阅读说明：本技术 一种用于控制铝电解阳极效应熄灭的装置及其方法 (Device and method for controlling aluminum electrolysis anode effect to be extinguished ) 是由 星占雄 刘锋 杨国文 杨旸 艾胜朋 杨红军 张启胜 康军年 王林 胡志梅 何刚 于 2020-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于控制铝电解阳极效应熄灭的装置及其方法,装置包括有金属管和导入风管,金属管与导入风管连接,导入风管与风源连接；金属管的前段为一段弯曲管,通过该段弯曲管使整个金属管形成可向上翘的结构,并且该段弯曲管为用于伸入电解槽内的部分；至少在弯曲管的表面设有绝缘层；方法为用金属管的弯曲管插入一侧阳极下方,导入空压风,通过空压风吹动电解槽内的铝液和电解质液,使铝液和电解质液沸腾以促使阳极上的气泡逸出,实现阳极效应熄灭。本发明的优点为：装置简单,操作方便,成本低；大幅降低了阳极效应熄灭过程的电流效率损失；无需使用木棒,节省了生产成本,更为节能环保；熄灭阳极效应的时间短,节约了铝电解的电耗。(The invention discloses a device and a method for controlling the aluminum electrolysis anode effect to be extinguished, wherein the device comprises a metal pipe and an air inlet pipe, the metal pipe is connected with the air inlet pipe, and the air inlet pipe is connected with an air source; the front section of the metal pipe is a section of bent pipe, the whole metal pipe is made into a structure which can be tilted upwards through the section of bent pipe, and the section of bent pipe is a part which is used for extending into the electrolytic cell; at least the surface of the bending pipe is provided with an insulating layer; the method is characterized in that a bent pipe of a metal pipe is inserted below an anode on one side, air pressure air is introduced, and aluminum liquid and electrolyte liquid in an electrolytic cell are blown by the air pressure air to boil the aluminum liquid and the electrolyte liquid so as to promote bubbles on the anode to escape, thereby realizing the extinguishing of the anode effect. The invention has the advantages that: the device is simple, the operation is convenient, and the cost is low; the current efficiency loss in the anode effect extinguishing process is greatly reduced; wood bars are not needed, so that the production cost is saved, and the energy is saved and the environment is protected; the time for extinguishing the anode effect is short, and the power consumption of aluminum electrolysis is saved.)

一种用于控制铝电解阳极效应熄灭的装置及其方法

技术领域

本发明涉及铝电解技术领域，具体涉及一种用于控制铝电解阳极效应熄灭的装置及其方法。

背景技术

传统铝电解槽生产中阳极效应熄灭的方法是使用木棒***铝电解槽出铝口8的阳极10下方，来熄灭阳极效应，如图2所示：当铝电解槽阳极效应发生时，人工使用木棒9，从电解槽出铝端的出铝口8斜向***木棒9，同时电解槽槽控机自动控制程序判断阳极效应持续(20s)自动启动阳极效应处理(大下料2次，打壳2次)，向电解槽内补充氧化铝，提高电解质中的氧化铝浓度。与此同时***槽内的木棒9剧烈燃烧，促使局部电解质液和铝液沸腾加剧，逼迫阳极底掌聚集的阳极气体(气泡)逸出或破裂，阳极气膜电阻大幅下降，电解质的导电性转为良好状态，加之木棒9燃烧后炭化，形成了阳极10与阴极11(铝液)瞬时“短路”，效应电压降低，恢复至正常工作电压(效应刚刚熄灭时电压一般低于正常工作电压200～300mv)，使阳极效应熄灭。

