一种铝电解槽炉底外部保温与节能降耗的方法
阅读说明：本技术 一种铝电解槽炉底外部保温与节能降耗的方法 (Method for external heat preservation and energy saving and consumption reduction of aluminum cell furnace bottom ) 是由 成庚 刘海锋 刘进县 杨成亮 杨国伟 金占雄 张鸿翎 魏福吉 刘俊英 郭文善 陈 于 2021-10-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及铝电解行业技术装备和节能降耗技术领域,具体涉及一种铝电解槽炉底外部保温与节能降耗的方法。本发明专利的保温材料添加在现有设计、安装和生产的有底电解槽底部外面,按需帮助解决电解槽在形成和维持电解槽炉帮厚度和伸腿长度以及节能降电压过程中炉底变冷问题,使电解质初晶温度等温线可持续维持在阴极炭块下面,实现电解生产过程稳定优化运行而适当降低槽电压,进一步实现节能降耗。(The invention relates to the technical field of technical equipment and energy conservation and consumption reduction in the aluminum electrolysis industry, in particular to a method for preserving heat and saving energy consumption at the outer part of a furnace bottom of an aluminum electrolysis cell. The heat insulating material is added outside the bottom of the electrolytic cell with a bottom designed, installed and produced in the prior art, helps to solve the problems that the electrolytic cell forms and maintains the thickness of the furnace wall and the length of the extending leg of the electrolytic cell and the furnace bottom becomes cold in the process of energy conservation and voltage reduction as required, so that the temperature isotherm of the primary crystal temperature of the electrolyte can be continuously maintained below the cathode carbon block, the stable and optimized operation of the electrolytic production process is realized, the cell voltage is properly reduced, and the energy conservation and consumption reduction are further realized.)
技术领域
本发明涉及铝电解行业技术装备和节能降耗技术领域，具体涉及一种铝电解槽炉底外部保温与节能降耗的方法。
背景技术
铝电解槽在生产过程之中的能量利用率约为50%，如图1所示，大约有一半的能量都以热量形式散发在大气中，不仅造成了大量的能源浪费，而且还造成电解槽周围的环境温度升高，影响着电解槽的热平衡，也是造成铝电解高温作业的重要热量来源之一，节能减排仍然是铝电解今后的核心关键技术研发领域。以现有技术实例示意说明，电解槽底部散热占总散热的7%，约占电解铝能耗的3.5%，相当于大约450kWh/t.Al的吨铝能耗。
发明内容
