基于阴极内衬整体成型的铝电解槽的制作方法

本实用新型涉及铝电解技术领域，具体涉及一种基于阴极内衬整体成型的铝电解槽。

背景技术：

传统的铝电解槽阴极采用预制阴极的方式在槽底部铺设电解槽底部阴极，采用侧部炭砖铺设侧部炉膛，实现电解槽筑炉。但此种方式存在以下不足：1)多块预制阴极炭块及其炭块间的连接扎固糊料、不同材质的侧部炭块与预制阴极及其彼此连接的扎固糊料等在焙烧后，存在收缩率不一致的问题，容易开裂，导致漏炉风险大；2)导电钢棒和阴极炭块在组装成预制阴极时，两者难以紧密结合，导致接触压降大，通流后压降增加；3)在电解槽中安装预制阴极时，受物理位置的限制，阴极钢棒集中在预制阴极中，使电流分布不理想；4)受预制阴极与侧部炭块的固定尺寸影响，难以控制铝液中的水平电流，导致铝液波动大，影响生产效率；5)预制阴极和阴极组装费用高；6)槽中修、大修时，通常需要将整个内衬刨除，再重新敷设预制阴极，成本高、工作量大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于阴极内衬整体成型的铝电解槽，通过槽内衬整体成型，节省预制阴极和组装工序，改善阴极电流分布、降低漏炉风险、减小铝液中的水平电流、降低槽底压降，实现高效节能生产，节约电解槽建设成本。另外，还可通过电解槽中修和大修时的增材筑炉，降低维护成本和工作量。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型的基于阴极内衬整体成型的铝电解槽是这样的：该电解槽的结构包括阳极、上部结构和提升机构，在阳极下方设有槽内衬，槽内衬的外侧面设有摇篮架及槽壳，槽内衬内设有侧部内衬结构、底部阴极、阴极钢棒和底部内衬结构；其中侧部内衬结构与底部阴极分别采用基于冷捣糊的不导电碳化硅糊料和基于冷捣糊的导电碳素糊料，在电解槽筑炉时整体扎制成型，并通过电解焙烧烧结； 基于冷捣糊的不导电碳化硅糊料电阻率大于90μΩ·m，抗压强度不小于18MPa；基于冷捣糊的导电碳素糊料电阻率小于35μΩ·m，抗压强度不小于20MPa。

其中，不导电的侧部内衬结构深入到底部阴极区域，抑制阴极电流的水平方向路径，使水平电流更多的分布在阴极中，减小铝液中的水平电流，降低铝液波动，同时也延长了铝液渗透出电解槽的路径，降低漏炉风险。

该基于阴极内衬整体成型的铝电解槽的整体成型方法是这样的：阴极钢棒根据期望的电流分布在电解槽中进行配置，然后在低于40℃温度下，整体扎制侧部内衬结构和底部阴极，形成整体成型电解槽内衬，同时，按照设计要求不同形状与位置，扎制成不同型式的阴极结构。

使用电阻率小于35μΩ·m的底部阴极，同时在槽内衬上配备相应的材料与结构，其中底部内衬结构的材料采用陶瓷纤维材料、硅酸钙制品、隔热耐火材料或蛭石保温材料，侧部内衬结构的材料采用陶瓷纤维材料、蛭石保温材料、不定型耐火材料或隔热耐火材料，最终使得热损失降低，降低生产运行能耗10-15％。

进一步的，采用燃气、加热片或电热焦粉的方式进行一段或二段焙烧，整个焙烧过程采用防氧化密闭装炉方案，配备焙烧烟气收集系统，升温电流采用分流控制，升温时间不大于240小时，使其侧部内衬结构和底部阴极充分炭化，电阻率小于35μΩ·m、抗压强度不小于20MPa，随后完成电解槽启动。

进一步的，侧部内衬结构和底部阴极整体成型时，糊料分层敷设或扎制，并以一定的频率，采用机械和人工操作方式逐层振打糊料，逐步成型。

进一步的，电解槽中修、大修时，根据侧部内衬结构和底部阴极的损坏情况，对损坏部分进行局部修补，替代以往整槽内衬刨出大修。

本实用新型采用优良高导电性能的冷捣糊料作为底部阴极材料，不易导电的非导电性能的冷捣糊料作为侧部保温材料，通过筑炉工具逐层进行电解槽筑炉，由于材料收缩率小，阴极和侧部焙烧后无裂痕，减小漏槽风险；同时通过基于冷捣糊掺加高导电性能的材料形成槽底部材料和掺加不易导电的材料形成槽侧部材料，可提高槽底电流密度，降低槽底压降和槽侧部导电性，加上阴极钢棒可以按需求改变与定位，有利于减小熔体区水平电流分布，加大阴极电流分布均匀性，最终实现能耗降低和提高效率。本实用新型由于省掉预制阴极和阴极组装工艺、焙烧流程，还大大降低了投资和生产运行费用，提高劳动生产率。

