铝电解槽超高阳极炭块配置方案的制作方法
【专利摘要】本发明铝电解槽超高阳极炭块配置方案，主要应用与现行大型预焙铝电解槽结构技术改造与设计以及预焙阳极炭块的制备生产，其技术方案是采用超高阳极炭块配置，用延长阳极炭块使用周期时间，减少铝电解槽换极频率的方法，对大型铝电解槽结构和电解铝生产工艺进行工艺改进配置，以实现降低生产成本增加效益之目的。采用该技术方案，不仅可以实现铝电解槽自身的电解铝生产节能减排，并可提高电解铝生产整体综合经济效益。
【专利说明】
铝电解槽超高阳极炭块配置方案
[0001]技术领域铝电解槽超高阳极炭块配置方案，主要应用与现行大型预焙铝电解槽结构设计以及预焙阳极炭块的制备生产。
[0002]【背景技术】预焙阳极炭块既是参与电解铝热电化学反应的主要耗材，又是电解铝生产的导电部件，它通过在碳碗浇注磷铁环，与阳极钢爪铝导杆构造在一起形成阳极导电装置，用小盒卡具夹紧与铝电解槽阳极大母线连接在一起，参与电解铝生产。其主要作用有:一是作为阳极导电体，具有导电功能；二是作为阳极置换消耗材料，参与电化学反应，三是利用自身材料结构，对电解质液实施保温作用；四是利用其结构自身，支撑其上部保温覆盖材料。
[0003]铝电解的生产过程是一个连续的热电化学反应过程，在电解生产过程中，阳极炭块的高度随着参与电解的热电化学反应而消耗缩短(简称牺牲阳极)。其消耗的速度与电流密度和电压成正比，在阳极炭块消耗降低到一定高度后，为保证铝电解槽生产的连续性，就必须将在铝电解槽上残极阳极炭块，(约为130mm-150mm)，从电解槽内取出，用具有一定高度的新阳极炭块(目前电解铝行业通用高度约为600m左右)进行更换，简称换极作业。
[0004]因此，阳极炭块参与电解铝生产的工序为:新阳极炭块-阳极炭块用浇注磷铁环的方式与阳极钢爪组装-形成阳极炭块钢爪组-阳极炭块钢爪组换极入槽-用覆盖料进行阳极炭块保温-阳极炭块参与电解铝生产-阳极炭块消耗-残极炭块阳极钢爪组更换出电解槽-残极炭块上部覆盖料清理-压脱残阳极炭块-压脱阳极钢爪组装用磷铁环-阳极钢爪参与下一个循环组装。由此可见，整个电解生产工艺80%工作量都在围绕阳极炭块进行。
[0005]铝电解槽是高耗能产业，节能降耗是电解铝企业永恒的主题。目前，国内外电解铝企业节能减排、降低生产成本，多走的是提高铝电解槽的容量，即扩大阳极导电面积的技术路线，即将从80年代开始，铝电解槽的容量由160KA发展至600KA左右，铝电解槽容量的扩大，只是增加了铝电解槽，阴极和阳极的导电面积，如在每块阳极炭块长乘宽面积基本不变的条件下，增加阳极炭块即阳极导电装置的组数。
[0006]铝电解容量大小级别的划分；200KA及小于300KA为200KA级铝电解槽，300KA及小于400KA为300KA级铝电解槽，400KA及小于500KA为400KA级铝电解，500KA及小于600KA为500KA级铝电解槽，以此类推。其中400A以上的为大型铝电解槽，500KA以上的为特大型铝电解槽
[0007]随着铝电解槽容量的扩大，但铝电解槽的生产技术指标和经济效益指标并未带来根本的提高，其主要原因是:大型铝电解槽的结构设计及生产工艺配置方式，依然采用的是高度低于650_低炭块传统铝电解槽的配置。其结果是，阳极炭块的数量有所增加，阳极炭块的高度不变，必然造成铝电解槽阳极炭块换极频率加大。
[0008]铝电解槽换极频率计算方法是:铝电解槽配置阳极炭块总和除以阳极炭块在铝电解槽上的平均使用天数。
