CN103205776B - 一种水平进电的铝电解槽 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝电解槽。一种水平进电的铝电解槽，包括熔池装置和电极装置，所述的熔池装置包括槽壳和安装在槽壳内侧的衬体，所述的电极装置包括至少一排由多个电极单元组成的电极，所述的电极单元呈横向水平排列并通过导电杆悬挂在槽壳中，相邻两电极单元之间有液体电解质层，电极装置两端部的两个电极单元均分别与阳极母线和阴极母线相连接，所述的铝电解槽可单排也可多排放置。本发明供电方式和母线结构简单，电极单元间距可调，整体密封性好使用寿命长，析出铝效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝电解槽，特别涉及一种水平进电的铝电解槽。
背景技术
目前，工业化生产的铝电解槽一直采用垂直进电的方式，直流电从水平配置的阳极垂直进入电解槽的电解质层、铝液层和阴极。这种电解槽存在难以解决的技术问题，一是受电磁场的影响大，电流效率最高只能达到95%左右；二是垂直出电电解槽阳极面积大，单位面积产量低；三是电解槽熔池底部要流经数十万安培的强大电流，底部碳阴极在电化学反应作用下，出现膨胀，使用寿命低；四是为垂直导电的需要，电解槽熔池下部需要开有供连接导体的孔，该孔是电解槽液体渗透的薄弱环节。
有人研究并提出一种电解氧化铝的双极性电解槽，电极垂直放置，水平排列，电极由三部分组成，阳极面是陶瓷氧化物，阴极面为烧结的碳块或石墨，为防腐蚀加一些硼化物等，阴阳极材料之间为中间层，以防止阴、阳极直接接触发生反应及陶瓷氧化物的还原。电极安装方式有两种，一种将电极三部分装进一个上部有凸缘的框架，以悬挂起来；一种不用框架，而是靠凝固电解质使电极嵌在槽衬里。这种电解槽的缺点是：电极垂直放置，气泡在上升过程中会弥散开来，因此极距不可能太低，甚至需要比传统电解槽还高，才能防止电极腐蚀和铝损失。为防止漏电，每室不连通，并单独出铝是不可取的，这样会大大增加操作费用，靠电解质凝固使电极绝缘和固定还需要精心维护热平衡，也难维持正常操作。这种电解槽电极不能更换，只能采用惰电极，这种电极成本高，目前还没有成熟的产品，另外当一块电极出现问题时，就必须停产才能更换。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种铝析出效率高，结构新颖，母线配置简单，性能稳定的水平进电的铝电解槽。
为达到上述目的，所采取的技术方案是：
一种水平进电的铝电解槽，包括熔池装置和电极装置，所述的熔池装置包括槽壳和安装在槽壳内侧的衬体，所述的电极装置包括由多个电极单元组成的电极，所述的电极单元呈横向水平排列并通过导电杆悬挂在槽壳中，相邻两电极单元之间有液体电解质层，电极装置两端部的两个电极单元均分别与阳极母线和阴极母线相连接。
所述的电极单元包括导电杆和与导电杆连接在一起的电极块，所述的导电杆包括由上半部的铝棒和下半部的钢棒组成的导电棒和由爪齿和爪梁组成的导电爪，导电棒上端设有用于固定母线的通孔，导电爪的爪齿嵌入电极块中，导电爪的爪梁与导电棒固定连接，所述的电极块呈长方体，电极块上侧设有带盲孔的凸台，电极块采用碳素材料制成，电极块的左右两面为导电面，电极块的两侧面和底面涂覆有耐高温绝缘层，所述电极块的导电面与垂直方向成夹角为3°～45°，保证电极单元悬挂在电解槽中时电极块呈倾斜状态。
所述的槽壳包括上部开口的壳体、焊接在壳体外侧的由加强筋板和加强板构成的外壳和底座，壳体上部开口的四周设有槽沿板，所述的衬体包括底部内衬和侧部内衬，侧部内衬包括保温层和耐火层，底部内衬包括保温层、耐火层、防腐层和抗渗层，所述的底部内衬设有储铝槽或储铝凹坑，储铝槽至少一条，所述的储铝凹坑为两边高中部低。
