1/4 3/4。
4.根据权利要求1或2所述的分区电解预焙铝电解槽，其特征在于:所述的导铝通道为在所述的区域分割板(8)的底部或中下部设为一排或多排形状为圆孔、多边形或沟槽状的分隔板上小尺寸铝连通孔(9)或分隔板上大尺寸铝连通孔(10)。
5.根据权利要求1或2所述的分区电解预焙铝电解槽，其特征在于:所述的导铝通道为在所述的区域分割板(8)的底部与所述的阴极(4)表面保持的缝隙。
6.根据权利要求1或2所述的分区电解预焙铝电解槽，其特征在于:所述的导铝通道为所述的区域分割板(8)成对安装在垂直于槽长度的方向、且成对的所述的区域分割板(8)之间形成的铝连通沟(11)，所述的铝连通沟(11)出现位置在槽宽度1/4至槽中轴线任何位置。
7.根据权利要求1或2所述的分区电解预焙铝电解槽，其特征在于:所述的导铝通道为所述的区域分割板(8)犬牙交错分布安装在垂直于槽长度的方向上所述的区域分割板(8)之间形成的通道。
8.根据权利要求1或2所述的分区电解预焙铝电解槽，其特征在于:所述的区域分割板(8)的顶部与所述的侧部炭块(5)或槽沿板顶部保持水平，通过安装在邻近侧部槽壳处的固定装置(12)将其固定。
9.根据权利要求1或2所述的分区电解预焙铝电解槽，其特征在于:所述的电解槽在每个分区装备有至少一 个下料器。
全文摘要
本发明公开了一种分区电解预焙铝电解槽，包括阴极(4)、侧部炭块(5)、槽壳(6)和阳极(7)，在电解槽纵向方向设置至少一块区域分割板(8)，所述的区域分割板(8)将整个电解槽熔体工作区域分隔成若干小区域，所述的区域分割板(8)镶嵌固定在所述的侧部炭块(5)中，所述的区域分割板(8)的本体或所述的区域分割板(8)与电解槽之间设置有导铝通道，通过所述的导铝通道构成一个整体铝液连通通道。本发明是一种能够大幅度降低铝液波动、易于安装、更换与维护且成本低廉的分区电解预焙铝电解槽。
文档编号C25C3/08GK103243351SQ20131018765
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月20日 优先权日2013年5月20日
发明者张红亮, 李劼, 俆宇杰, 田忠良, 吕晓军, 赖延清 申请人:中南大学