[0009]如:原设计容量为320KA铝电解槽，其阳极碳块的长X宽X高尺寸为1600mmX700mmX620mm，共设置有40组阳极炭块。按阳极炭块在铝电解槽上的使用30天计算，其换极频率为:40块/30天=1.3块/天。
[0010]如:现设计的容量为500KA级铝电解槽，其阳极碳块的长X宽X高尺寸为1750mmX700mmX650mm，共设置有48组阳极炭块，按阳极炭块在铝电解槽上的使用30天计算，其换极频率为:48块/30天=1.6块/天。
[0011]如:现设计的容量为600A铝电解槽，其阳极碳块的长X宽X高尺寸为1850mmX700mmX650mm，共设置有56组阳极炭块，按残极厚度为150mm，阳极炭块在铝电解槽上平均消耗15.5毫米，阳极炭块在铝电解槽上的使用30天计算，其换极频率为:56块/30天=1.86块/天
[0012]采用这种高度为高度低于650mm的阳极炭块配置进行设计的300KA级以上的铝电解槽，其容量虽然随着导电面积的扩大虽有所增加，即阳极炭块在铝电解内的配置总数量也有所增加，但阳极炭块在铝电解槽上的使用寿命天数并没有增加，反而造成大型铝电解槽的阳极炭块换极频率有所增加，与普通中小型电解槽相比，致使铝电解槽的换极作业对铝电解槽干扰波动加大，影响了铝电解槽的稳定性，导致大型铝电解槽难以产生应得的效益。
[0013]大型铝电解槽换极频率的增加，不仅影响大型铝电解槽的热平衡等铝电解槽工艺状况，致使大型铝电解槽的生产技术指标难以有根本性的提高，而且降低了与铝电解槽生产工艺相关的阳极炭块制备、阳极炭块组装、残极清理等生产环节的生产效率，其生产作业方式技术装备没有根本改变和提高，导致大型铝电解槽的综合节能减排生产技术指标和经济指标优势难以体现出来。
[0014]上述表述也可以理解为，目前国内外电解铝行业大型铝电解的设计走向，只是在铝电解槽的导电面积上有所扩大，阳极炭块的数量有所增加，即铝电解槽结阴极导电面积和阳极导电面积的平面二维尺寸上有所改变。但在影响铝电解槽结构配置和生产工艺方式的阳极炭块的三维尺寸结构的高度领域，关系到整个铝电解生产工艺全过程工艺配置和生产作业方式关键核心技术，即铝电解槽的“换极频率”上，并没有进行系统有效的改进创新。即铝电解槽大型化后，由于对阳极炭块结构尺寸和铝电解槽结构依然延续传统的阳极炭块高度设计，造成换极频率有所增加，导致大型铝电解槽的的生产技术经济指标难以优化，致使生产电耗增减、生产成本增加。
[0015]大型铝电解槽采用650_高度以下阳极炭块进行生产，换极频率较高，其主要缺点是:
[0016]1、阳极残极炭块高度(约130mm-150mm)与电解生产中所消耗牺牲掉的阳极炭块高度的比值较小，造成电解铝阳极碳块毛耗较高。
[0017]2、由于铝电解槽换极频率较高，随之由换极造成的铝电解槽热散失和铝电解槽热平衡的干扰波动较大，污染排放加大、致使电解铝生产电耗物耗增加。
[0018]3、预焙电解槽铝生产工艺的绝大部分工艺与配置和阳极炭块有关，铝电解槽换极频率较高，不仅造成铝电解槽换极工作量加大，而且会造成，阳极炭块组装工作量、残极清理工作量、铝导杆和阳极钢爪的周转量的加大，生产成本增加。
[0019]4、铝电解槽换极频率较高，不仅造成会造成多功能天车、阳极组装、运输、残极处理等技术装备的增加和使用频率的加大，而且会使阳极保温覆盖料有所增加，加大铝电解生产的资金占用。
[0020]
【发明内容】
为克服现行的大型铝电解槽结构生产工艺方面，由于阳极炭块高度设计和铝电解槽结构设计方面延续传统设计，采用650_以下阳极炭块进行生产，所造成的换极频率高，而导致的上述缺点，本发明首次提出了将铝电解槽的“换极频率”，即每台铝电解槽阳极炭块配置的总和除以阳极炭块在铝电解上平均使用天数之比，作为评价铝电解槽技术装备和生产工艺是否先进，并把换极频率趋于零为最优的考核理念。
