阅读说明：本技术 一种氧铝联产电解槽上部结构 (Upper structure of oxygen-aluminum co-production electrolytic cell ) 是由 杨建红 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明属于铝冶炼领域,涉及一种氧铝联产电解槽结构的上部结构。针对阳极固定在炉膛内的竖式电极铝电解槽的上部结构,由于新型竖式电极铝电解槽采用接近饱和的氧化铝浓度,同时为减少阳极腐蚀选择相对低温的电解质,因而溶解的氧化铝扩散相对慢,因而合适的氧化铝下料位置以及与之相适应的上部结构将对均匀下料,减少扩散路程起到很重要的作用。(The invention belongs to the field of aluminum smelting, and relates to an upper structure of an aluminum oxide coproduction electrolytic cell structure. Aiming at the upper structure of the vertical electrode aluminum electrolytic cell with the anode fixed in the hearth, because the novel vertical electrode aluminum electrolytic cell adopts the alumina concentration close to saturation and selects the electrolyte with relatively low temperature for reducing the anode corrosion, the diffusion of the dissolved alumina is relatively slow, so that the proper alumina blanking position and the upper structure adapted with the alumina blanking position play an important role in uniform blanking and reduction of the diffusion path.)

一种氧铝联产电解槽上部结构

技术领域

本发明属于铝冶炼领域，涉及一种氧铝联产电解槽结构的上部结构。

背景技术

现行Hall-Herout铝电解槽采用消耗性碳素阳极，不仅消耗大量以优质石油焦为主体的炭素材料，排放大量温室效应气体CO₂、强温室气体碳氟化合物(CF₄、C₂F₆)、SO₂，而且在现行铝电解过程中，需要不断地更换预焙阳极碳块，导致电解生产不稳定，并增加了劳动强度、工人面对高温熔体的人身风险和氟化物的无组织排放；预焙碳阳极生产过程中也会排放致癌性的芳香族化合物(PAH)、SO₂、粉尘，这些都是PM2.5的主要来源之一；此外，采用碳素阳极也是现行铝电解工艺的高能耗、高成本等问题的主要原因。

采用非碳阳极或称惰性阳极实现氧气与原铝联产电解新工艺，可以解决上述排放与污染问题，并可提高生产效率、减少占地面积、降低生产成本，而成为国际铝业界和材料界的关注焦点和研究热点。非碳阳极使用在氧铝联产电解过程中有以下优点：(1)电解过程中电极几乎不消耗，材料消耗量不到碳阳极的百分之一，无需附属的炭素加工厂和碳阳极组装厂，降低了生产成本，消除了由炭素阳极生产与使用带来的环境影响与污染；(2)电极不消耗，极距稳定，易于控制，阳极更换频率减少十倍以上，劳动强度和职业风险大为降低；(3)可以采用更高的单位体积电流，使电解槽产能增加；(4)阳极产品为氧气，避免了环境污染，氧气还可以作为副产品。

采用非碳阳极使铝电解反应方程式由

Al₂O₃+C＝Al+CO₂，E＝1.2V

转为

Al₂O₃＝Al+O₂,E＝2.2V

后者的理论分解电压比前者大1V，因此采用非碳惰性阳极必须使用更保温的电解槽结构，需要采用竖式结构电解槽。所述氧铝联产电解槽采用竖式布置的惰性阳极与惰性阴极，惰性阳极与惰性阴极交错排列，竖式阳极和竖式阴极均悬挂在电解槽上部；或者为竖式阳极悬挂在电解槽上部，竖式阴极安置于电解槽底部基地上；采用电极竖式布置的惰性阳极铝电解槽，由于电极面积可以成倍的增加，从而减少电解槽体积、增加产率、减少散热，弥补惰性阳极理论分解电压高于炭阳极的缺点。

由于新型竖式电极铝电解槽采用接近饱和的氧化铝浓度，同时为减少阳极腐蚀选择相对低温的电解质，因而溶解的氧化铝扩散相对慢，因而合适的氧化铝下料位置以及与之相适应的上部结构将对均匀下料，减少扩散路程起到很重要的作用。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提出使用准线式下料器的线性下料方式，能够保证均匀下料、减少扩散路程。