本发明的目的是为了解决在现有技术中电解槽槽底外部保温节能的问题，提供了一种铝电解槽炉底外部保温与节能降耗的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种铝电解槽炉底外部保温与节能降耗的方法，包括设置在电解槽壳体底部外侧工字钢下沿上面的陶瓷纤维板等保温材料、在维持能量平衡和保持炉帮厚度与伸腿长度以及优化设计原则基础上，进行降低槽电压，实现节能降耗。
一种铝电解槽炉底外部保温与节能降耗的方法，包括如下步骤：
S1.增设电解槽底外部增设保温材料层，保温材料层为硅酸钙板或陶瓷纤维板；
S2.电解槽炉帮厚度10～20cm、伸腿长度5～18cm和铝电解槽炉底电压降180～390mV；
S3.电解槽上安装测温探头，分别监控铝电解槽底、摇篮架和阴极钢棒处；
S4.逐步稳定降低铝电解槽电压降，保持阴极钢棒温度260～310℃、炉底温度80～230℃、维持电解质初晶温度925～935℃；等温线位于阴极炭块下部。
所述步骤S2中根据铝电解槽不同材质设置铝电解槽炉底电压降，其中全石墨化阴极电压降220～280mV，浇筑全石墨化阴极电压降180～220mV，高石墨质阴极电压降330～390mV。
所述步骤S1中保温材料层铺设在电解槽底部摇篮架的槽底工字钢下沿上部。
所述步骤S1中保温材料层厚度为10～80mm，铺设层数至少为一层。
所述步骤S1中保温材料层与铝电解槽炉底贴合或留有间隙。
所述步骤S4中当保温材料层与铝电解槽炉底留有间隙，槽电压降低18～22mV；当保温材料层与铝电解槽炉底贴合，槽电压降低26～30mV。
所述步骤S4中当保温材料层与铝电解槽炉底留有间隙，将保温材料层封堵槽底工字钢长度方向两侧端头，形成密闭保温空腔，槽电压降低22～26mV。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明专利的保温材料添加在现有设计、安装和生产的有底电解槽底部外面，可以按需帮助解决电解槽在形成和维持电解槽炉帮厚度和伸腿长度以及节能降电压过程中炉底变冷（初晶温度等温线上移）问题，使电解质初晶温度等温线可持续维持在阴极炭块下面，实现电解生产过程稳定优化运行而适当降低槽电压，进一步实现节能降耗。
本发明专利可保持良好的热平衡及电平衡，内部等温线持续合理分布，既保证了电解槽的稳定生产，降低了电耗，又很好的保护了侧部内衬，延长了电解槽槽的寿命。本发明采用槽底部外侧保温性能更佳的保温结构，具有以下优点：
本发明专利电解槽上安装多组测温探头进行多点温度监控，通过槽电压等技术条件体系的合理优化与耦合平衡，保持阴极钢棒下面和炉底温度基本不变，维持电解质初晶温度等温线位于阴极炭块下面，以实现对初晶温度等温线的持续监控。
本发明专利使用硅酸钙板或陶瓷纤维板作为保温层，也可选用废旧硅酸钙板或陶瓷纤维板二次循环利用，对电解槽底外侧进行保温，既节约保温材料费，又充分进行废料循环利用，有益于绿色环保、降本增效。
本发明专利采用保温材料放置于电解槽底部摇篮架工字钢下沿上面，根据硅酸钙板或陶瓷纤维板大小和软硬度进行担放或棚置，根据保温程度的实际需要调整保温材料布局，形成最佳保温效果。本发明专利在稳定合理保持电解槽炉帮厚度、伸腿长度和炉底电压降基础上，逐步稳定降低槽电压，实现节能降耗，也可新建设计、安装和生产的有底或无底电解槽上，采用耐电解质侵蚀的耐火保温内衬材料，并持续维持着炉帮厚度和伸腿长度，进行有底槽底部工字钢下沿、槽壳底面等多种形式的保温措施或无底槽槽用环保达标的保温措施，则电解质初晶温度等温线允许从阴极炭块下面向下移动。
附图说明
图1为现有技术结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为图2的A-A向剖视图。
图中：1、槽底工字钢；2、保温材料层；3、阴极炭块组；4、阴极内衬耐火保温层
5、阴极钢棒测温探头Ⅰ； 6、阴极钢棒测温探头Ⅱ；7、阴极钢棒；8、炉底测温探头。
具体实施方式
现有设备中铝电解槽炉底设有槽底工字钢1，铝电解槽内设有阴极炭块组3、阴极内衬耐火保温层4和阴极钢棒7，本发明创新点在于提供一种铝电解槽炉底外部保温与节能降耗的方法，包括如下步骤：
S1.增设电解槽底外部增设保温材料层2，保温材料层2为硅酸钙板或陶瓷纤维板；
S2.电解槽炉帮厚度10～20cm、伸腿长度（不包括人造伸腿）5～18cm和铝电解槽炉底电压降180～390mV；