所述的电极装置还包括有电极移动机构，电极移动机构包括固定在电解槽上的支撑架、固定在支撑架上的导轨、带有与导轨匹配的凹槽的电极固定杆和动力机构，在导轨的一端固定有一固定杆，固定杆与相邻的电极固定杆之间、相邻两电极固定杆之间均设有动力机构，电极固定杆中部设有电极固定夹具，电极单元通过电极固定夹具悬吊在电解槽中。
所述的动力机构为下列形式之一：①所述的动力机构为电动推杆；②所述的动力机构为气压装置，包括气泵和气压缸；③所述的动力机构为液压装置，包括液压缸和油泵；④所述的动力机构为丝杠，可通过丝杠调节电极单元之间的距离。
所述的槽壳上部设有上部密封结构，上部密封结构包括端部密封板、侧部密封板和耐火布，所述的侧部密封板上设有吊耳和把手，端部密封板上设有把手，端部密封板和侧部密封板分别设在电极的两端和两侧，侧部密封板通过吊耳悬挂在电解槽的支撑架上，耐火布设在电极单元的导电杆和密封板之间的空隙处，侧部密封板上还设有物料添加孔和用于收集处理气体的气孔，物料添加孔与固定在支撑架上的下料器连通，气孔用于连通气体收集处理装置。
所述的阳极母线、阴极母线与电极之间设有母线连接结构，母线连接结构包括阳极母线、阴极母线和分别设在阳极母线和阴极母线上的阳极软连接和阴极软连接，所述的阳极软连接和阴极软连接至少各有一条。
所述的阳极母线和阴极母线与电极之间设有母线连接结构，母线连接结构包括设置在电解槽两端的阳极母线和阴极母线、设置在电解槽上方的公共母线和设在公共母线上的公共软连接，所述的公共软连接至少为两条。
采取上述技术方案，所取得的有益效果是：
①、铝电解槽结构密封性好，使用寿命长，析出铝效率高，能量利用率高。本发明水平进电的铝电解槽，熔池上部设有下料器、密封板和耐火布，还连通有气体收集处理装置，污染小，整体保温性能好；采用水平进出电方式，降低对电解槽的腐蚀；每个电极单元均能析出铝，生产效率高；熔池底部设有储铝凹槽，且没有电流对铝层产生波动影响，方便收集铝液。
②、供电方式简单，电极单元间距可调，电磁危害小。电极部分采用水平进出电，以电压形式供电，电流不需要过大，所产生的磁场的危害尽可能的降低到最小；电极单元之间的距离在反应一段时间后可进行调节，能够保证稳定的供电效率和生产效率。
③、母线结构简单，可调性强，更换电极单元方便。电极部分只需将两端部的电极单元与母线连接，其余电极单元直接浸入电解质中，节省了连接母线，同时降低了母线压降；还设有母线连接结构，能够快速短路部分电极单元，保证不影响其他电极单元供电生产的情况下，进行电极单元的更换和维修。
附图说明
图1为本发明的结构示意图之一。
图2为图1的左视结构示意图。
图3为图1的俯视结构示意图。
图4为本发明的电极结构示意图。
图5为图4的俯视结构示意图。
图6为电极单元的结构示意图。
图7为图6的右视结构示意图。
图8为本发明的上部结构示意图。
图9为端部密封盖的结构示意图。
图10为图9的俯视结构示意图。
图11为侧部密封盖的结构示意图。
图12为图11的俯视结构示意图。
图13为耐火布的结构示意图。
图14为本发明的母线结构示意图之一。
图15为本发明的母线结构示意图之二。
图16为本发明的结构示意图之二。
具体实施方式
参见图1～图16，图中1为壳体、2为导电棒、3为电极固定杆、4为电极固定夹具、5为阳极母线、6为阴极母线、7为支撑架、8为槽沿板、9为端部密封板、10为侧部密封板、11为把手、12为吊耳、13为气孔、14为导轨、15为下料器、16为加强筋板、17为侧部内衬、18为液体电解质、19为物料添加孔、20为电极块、21为电动推杆、22为底座、23为耐火布、24为储铝槽、25为固定杆、26为导电爪、27为母线固定孔、28为耐高温绝缘层、29为导电面、30为凸台、31为阳极软连接、32为阴极软连接、33为公共母线、34为共用软连接、35为底部内衬、36为加强板。
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