[0021]本发明结合现通用的大型铝电解槽结构设计和工艺设计的现状，依据铝电解的换极频率越低，对电解铝生产越是有利的原则，采用铝电解槽内阳极炭块配置总量尽量减少，以换极频率趋于零为最优，阳极炭块高度应尽量加高的设计思路，提出了大型铝电解采用超高阳极炭块配置，用延长阳极炭块使用周期时间，减少铝电解槽换极频率的方法，对铝电解槽结构和电解铝生产工艺进行改进创新的技术方案，以实现降低生产成本增加效益之目的。
[0022]铝电解槽超高阳极炭块配置，其技术方案的特征是:铝电解槽采用高度大于700mm以上的超高阳极炭块进行配置，其阳极炭块的最佳配置高度为:阳极炭块在铝电解上每天平均消耗的高度，乘以铝电解槽所配置的阳极炭块的数量，再加上残极炭块的高度，致使换极频率趋近或小于I块/天；
[0023]依据上述技术方案，当铝电解槽铝电解槽采用32至44组阳极炭块钢爪组进行配时，采用高度大于700mm以上的超高阳极炭块进行配置，最佳设定高度为800mm以上，致使换极频率趋近或小于I块/天；
[0024]依据上述技术方案，当铝电解槽采用48组超高阳极炭块进行配置时，其阳极炭块高度尺寸应大于700mm，最佳设定高度为850mm以上，致使招电解槽的换极频率小于1.3天，趋近或小于I块/天；
[0025]依据上述技术方案，当铝电解槽采用56组以上的超高阳极炭块进行配置时，其超高阳极炭块的高度应大于700mm，其最佳设定高度为970mm以上，致使铝电解槽的换极频率小于1.45块/天，趋近或小于I块/天；
[0026]依据上述技术方案，铝电解槽为50组以上的超宽超高阳极炭块进行配置，其阳极炭块宽度大于730mm时，其高度应大于700mm，其目标设定高度为900mm以上，致使铝电解槽的换极频率小于1.4块/天，趋近或小于I块/天；
[0027]依据上述技术方案，当采用超高阳极炭块进行配置的铝电解槽结构，其槽膛深度应大于或等于550mm，其槽壳体上部到铝电解槽上部水平烟罩板之间的高度，应大于超高阳极炭块与阳极钢爪用浇注磷铁环组装后的高度，即能够便于进行更换阳极作业操作的高度。
[0028]依据上述技术方案:在超高阳极炭块的高度致使散状覆盖料对高出槽膛部分的炭块难以形成稳定保温层时，该铝电解结构的槽盖板下端与槽壳体之间可设置可移动挡料装置。
[0029]阳极炭块的最佳配置高度计算方法为:
[0030]阳极炭块在铝电解上每天平均消耗的高度，乘以铝电解槽所配置的阳极导电装置的数量(即阳极炭块的总数量)，再加上残极炭块的高度。
[0031]铝电解槽换极频率计算方法是:
[0032]铝电解槽配置铝导杆阳极炭块钢爪组总和，除以阳极炭块在铝电解槽上的平均使用天数之比。
[0033]铝电解槽换极频率评价指标是:以换极频率趋于零为最优，其中采用32以上阳极炭块钢爪组(即阳极导致装置)配置的大型铝电解槽，其换极频率趋近或小于I块/天较为合理。
[0034]采用本发明技术方案的优点是在大型铝电解槽上用超高阳极炭块替代的650mm高度以下的所谓高阳极炭块，对铝电解槽结构和阳极导电装置进行进行配套设计改进，用提高阳极炭块使用寿命，降低铝电解槽换极频率的方法，不仅可以减少因更换残极作业对铝电解槽造成的干扰，降低换极热散失稳定保持电解槽的热平衡，降低阳极炭块的毛耗、降低电解铝生产工艺的电耗，而且可以减少阳极组装工作量和周转运输工作量，以及电解铝企业阳极导电装置铝导杆和阳极钢爪的总量配置，减少电解铝生产的综合成本，实现电解铝生产节能降耗减排，提高电解生产的总体综合经济效益。