S3.电解槽上安装测温探头，分别监控铝电解槽底、摇篮架和阴极钢棒处；其中阴极钢棒7两端分别设有阴极钢棒测温探头Ⅰ5和阴极钢棒测温探头Ⅱ6，铝电解槽底设有炉底测温探头8，铝电解槽底和摇篮架根据温度监控需要增设测温探头数量保证测试准确及时即可；
S4.逐步稳定降低铝电解槽电压降，保持阴极钢棒温度260～310℃、炉底温度80～230℃、维持电解质初晶温度925～935℃；等温线位于阴极炭块下部。
所述步骤S2中根据铝电解槽不同材质设置铝电解槽炉底电压降，其中全石墨化阴极电压降220～280mV，浇筑全石墨化阴极电压降180～220mV，高石墨质阴极电压降330～390mV。
所述步骤S1中保温材料层2铺设在电解槽底部摇篮架的槽底工字钢1下沿上部。
所述步骤S1中保温材料层2厚度为10～80mm，铺设层数至少为一层。
所述步骤S1中保温材料层2与铝电解槽炉底贴合或留有间隙。所述步骤S4中当保温材料层2与铝电解槽炉底留有间隙，槽电压降低18～22mV；当保温材料层2与铝电解槽炉底贴合，槽电压降低26～30mV。
所述步骤S4中当保温材料层2与铝电解槽炉底留有间隙，将保温材料层2封堵槽底工字钢2长度方向两侧端头，形成密闭保温空腔，槽电压降低22～26mV。
本发明专利可以在电解槽底部钢板外侧使用换热装置，以维持槽底钢板设计温度，并将电解槽底部钢板外侧使用换热装置所换热量，在维持槽底钢板设计温度的同时，加以余热回收利用。
具体使用时，一种铝电解槽炉底外部保温与节能降耗的方法，在现有设计、安装和生产的有底电解槽上维持电解质初晶温度等温线位于阴极炭块下面的情况下，通过适当加强电解槽底外部保温，保持电解槽阳极区域和阴极区域的能量平衡，合理降低一定槽电压实现节能降耗。在每台电解槽上安装多个测温探头，分别位于槽底中间安装2个，电解槽摇篮架安装2个；阴极钢棒两端头各1个；进行多点温度监控。电解槽底部槽壳外面使用保温材料层进行保温，这些保温材料可以接触槽壳，也可以不接触槽壳。保温材料接触槽壳的保温性能优于不接触槽壳的保温性能，当电解槽内衬保温性能明显不足时，包括设计或施工造成的保温性能先天不足，以及使用过程中保温材料受损造成的保温性能后天不足，优先采用保温材料接触槽壳的保温方式，既弥补内衬材料保温性能的不足，又增加槽壳之外的保温性能。电解槽底外部保温的材料可以利用废旧微孔硅酸钙板或陶瓷纤维板以及其他相关材料，保温材料厚度为10～80mm，层数为一层，既可节约保温材料费，又可利废，还可腾出宝贵的库房空间，有益于绿色环保、降本增效。保温材料可以放置于电解槽底部摇篮架工字钢下沿的上面，可以担放或棚置，硬质保温材料采取担放的排布方式，软质保温材料采取棚置的排布方式。上述排布方式为常规保温材料安装方式，保温材料与槽壳之间可以形成封闭空间，也可以形成开放空间。封闭空间的保温性能优于开放空间的保温性能，当采用开放空间保温方式的保温性能不足时，采用封闭空间的保温方式。通过槽电压等技术条件体系的合理优化与耦合平衡，保持阴极钢棒下面温度260～310℃和炉底温度80～230℃，维持电解质初晶温度925～935℃，等温线位于阴极炭块下面。在稳定合理保持电解槽炉帮厚度10～20cm、伸腿长度（不包括人造伸腿）5～18cm和炉底电压降，全石墨化阴极220～280mV，浇筑的全石墨化阴极180～220mV，高石墨质阴极330～390mV基础上，逐步稳定降低槽电压，实现节能降耗。
此外电解槽底部钢板外侧使用换热装置，如热管换热器，以维持槽底钢板设计温度80～100℃。电解槽底部钢板外侧使用换热装置所换热量，在维持槽底钢板设计温度的同时，加以余热回收利用。在未来设计、安装和生产的有底或无底电解槽上，采用可以耐电解质侵蚀的耐火保温内衬材料，并持续维持着炉帮厚度和伸腿长度，进行有底槽底部工字钢下沿、槽壳底面等多种形式的保温措施或无底槽槽用环保达标的保温措施，则电解质初晶温度等温线允许从阴极炭块下面向下移动。
正常生产过程中，该专利炉底保温节能槽的槽电压较对比槽降低20mV以上，吨铝节能60kWh/t.Al以上，炉底热平衡状态得到进一步改善，槽子稳定性相应提高，槽寿命有所延长。该专利还支持在炉底耐火保温材料具有足够耐电解质和铝的侵蚀性时，进一步加强有底槽的炉底保温、换热装置智能控制炉底温度和回收余热利用以及符合环境保护要求的有底槽炉底保温节能降耗技术。
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