本发明是通过如下方案实现的：

一种氧铝联产电解槽上部结构，包括保温层、准线性下料器和阳极组件；准线性下料器设置于电解槽边部或电解槽中间，穿过保温层连通电解槽，以实现边部下料或中间下料。

所述阳极组件包括阳极导杆、惰性阳极上方自带的耐火保温层和竖式惰性阳极，且阳极导杆、惰性阳极上方自带的耐火保温层和竖式惰性阳极从上到下依次安装置于电解槽正上方；

当电解槽设有上盖板时，阳极组件置于上盖板上，上盖板的周围下方设有上盖板下耐火保温材料层，准线性下料器穿过上盖板下耐火保温材料层连通电解槽，并固定于槽壳上；以实现边部下料；

和/或惰性阳极上方自带的耐火保温层中间开口设有耐火保温材料悬挂件，准线性下料器穿过耐火保温材料悬挂件连通电解槽；以实现中间下料；

当电解槽无上盖板时，阳极组件直接固设于槽壳上方，惰性阳极上方自带的耐火保温层中间开口，准线性下料器置于惰性阳极上方自带的耐火保温层的开口上方，连通电解槽，以实现中间下料；

所述阳极组件中的阳极导杆安装在横梁母线上；横梁母线安在立柱上；

所述阳极组件中的阳极导杆设置于电解槽边部或电解槽中间或设置于的开口的上方。

当惰性阳极上方自带的耐火保温层的中间设有耐火保温材料悬挂件时，还设有上部支撑横梁，用于悬挂耐火保温材料悬挂件、支撑横梁母线、安装准线性下料器。

所述准线性下料器的下料口与上盖板下耐火保温材料层10、惰性阳极上方自带的耐火保温层或耐火保温材料悬挂件之间均有很好的接触或采用密封条压实，以减少热量与电解质挥发份的损失。

所述准线性下料器的下料口采用耐蚀的金属材料或耐火耐蚀材料，以抵抗火焰、高温烟气、电解质熔体挥发份以及高温氧气的腐蚀。

所述耐蚀的金属材料为抗高温氧化的不锈钢或高温合金材料；所述耐火耐蚀材料为高氧化铝水泥、氧化铝陶瓷或高铝耐火砖。

本发明所述的一种氧铝联产用竖式电解槽上部结构，使用时，有如下要求：

(1)氧化铝下料点与电极相对端的距离即溶解的氧化铝扩散路程不能过长，需保持在1800mm以内，优化的距离在1500mm以内；

(2)下料器、横梁母线位置与电解槽容量相匹配：

当电解槽容量在200-300kA范围时，可以采用边部横梁母线、边部下料；或中间横梁母线，中间下料；或中间横梁母线，中间及边部同时下料；

当电解槽容量在400-800kA及以上的范围时，则要采用中间横梁母线，中间及边部同时下料。

本发明的有益效果为：

(1)本发明所述的氧铝联产电解槽上部采用传统电解槽没有的上部槽盖板、上盖板下耐火保温材料材料层、耐火保温材料悬挂件来实现保温，熔盐电解质上方无结壳从而无需打壳锤来实现无障碍及准线性下料。

(2)本发明所述的一种氧铝联产用竖式电解槽上部结构，跟有碳铝电解下料方式是点式的且带有打壳锤头不同的是：下料器或下料方式是线性的，准连续的，以减少氧化铝的积淀促进其溶解。

附图说明

图1为实施例1中200kA竖式电极铝电解槽及上部结构示意图；

图2为实施例2中300kA竖式电极铝电解槽及上部结构示意图；

图3为实施例3中300kA竖式电极铝电解槽上部结构示意图；

图4为实施例4中400～800kA竖式电极铝电解槽及上部结构示意图；

附图标记说明：

准线式下料器-1；横梁母线-2；阳极导杆-3；惰性阳极上方自带的保温层-4；竖式可润湿性惰性阴极-5；竖式惰性阳极-6；阴极钢棒-7；槽壳-8；耐火保温材料悬挂件-9；上盖板下耐火保温材料层-10；上部支撑横梁-11。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述，但并非对其保护范围的限制。

实施例1

本设计中200kA竖式电极铝电解槽上部结构如图1所示。特点为：单阳极组件排列，采用边部母线、边部下料，阳极组件置于电解槽上盖板上。

具体结构为：

所述200kA竖式电极铝电解槽上部结构，包括准线式下料器1，阳极组件，横梁母线2，上盖板下耐火保温材料层10；

所述阳极组件包括从上到下依次安装的阳极导杆3、惰性阳极上方自带的保温层4，竖式惰性阳极6；阳极组件置于电解槽上盖板上，上盖板的周围下方设有上盖板下耐火保温材料层10，准线性下料器1穿过上盖板下耐火保温材料层10连通电解槽，并固定于槽壳上；(实现边部下料)；