目前，铝电解槽阳极效应发生的机理主要有：(1)湿润性学说，发生阳极效应时由于电解质液对炭阳极湿润性的改变。氧化铝是表面活性物质，它能减小冰晶石熔液在炭素材料上的表面张力，当氧化铝浓度高时，熔液对炭素材料的湿润性良好，阳极气体不能停留在阳极上，只能以小气泡的形式脱离，故不发生阳极效应；反之，阳极气体能够在阳极上聚集并形成大气泡，电解质对炭素材料的湿润性变差，致使大气泡不易脱离阳极，最终连成一片导致阳极效应发生。(2)氟离子放电学说，发生阳极效应是由于阳极过程的改变，及氟离子放电所致。当电解质内氧化铝浓度减小到一定程度时，氧离子的放电转变为氧离子和氟离子联合放电，形成一种惰性的非湿润性的氟化碳(CF)_n，减弱电解质对炭阳极的湿润性，引发阳极效应。(3)静电引力学说，阳极气体所带的电荷的改变，是发生阳极效应的原因。在氧化铝浓度较高的电解质里，气泡带正电，故被阳极排斥，并以小气泡的形式脱离阳极；反之，气泡带负电，并被阳极吸引住，于是阳极上出现气泡层，导致发生阳极效应。(4)阳极对电解质液排斥学说，发生阳极效应的熔盐电解过程有一个共同的特点，既阳极上有气体析出，由于阳极气体的析出，电解液被部分地排挤开，但仍然可以进行正常电解，当阳极电流密度增大时，阳极上的气泡增多，阳极就在更大程度上排斥电解液，达到临界电流密度时，电流的通路绝大部分已经闭塞，产生了静电引力而被吸附在阳极上，阳极效应便发生了。但不管哪种，都和阳极底掌聚集的阳极气体相关，目前采用木棒燃烧的方式，就是促使阳极气体(气泡)逸出或破裂来解决阳极效应。

然而，由于铝电解槽的阳极效在工业生产过程中时有发生，即使控制较好的情况，阳极效应系数也会达到0.1～0.3次/槽·日，一个260台槽的日效应个数在26～78左右；每个效应熄灭一般需要1～2根木棒，使用木棒的数量较多，投入的生产辅助材料消耗费用较大。其次，由于木棒需要2～3年的种植成材周期，同时木棒在铝电解生产中熄灭阳极效应使用后，产生的废木棒中渗入了氟，形成了对自然环境有一定污染的“危废品”，通过危废处理达标的成本更高，而市场的效应木棒供应商越来越少，采购难度加大，铝电解生产成本上升。再次，使用木棒熄灭阳极效应时，由于木棒长度一般在2.5～3.0米，***铝电解槽内的长度一般在2.0～2.5米，较长部分的木棒在铝电解槽内的电解质和铝液中剧烈燃烧，在熄灭阳极效应的过程中铝的二次反应加剧，直接导致短时间内铝电解槽的电流效率降低，电流空耗造成了铝电解槽的能耗升高，同时由于会产生剧烈燃烧，因此对操作人员和设备都可能会造成伤害，存在较大的安全隐患。最后，使用木棒熄灭阳极效应时，由于木棒必须经过一段时间的燃烧后，才可以达到熄灭阳极效应的效果，持续时间较长(一般在1～3分钟，甚至更长)，阳极效应发生时铝电解槽的电压较高(阳极效应电压一般在8～25v，甚至更高)，是正常工作电压的2～6倍，效应期间铝电解槽的能耗急剧升高。

另外，除了采用燃烧木棒来熄灭阳极效应，业内也有采用空气搅动方式和添加熄灭剂的方式，添加熄灭剂的缺点与燃烧木棒类似，主要就是成本高、安全性低；而空气搅动是一种更为绿色环保、低成本的方式，但目前采用空气搅动的方式一般是通过设置气体喷射装置来实现的，而气体喷射装置一般又是直接安装电解槽设备本身上面的(如打壳机头上)，在使用时需要随承载机构(如打壳机头)一起降下沉入到铝液中，然后再通入气体。这种传统的应用方式主要存在两个缺点，一是结构复杂，安装麻烦，会较大的提高设备本身的成本；二是效果不够好，这是因为喷射装置只能在靠近阳极的位置沉入铝液中，这样只是在阳极的侧下方，不能进入到阳极正下方，同时不能进行灵活移动以改变吹动的方向和区域，造成只能一个点或一小块区域吹动，这样就严重地制约了其熄灭阳极效应的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺点，提供一种装置结构更简单、操作方便、成本更低、可快速熄灭阳极效应、降低铝电解能耗的用于控制铝电解阳极效应熄灭的装置及其方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于控制铝电解阳极效应熄灭的装置，其特征在于：包括有金属管和导入风管，金属管与导入风管连接，导入风管与风源连接；金属管的前段为一段弯曲管，通过该段弯曲管使整个金属管形成可向上翘的结构，并且该段弯曲管为用于伸入电解槽内的部分；至少在弯曲管的外表面设置有绝缘层。