实施例一：参见图1～图13，一种水平进电的铝电解槽，包括熔池装置和电极装置，所述的熔池装置包括槽壳和安装在槽壳内侧的衬体，所述的槽壳包括上部开口的壳体1、焊接在壳体1外侧的由加强筋板16和加强板36构成的外壳和底座22，壳体1上部开口的四周设有槽沿板8，所述的衬体包括底部内衬35和侧部内衬17，侧部内衬17包括保温层和耐火层，底部内衬35包括保温层、耐火成、防腐层和抗渗层，所述的底部内衬35设有储铝槽24或储铝凹坑，储铝槽24至少一条，所述的储铝凹坑为两边高中部低，在槽壳上部还设有上部密封结构。所述的电极部分包括电极移动机构和由多个电极单元组成的电极，电极单元呈横向水平排列并通过电极移动机构悬挂在槽壳1中，相邻两电极单元之间有液体电解质层18，所述电极部分的两端部的两个电极单元分别与阳极母线5和阴极母线6相连接。
所述的电极单元包括导电杆和与导电杆连接在一起的电极块，所述的导电杆包括由上半部的铝棒和下半部的钢棒组成的导电棒2和由爪齿和爪梁组成的导电爪26，导电棒2上端设有用于固定母线的母线固定孔27，导电爪26的爪齿嵌入电极块20中，导电爪26的爪梁与导电棒2固定连接，所述的电极块20呈长方体，电极块20上侧设有带盲孔的凸台30，电极块采用碳素材料制成，电极块的左右两面为导电面29，电极块20的前后两面和底面涂覆有耐高温绝缘层28，所述电极块20的导电面29与垂直方向成夹角β为3°～45°，保证电极单元悬挂在电解槽中时电极块20呈倾斜状态，使反应过程中产生的气体不会弥散开。
所述的电极移动机构包括固定在槽壳上的支撑架7、固定在支撑架7上的导轨14、带有与导轨14匹配的凹槽的电极固定杆3和电动推杆21，在导轨14的一端固定有一固定杆25，固定杆25与相邻的电极固定杆3之间、相邻两电极固定杆3之间均设有电动推杆21并通过控制系统控制动作，还可以使用气压装置、液压装置、丝杠等动力机构控制调节电极固定杆3的位置，电极固定杆3中部设有电极固定夹具4，电极单元通过电极固定夹具4悬吊在电解槽中。
所述的上部密封结构包括端部密封板9、侧部密封板10和耐火布23，所述的侧部密封板10上设有吊耳12和把手11，端部密封板9上设有把手11，端部密封板9和侧部密封板10分别设在电极的两端和两侧，侧部密封板10通过吊耳12悬挂在电解槽的支撑架7上，耐火布23设在电极单元的导电棒2和密封板之间的空隙处，侧部密封板10上还设有物料添加孔19和用于收集处理气体的气孔13，物料添加孔19与固定在支撑架7上的下料器15连通，气孔13用于连通气体收集处理装置。
实施例二：
参见图1～图14，实施例二的结构与实施例一基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于，所述的阳极母线5、阴极母线6与电极之间设有母线连接结构，母线连接结构包括阳极母线5、阴极母线6和分别设在阳极母线5和阴极母线6上的阳极软连接31和阴极软连接32，所述的阳极软连接31和阴极软连接32至少各有一条。
其工作原理为：当其中一个电极单元发生故障或者需要更换时，将阳极软连接连接在需维修的电极单元临下一电极单元上，或将阴极软连接连接到需维修的电极单元的临上一电极单元上。然后拆掉阳极母线或者阴极母线，对需维修的电极单元进行维修，维修完成后将阳极母线或阴极母线重新连接到原电极单元上，再断开阳极软连接或阴极软连接。
实施例三：
参见图1～图13、图15，实施例三的结构与实施例一基本相同，相同之处不再重述，其不同之处在于，所述的阳极母线5和阴极母线6与电极之间设有母线连接结构，母线连接结构包括设置在电解槽两端的阳极母线5和阴极母线6、设置在电解槽上方的公共母线33和设在公共母线上的公共软连接34，所述的公共软连接34至少为两条。