[0035]说明书附图本发明技术方案和特征结合附图则表示的更加清晰。
[0036]图1米用超尚阳极炭块配置招电解结构不意图。
[0037]其图中所示:1水平烟罩板、2槽盖板、3可移动挡料装置、4挡料装置固定插座、5槽壳体上部立板、6槽壳体、7超高阳极炭块、8电解质液、9铝液、10覆盖料、11阳极钢爪及铝导杆、12、槽底阴极炭块、13侧部炉墙。
具体实施方案
[0038]大型铝电解槽采用超高阳极炭块的配置后，其铝电解结构和生产工艺可能会产生以下问题，特提出解决对策如下:
[0039]—是在阳极炭块加高后，会产生在炭块的端部保温覆盖料难以对炭块实现全覆盖保温问题，可采用加深铝电解槽的槽膛深度去解决，铝电解槽槽膛的深度应高于550_。
[0040]二是在超高阳极炭块刚换极入槽后，为解决超高阳极炭块的高出槽膛部分，致使散状覆盖料对高出槽膛部分的炭块难以形成稳定保温层时，可在铝电解结构的槽盖板下端与槽壳体之间，设置上可移动的挡料板或保温挡料板等保温挡料装置，以解决当保温覆盖料难以对高于槽膛部分炭块上部实施全覆盖保温的问题。
[0041]三是当炭块加高后，其炭块的重量势必增加，为保证与阳极钢爪与阳极炭块之间浇注磷铁环的连接强度，可采用加大阳极钢爪直径或加大阳极炭块碳碗直径的方法进行解决，其阳极炭块的直径应大于200mm，碳碗内设置有多道斜拉凹槽。
[0042]四是当炭块加高后，其炭块的重量势必增加，为保证阳极导电装置的铝导杆和阳极钢爪之间铝钢复合过渡连接片的连接强度，其铝钢复合过渡连接可采用用两块铝钢复合过渡连接片中间夹焊铝导杆与阳极钢爪相连接的方式，用增加立焊缝的方法进行解决。
[0043]五是为防止超高阳极炭块在换极入槽是与铝电解槽内的烟道侧板发生碰撞干涉，铝电解槽上部的烟道结构应与入槽新更换超高阳极炭块端部肩角部保持有一定的空间距离。
[0044]六是在铝电解槽上采用超高阳极炭块后在添加阳极炭块覆盖料作业时，如采用高度大于800mm以上的阳极炭块时，在换极初期可不必在阳极炭块的顶端添加保温覆盖料，只做炭块的周边保温，待阳极炭块消耗到800mm左右时再对阳极炭块上部实施保温添加覆盖料作业。
[0045]以下实施例结合现通用铝电解槽结构设计和阳极炭块配置进行，可进一步加深对本发明技术方案的理解
[0046]实施例1:如容量为200KA或300KA系列级铝电解槽，设置有28至44阳极炭块导电装置，应采用高度大于700_的阳极炭块进行配置，致使阳极炭块的使用寿命时间趋近或大于40天，其换极频率趋近或小于I块/天。
[0047]实施例2:现通用容量为400KA至500KA系列级的大型电解槽，配置有48组阳极炭块钢爪组，其阳极炭块的高度尺寸低于650_以下，按阳极炭块每天消耗15_计算，其残极高度按150毫米计算，其阳极炭块在铝电解槽的使用寿命为33天，该铝电解槽换极频率为48块/33天等于1.45块/天。
[0048]本发明改进技术方案是:400KA至500KA系列的大型铝电解槽，依然配置有48组阳极导电装置，其阳极炭块高度尺寸为750mm，按阳极炭块每天消耗15mm计算，其残极高度按150毫米计算，阳极炭块在铝电解槽上的使用寿命高于39天，铝电解槽的换极频率小于
1.3块/天；当阳极炭块的高度设定为860mm时，阳极炭块在铝电解槽上的使用寿命趋近于48天，即铝电解槽的换极频率趋近或小于I块/天。
[0049]实施例3:现通用容量为600KA系列级的大型电解槽，配置有56组阳极炭块钢爪组，高度为620mm，按阳极炭块每天消耗15mm计算，其残极高度按140毫米计算，其阳极炭块在铝电解槽的使用寿命为32天，该铝电解槽换极频率为56块/32天等于1.75块/天。