所述阳极组件中的阳极导杆3安装在横梁母线2上；横梁母线2安在立柱上；所述阳极组件中的阳极导杆3设置于电解槽边部，即横梁母线2设于电解槽边部。(实现边部母线)

所述准线性下料器1的下料口与上盖板下耐火保温材料层10采用密封条压实，以减少热量与电解质挥发份的损失；且下料口采用抗高温氧化的不锈钢，以抵抗火焰、高温烟气、电解质熔体挥发份以及高温氧气的腐蚀。

实施例2

本设计中300kA竖式电极铝电解槽上部结构如图2所示。特点为：双阳极组件排列，采用中间母线、边部下料，阳极组件设于电解槽中间。

具体结构为：

所述300kA竖式电极铝电解槽上部结构，包括准线式下料器1，阳极组件，横梁母线2，耐火保温材料悬挂件9；上盖板下耐火保温材料层10；

所述阳极组件包括从上到下依次安装的阳极导杆3、惰性阳极上方自带的保温层4，竖式惰性阳极6；阳极组件置于电解槽上盖板上，上盖板的周围下方设有上盖板下耐火保温材料层10，准线性下料器1穿过上盖板下耐火保温材料层10连通电解槽，并固定于槽壳上；(实现边部下料)；

惰性阳极上方自带的保温层4中间开口设有耐火保温材料悬挂件9；用于保温；

所述阳极组件中的阳极导杆3安装在横梁母线2上；横梁母线2安在立柱上；所述阳极组件中的阳极导杆3设置于电解槽中间，即横梁母线2设于电解槽中间。(实现中间母线)

所述准线性下料器1的下料口与上盖板下耐火保温材料层10采用密封条压实，以减少热量与电解质挥发份的损失；且下料口采用高温合金材料，以抵抗火焰、高温烟气、电解质熔体挥发份以及高温氧气的腐蚀。

实施例3

本设计中300kA竖式电极铝电解槽上部结构如图3所示。特点为：双阳极组件排列，采用中间母线、中间下料。

具体结构为：

所述300kA竖式电极铝电解槽上部结构，包括准线式下料器1，阳极组件，横梁母线2；

所述阳极组件包括从上到下依次安装的阳极导杆3、惰性阳极上方自带的保温层4，竖式惰性阳极6；阳极组件直接固设于槽壳8上方，惰性阳极上方自带的耐火保温层4中间开口，准线性下料器1置于惰性阳极上方自带的耐火保温层4的开口上方，连通电解槽。(实现中间下料)

所述阳极组件中的阳极导杆3安装在横梁母线2上；横梁母线2安在立柱上；所述阳极组件中的阳极导杆3设置于电解槽中间，即横梁母线2设于电解槽中间。(实现中间母线)

所述准线性下料器1的下料口与上盖板下耐火保温材料层10采用密封条压实，以减少热量与电解质挥发份的损失；且下料口采用高氧化铝水泥，以抵抗火焰、高温烟气、电解质熔体挥发份以及高温氧气的腐蚀。

实施例4

本设计中400～800kA竖式电极铝电解槽上部结构如图4所示。特点为：采用中间母线、中间与边部同时下料。

具体结构为：

所述400kA竖式电极铝电解槽上部结构，包括准线式下料器1，阳极组件，横梁母线2；耐火保温材料悬挂件9；上盖板下耐火保温材料层10；上部支撑横梁-11。

阳极组件置于上盖板上，上盖板的周围下方设有上盖板下耐火保温材料层10，准线性下料器1穿过上盖板下耐火保温材料层10连通电解槽，并固定于槽壳上；(实现边部下料)

同时惰性阳极上方自带的耐火保温层4中间开口设有耐火保温材料悬挂件9，准线性下料器1穿过耐火保温材料悬挂件9连通电解槽；(实现中间下料)

所述阳极组件中的阳极导杆3安装在横梁母线2上；横梁母线2安在立柱上；所述阳极组件中的阳极导杆3设置于惰性阳极上方自带的耐火保温层4的开口的上方。(实现中间母线)