进一步地，所述金属管的后段为一段直管，该段直管套装有绝缘胶管，便于操作人员握持，也使得对于操作过程的控制更为灵活方便；设置在金属管前段弯曲管表面的绝缘层为绝缘涂层，通过绝缘层将金属管绝缘，防止造成阳极与铝液发生短路而熔断钢管，同时对钢管起到防止高温熔融的保护效果。

优选地，所述金属管的直管内径为12-20mm，而所述弯曲管的出风口口径为5-12mm；整个弯曲管的内孔为锥形孔结构，其出风口的口径小于弯曲管内孔其余部分的口径，比如出风口的口径为10mm，而直管的口径及弯曲管尾端入口处的口径为15mm。这种结构可以使金属管形成锥形尖状喷嘴，根据空气动力学原理可知，通过这种喷嘴可以喷射出速度及压力更高的气体，进而提高对液体吹动的效果。

优选地，所述金属管的直管与弯曲管为一体结构，直管的前端与弯曲管的尾端为平滑过渡，可通过一根管子以弯折的方式成型获得。

优选地，所述金属管的弯曲管为弧形弯曲结构，其前端的弯曲度最大，而弯曲管前端的中心轴与直管的中心轴形成20-45度的夹角，比如夹角为30度。通过这种角度的弯曲，一是可以使操作更灵活，二是可以使弯曲管形成翘起的效果，以便能够更好地对准阳极的下方，同时还能够以弧形转动的过程中控制更大的区域，以便能吹动更多的液体。

进一步地，在金属管与导入风管之间设置有风量控制阀，通过风量控制阀将金属管与导入风管连接固定。在操作时通过风量控制阀来控制通入空压风的风量大小，使得操作更为方便。

优选地，所述金属管为钢管；所述导入风管为柔性的胶管，胶管可以灵活扭曲，便于金属管进行转动。同时钢管和胶管都属于成本低、应用广、容易得到的产品，可进一步降低装置的成本。

一种用于控制铝电解阳极效应熄灭的方法，该方法基于前述用于控制铝电解阳极效应熄灭的装置，该方法按以下过程实现，

S1，通过导入风管引入干燥的空压风；

S2，在金属管的前段弯曲管***发生阳极效应的电解槽时，打开风源设备使空压风吹入，防止液体进入管内；通过调节风量控制阀的开启度控制通入金属管内的风量大小，并且在金属管刚***电解槽时，通过风量控制阀控制空压风以逐渐变大的方式吹入液体中，避免在空压风突然吹出将液体吹得往外飞溅；

S3，将金属管从电解槽的出铝口***其中一侧阳极的下方，确保弯曲管的出风口完全浸没在铝液中，并使出风口朝向阳极底掌；

S4，按照半弧方式转动金属管，通过空压风吹动电解槽内的铝液和电解质液，使铝液和电解质液沸腾以促使阳极上的气泡逸出，实现阳极效应熄灭。

在步骤S4通过空压风吹动槽内铝液和电解质液的同时，通过槽控机或人工向槽内补充氧化铝，以提高电解槽内电解质液的氧化铝浓度。

本发明通过采用特殊结构的金属管配合铝电解本身就需要的空压风来实现阳极效应的熄灭，可以达到以下技术效果：第一、较现有采用空气熄灭的方式，本发明的整个装置结构简单，不需要安装在电解槽设备上，可独立使用，操作方便，同时风源为电解槽本身就需要使用的干燥空压风，因而风源接入方便，投入的备件辅材较少，安装方便、成本低；

第二，较传统的木棒熄灭方式，可大幅减少因木棒***后对铝造成的二次反应损失，对熄灭效应过程中的原铝液损失大幅降低，降低了阳极效应熄灭过程的电流效率损失；

第三，无需使用木棒或熄灭剂，大幅节省了生产成本(空压风成本较低，熄灭一个阳极效应所用的风量接近与电解槽一次打壳、下料使用空压风的用量)；同时可大幅降低废效应棒或熄灭剂残留物对环境的污染，因此更为环保；

第四，熄灭阳极效应的时间短(木棒必须经过一段时间的燃烧后，熄灭剂则需要反应一段时间，才可以达到熄灭阳极效应的效果，持续时间较长)，能够迅速达到让熔融的电解质液和铝液局部沸腾，熄灭阳极效应的效果较好，有效缩短了阳极效应持续时间，从而节约了铝电解槽的效应电耗。