[0050]改进技术方案A是:600kA系列的特大型铝电解槽，依然配置有56组阳极炭块钢爪组，按阳极炭块每天消耗15_计算，其残极高度按140毫米计算；当阳极炭块的高度尺寸为750mm时，阳极炭块在铝电解槽上的使用寿命高于为41天左右，铝电解槽的换极频率小于1.4块/天；
[0051]改进技术方案B是:600kA系列的特大型铝电解槽，依然配置有56组阳极炭块钢爪组，当阳极炭块的高度设定最佳高度970mm时，阳极炭块在铝电解槽上的使用寿命为56天左右，即铝电解槽的换极频率其换极频率趋近或小于I块/天。
[0052]实施例4:容量为500KA级以上的特大型铝电解槽，采用阳极炭块为48组进行配置，当阳极炭块宽度大于735mm时，高度为720毫米以上，其最佳高度为870mm配置时，阳极炭块在铝电解槽上的使用寿命时间为48天左右，即铝电解槽的换极频率其换极频率趋近或小于I块/天。
[0053]实施例5:容量为600KA级以上的特大型铝电解槽，采用设置有56组阳极导电装置，其阳极炭块高度应大于720毫米以上，其目标高度为960mm，使得阳极炭块在铝电解槽上的使用寿命周期应大于38天，目标值达到56天，致使铝电解槽的换极频率小于1.42块/天，趋近I块或小于/天。
【主权项】
1.铝电解槽超高阳极炭块配置方案是:以降低铝电解换极频率为设计出发点，在铝电解槽上采用超高阳极炭块，对铝电解槽结构和生产工艺进行配置设计，其特征是:铝电解槽采用高度大于700_以上的超高阳极炭块进行配置，其阳极炭块的最佳配置高度为:阳极炭块在铝电解上每天平均消耗的高度，乘以铝电解槽所配置的阳极导电装置的数量，再加上残极炭块的高度，致使换极频率趋近或小于I块/天。2.依据权利要求1所述的铝电解槽超高阳极炭块配置方案，其特征是:铝电解槽为32至44组阳极炭块钢爪组进行配置时，采用高度大于700mm以上的超高阳极炭块进行配置，致使换极频率趋近或小于I块/天。3.依据权利要求1所述的铝电解槽超高阳极炭块配置方案，其特征是:铝电解槽为48组阳极炭块钢爪组进行配置时，其超高阳极炭块高度尺寸大于700_，最佳设定高度为850mm以上，致使铝电解槽的换极频率小于1.3天，趋近或小于I块/天。4.依据权利要求1所述的铝电解槽超高阳极炭块配置方案，其特征是:铝电解槽为56组以上的阳极导电装置进行配置，其超高阳极炭块的高度尺寸应大于700_，其最佳设定高度为970mm以上，致使铝电解槽的换极频率小于1.45块/天，趋近或小于I块/天。5.依据权利要求1所述的铝电解槽超高阳极炭块配置方案，其特征是:铝电解槽为50组以上的阳极导电装置进行配置，其超高加宽阳极炭块配置，炭块宽度大于700时，其高度应大于700mm，其最佳设定高度为900mm以上，致使招电解槽的换极频率小于1.4块/天，趋近或小于I块/天。6.依据权利要求1所述的铝电解槽超高阳极炭块配置方案，其特征是:采用超高阳极炭块进行配置的铝电解槽结构，其槽膛深度应大于或等于550mm，其槽壳体上部到铝电解槽上部水平烟罩板之间的高度，应大于超高阳极炭块与阳极导电装置的阳极钢爪用浇注磷铁环组装后的高度，即能够便于进行更换阳极作业操作的高度。
【文档编号】C25C3/12GK105887140SQ201410851851
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月22日
【发明人】高德金, 杨青, 高伟
【申请人】高德金