其工作原理是：当其中一个电极单元发生故障或者需要更换时，将公共母线上的两条公共软连接分别连接在需维修的电极单元的临上一电极单元和临下一电极单元上，将需维修的电极单元进行短路，之后进行维修，维修完成后，再断开两条软连接。
实施例四：
参见图1～图13、图16，实施例四的结构与实施例一基本相同，相同之处不再重述，其不同之处在于，所述的电极装置包括至少一排由电极单元横向水平排列而成的电极组成，每个电极的两端部的电极单元均分别与阳极母线和阴极母线相连接。
Claims (8)
1.一种水平进电的铝电解槽，包括熔池装置和电极装置，其特征在于，所述的熔池装置包括槽壳和安装在槽壳内侧的衬体，所述的电极装置包括至少一排由多个电极单元组成的电极，所述的电极单元呈横向水平排列并通过导电杆悬挂在槽壳中，相邻两电极单元之间有液体电解质层，电极装置两端部的两个电极单元均分别与阳极母线和阴极母线相连接。
2.根据权利要求1所述的水平进电的铝电解槽，其特征在于，所述的电极单元包括导电杆和与导电杆连接在一起的电极块，所述的导电杆包括由上半部的铝棒和下半部的钢棒组成的导电棒和由爪齿和爪梁组成的导电爪，导电棒上端设有用于固定母线的通孔，导电爪的爪齿嵌入电极块中，导电爪的爪梁与导电棒固定连接，所述的电极块呈长方体，电极块上侧设有带盲孔的凸台，电极块采用碳素材料制成，电极块的左右两面为导电面，电极块的两侧面和底面涂覆有耐高温绝缘层，所述电极块的导电面与垂直方向成夹角为3°～45°，保证电极单元悬挂在电解槽中时电极块呈倾斜状态。
3.根据权利要求1所述的水平进电的铝电解槽，其特征在于，所述的槽壳包括上部开口的壳体、焊接在壳体外侧的由加强筋板和加强板构成的外壳和底座，壳体上部开口的四周设有槽沿板，所述的衬体包括底部内衬和侧部内衬，侧部内衬包括保温层和耐火层，底部内衬包括保温层、耐火层、防腐层和抗渗层，所述的底部内衬设有储铝槽或储铝凹坑，储铝槽至少一条，所述的储铝凹坑为两边高中部低。
4.根据权利要求1所述的水平进电的铝电解槽，其特征在于，所述的电极装置还包括有电极移动机构，电极移动机构包括固定在电解槽上的支撑架、固定在支撑架上的导轨、带有与导轨匹配的凹槽的电极固定杆和动力机构，在导轨的一端固定有一固定杆，固定杆与相邻的电极固定杆之间、相邻两电极固定杆之间均设有动力机构，电极固定杆中部设有电极固定夹具，电极单元通过电极固定夹具悬吊在电解槽中。
5.根据权利要求4所述的水平进电的铝电解槽，其特征在于，所述的动力机构为下列形式之一：①所述的动力机构为电动推杆；②所述的动力机构为气压装置，包括气泵和气压缸；③所述的动力机构为液压装置，包括液压缸和油泵；④所述的动力机构为丝杠，可通过丝杠调节电极单元之间的距离。
6.根据权利要求1所述的水平进电的铝电解槽，其特征在于，所述的槽壳上部设有上部密封结构，上部密封结构包括端部密封板、侧部密封板和耐火布，所述的侧部密封板上设有吊耳和把手，端部密封板上设有把手，端部密封板和侧部密封板分别设在电极的两端和两侧，侧部密封板通过吊耳悬挂在电解槽的支撑架上，耐火布设在电极单元的导电杆和密封板之间的空隙处，侧部密封板上还设有物料添加孔和用于收集处理气体的气孔，物料添加孔与固定在支撑架上的下料器连通，气孔用于连通气体收集处理装置。
7.根据权利要求1所述的水平进电的铝电解槽，其特征在于，所述的阳极母线、阴极母线与电极之间设有母线连接结构，母线连接结构包括阳极母线、阴极母线和分别设在阳极母线和阴极母线上的阳极软连接和阴极软连接，所述的阳极软连接和阴极软连接至少各有一条。
8.根据权利要求1所述的水平进电的铝电解槽，其特征在于，所述的阳极母线和阴极母线与电极之间设有母线连接结构，母线连接结构包括设置在电解槽两端的阳极母线和阴极母线、设置在电解槽上方的公共母线和设在公共母线上的公共软连接，所述的公共软连接至少为两条。
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