附图说明

图1是本实用新型的铝电解槽结构示意图；

图2是传统阴极结构的结构示意图：图中：钢棒非均匀分布；

图3是本实用新型的整体阴极结构的结构示意图：图中：钢棒均匀分布；

图4是整体阴极减少水平电流结构示意图；

图5是整体阴极内衬结构示意图；

图6是整体阴极内衬局部小修示意图。

附图标记说明：1-阳极，2-上部结构，3-提升机构，4-摇篮架及槽壳，5-底部内衬结构，6-侧部内衬结构，7-底部阴极，8-阴极钢棒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，图1展示了本实用新型的基于阴极内衬整体成型的铝电解槽的结构，从图中可以看出，该电解槽的结构包括阳极1、上部结构2和提升机构3，在阳极1下方设有槽内衬，槽内衬的外侧面设有摇篮架及槽壳4，槽内衬内设有侧部内衬结构6、底部阴极7、阴极钢棒8和底部内衬结构5；其中侧部内衬结构6与底部阴极7分别采用基于冷捣糊的不导电碳化硅糊料和基于冷捣糊的导电碳素糊料，在电解槽筑炉时整体扎制成型，并通过电解焙烧烧结；基于冷捣糊的不导电碳化硅糊料电阻率大于90μΩ·m，抗压强度不小于18MPa；基于冷捣糊的导电碳素糊料电阻率小于35μΩ·m，抗压强度不小于20MPa。

从图4可以看出，这种铝电解槽的结构中，不导电的侧部内衬结构6深入到底部阴极7区域，抑制阴极电流的水平方向路径，使水平电流更多的分布在阴极中，减小铝液中的水平电流，降低铝液波动，同时也延长了铝液渗透出电解槽的路径，降低漏炉风险。

这种铝电解槽采用整体成型方法构筑，该方法的效果如图2和图3所示，其中图2展示了现有技术非整体成型式电解槽，而图3展示本实用新型的整体成型式电解槽，二者的区别明显，在图2中，由于电解槽不是整体成型，阴极钢棒8在底部阴极7的位置是均布的，阴极钢棒8可以根据期望的电流分布在电解槽中进行配置，然后在低于40℃温度下，整体扎制侧部内衬结构6和底部阴极7，形成整体成型电解槽内衬，同时，按照设计要求不同形状与位置，扎制成不同型 式的阴极结构。

本实用新型使用电阻率小于35μΩ·m的底部阴极6，由于采用的冷捣糊具备优良的导电性，阴极炭素本体压降降低，另一方面，由于底部阴极7采用本实用新型的基于阴极内衬整体成型的结构，阴极炭素与钢棒之间的接触可得到较大的改善，从而降低阴极组装接触压降，最终使得槽工作电压得到较大的降低，同时在槽内衬上应配备相应的材料与结构，其中槽内衬底部内衬材料应采用陶瓷纤维材料、硅酸钙制品、隔热耐火材料、蛭石保温材料等，槽内衬侧部内衬材料应采用陶瓷纤维材料、蛭石保温材料、不定型耐火材料、隔热耐火材料等，最终使得热损失降低，从而可达到降低生产运行能耗10-15％，如图5。

本实用新型采用燃气、加热片或电热焦粉的方式进行一段或二段焙烧，整个焙烧过程采用防氧化密闭装炉方案，配备焙烧烟气收集系统，升温电流采用分流控制，升温时间不大于240小时，使其侧部内衬结构6和底部阴极7充分炭化，电阻率小于35μΩ·m、抗压强度不小于20MPa，随后完成电解槽启动。

侧部内衬结构6和底部阴极7整体成型时，糊料分层敷设或扎制，并以一定的频率，采用机械和人工操作方式逐层振打糊料，逐步成型。

电解槽中修、大修时，根据侧部内衬结构6和底部阴极7的损坏情况，对损坏部分进行局部修补，替代以往整槽内衬刨出大修，如图6。

当然，以上只是本实用新型的具体应用范例，本实用新型还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型所要求的保护范围之内。