附图说明

图1为本发明装置使用的旁通管件结构示意图；

图2为传统用于熄灭阳极效应的示意图。

图中，1为导入风管，2为风量控制阀，3为金属管，31为入风口，32为出风口，4为绝缘涂层，5为槽壳，6为防渗料层，7为保温覆盖料，8为出铝口，9为木棒，10为阳极，11为阴极，12为侧碳，13为人造伸腿。

具体实施方式

本实施例中，参照图1，所述用于控制铝电解阳极效应熄灭的装置，包括有用于向电解槽内熔融的电解质液和铝液中导入空压风的金属管3，金属管3连接有导入风管1，导入风管1与风源设备(铝电解设备本身就带有，未图示)连接，以提供空压风；金属管3与导入风管1之间通过一风量控制阀2连接，以便控制通入空压风的大小；金属管3的前段为用于伸入电解槽内电解质液和铝液的部分，这一部分为一段弯曲管，该弯曲管的外表面具有绝缘层，通过绝缘层将金属管3绝缘，防止造成阳极与铝液短路熔断钢管，同时对钢管起到防止高温熔融的保护效果；弯曲管3的尾端为入风口31，其口径大于金属管3前端出风口32的口径，并且弯曲管的内孔为从尾端往前端逐渐变小的锥形孔结构。

金属管3的后段不伸入电解质液和铝液的部分为一段直管，该段直管套装有绝缘胶管，而在弯曲管外表面的绝缘层为绝缘涂层4。

金属管的直管内径为15mm，而弯曲管前端的出风口内径为10mm，弯曲管与直管为平滑过渡；金属管3的内孔从直管的前端开始到弯曲管的出风口为逐渐变小，这样能够提高出风的压力，进而提高吹动的效果。

所述弯曲管为弧形弯曲结构，其前端的弯曲度最大，弯曲管前端的中心轴与直管的中心轴形成30度的夹角，这样使出风口32容易形成翘起状态，以便对准阳极底掌下方。

所述金属管3为钢管，而导入风管1为柔性可扭曲的胶管，钢管和胶管都属于成本低、应用广、容易得到的产品。

一种用于控制铝电解阳极效应熄灭的方法，该方法应用前述的用于控制铝电解阳极效应熄灭的装置，该方法按以下过程实现，

首先，通过导入风管1引入干燥的空压风，并通过控制风量控制阀2的开启度，以控制通入金属管3内的风量大小；

其次，在金属管3的弯曲管***发生阳极效应的电解槽时，先打开风源控制阀2以小风量吹入，避免液体倒流进管内，同时避免使用大风量造成将液体吹起朝外飞溅；

再次，将金属管3缓慢从电解槽的出铝口***一侧的阳极下方，同时确保出风口32***在槽内的铝液中，并使出风口32保证朝向阳极底掌；

最后，按照半弧方式转动金属管3，使整个阳极下方都能被空压风吹到，通过空压风吹动铝液和电解质液，使其剧烈沸腾，促使阳极上因氧化铝浓度偏低聚集的气泡快速逸出，气膜电阻减小，电解槽槽电压迅速下降，阳极效应随之熄灭。

在通过空压风吹动槽内铝液和电解质液的同时，通过槽控机或人工向槽内补充氧化铝，迅速提高槽内的氧化铝浓度。

节约成本方面：由于铝电解槽的阳极效在工业生产过程中时有发生，即使控制较好的情况，阳极效应系数也会达到0.1～0.3次/槽·日，一个260台槽的系列日效应个数在26～78左右；每个效应熄灭一般需要1～2根木棒，从6月份使用本发明新方法开始统计，本年度可节约效应棒37万根，每根效应棒的采购成本为1.6元/根，则本年度可节约生产成本：37×1.6＝59.2(万元)。

铝液损失减少方面：木棒熄灭阳极效应必须经过一段时间的燃烧后，才可以达到熄灭阳极效应的效果，持续时间一般在50秒左右。使用本发明新方法持续时间一般在35秒左右，铝的二次反应时间减少15秒左右，按照理论计算约减少0.5kg铝液损失，按照本年度效应49140个(78×3×210＝49140个)，则可减少铝液损失24.57吨，节约近30万元。

废旧效应棒每年的环保处理费用月10万元，使用本发明新方法可节省该部分环保费用支出。

使用本发明新方法后效应持续时间每个效应减少15秒，本年度49140个效应可节省效应电耗38902.5度(49140×15÷60÷60×190＝38902.5度)，节约电耗成本11670.75元(38902.5×0.3元＝11670.75元)。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。