CN106637302B - 一种阳极炭块上部保温层组合结构 - Google Patents

Abstract

本发明一种阳极炭块上部保温层组合结构，主要应用于预备铝电解槽生产过程中的阳极炭块保温层的构造和该定型保温组合块的生产制备。其特征是：在阳极炭块(1)部用多块碳素条形预制块(3)设置构建一层牺牲保护层(9)再在碳素条形预制块(3)层牺牲保护层(9)上部构建一层和覆盖保温层(10)，对阳极炭块实施上部保温。在铝电解槽现有生产工艺中，采用可减少覆盖结壳的热吸收和热散失，降低电解铝在生产过程中的能耗，减少覆盖料的物流周转量和破碎处理工作量，减少残极清理作业的工序环节，减轻工人的劳动强度，降低企业的生产成本。

Description

一种阳极炭块上部保温层组合结构

技术领域：本发明一种阳极炭块上部保温层组合结构，主要应用于预备铝电解槽生产过程中的阳极炭块保温层的构造和该定型保温组合块的生产制备。

技术背景：现通用的铝电解槽阳极钢爪组，其阳极炭块上部构造有用于阳极钢爪连接梯形凸台(2)，阳极炭块梯形凸台(2)上构造用碳碗，阳极炭块内插入阳极钢爪后，在碳碗内浇注磷生铁，将阳极钢爪和阳极炭块进行导电连接。

现有预焙铝电解槽，在进行电解生产过程中，一个重要的生产工序是更换阳极作业，即当阳极炭块消耗到残极厚度时，电解质液腐蚀危及到阳极钢爪头的使用安全时，需将残阳极炭块从铝电解槽槽膛内取出，更换上一个高度如初的新阳极炭块。在新更换的阳极炭块入槽就位后，为了提升阳极炭块的升温速度，防止阳极炭块氧化，减少铝电解槽阳极炭块的热散失，维持铝电解槽内的热平衡，需在新阳极炭块的上表面部和侧表面部，添加的散状颗粒物料粉，在阳极炭块上部形成一厚度在15cm至18cm厚度的覆盖料保温层。

在电解生产过程中，该散状物料覆盖保温层，会随着阳极炭块消耗，温度的提高，在电解槽内烧结成一个整体的覆盖料结壳块层，俗称覆盖料结壳块。该覆盖料结壳块层，一旦在铝电解槽内烧结定型，其强度和温度较高，在更换阳极炭块时，需要打壳锤头将残极边部的覆盖料结壳块打开，(俗称开边缝作业)，而后，才能将残极炭块和上部处于红热状态的覆盖料结壳块层，从铝电解槽内取出，腾出位置，以便更换上一块新阳极炭块。刚从电解槽内取出的残极炭块、阳极钢爪和覆盖料结壳层烧结在一起，平均温度在700C°左右。为了使得阳极钢爪和覆盖料可重复利用，需先清理掉阳极炭块上部的散状覆盖料烧结结壳层。

残极覆盖料结壳清理的工序是：待残极炭块和电解质覆盖料结壳层冷却后，采用机械干涉破碎或人工锤击破碎的方法，将电解质覆盖料结壳层在残极上击碎破清理下来，而后在将这些覆盖料结壳层碎块块，运至到机械破碎系统装置，将其破碎成粉状物料后，重新返回到电解生产工艺中，作为覆盖料粉重复使用。

现通用的铝电解槽生产工艺，采用散状不定型的粉状物料，对阳极炭块上部进行覆盖保温的生产方式，在电解铝生产行业已经延续了几十年年，这种生产作业方式，主要存在以下缺陷；

1、用电解质或氧化铝粉状颗粒料做成覆盖料保温层，在电解槽内烧结形成硬质结壳的过程中，会吸收大量的热能，浪费电解能耗。

2、在更换阳极过程中，残极炭块带出的的覆盖保温结壳层处在红热高温状态，会在铝电解槽外释放出大量的无功热能，浪费电解能耗。

3、在清理破碎残极炭块上部覆盖料结壳过程中，不仅会消耗大量的人工作业劳动和机械能耗，而且会产生大量的电解质粉尘污染环境。

4、在更换残极进行开边缝作业过程中，以及吊取残极出槽过程中，会有覆盖料结壳块坠入到电解质液中，为防止覆盖料结壳块污染电解质，需用人工或机械进行捞块作业。该项作业在高温环境下进行，不仅环境艰苦，而且劳动强度较大。

现有的预焙铝电解槽生产工艺，只要采用预焙阳极炭块进行生产，就必然存在着换极作业工序，就会产生阳极炭块上部覆盖料保温层的处理作业工序。而在现行生产工艺过程中，对残极炭块上部覆盖料的清理，破碎，输送物料工序，不仅占用了大量的劳务作业量，需要投入相当多的设备进行配置，而且粉尘物料会污染环境。

发明内容：为了减少现有铝电解槽生产工艺中，采用粉散颗粒料作为阳极炭块上部保温层覆盖料所产生的上述缺陷，本发提出了一种新的对铝电解槽阳极炭块上部实施保温作业的技术方案，即一种阳极炭块上部保温层组合结构的设计和应用实施技术方案。

一种阳极炭块上部保温层组合结构的技术路线是，用定型保温组合砖块(4)作为阳极炭块(1)上顶部的保温层材料，安装在铝电解槽阳极炭块(1)的上顶部部、阳极钢爪头(5)的外围，形成一个即可以移动拆卸、又可以重复使用的阳极炭块(1)保温层；以替代现有的用散状料对阳极炭块进行覆盖作业形成电解质覆盖料烧结壳保温层。

其具体结构和实施技术方案是：

1、一种阳极炭块上部保温层组合结构，其特征是：在阳极炭块(1)部设置构建有一层牺牲保护层(9)和一层覆盖保温层(10)，对阳极炭块上部实施保温，；其牺牲保护层(9)用多块碳素条形预制块(3)在阳极炭块(1)的上肩部水平面和炭块梯形凸台(2)外侧结合部位构建而成；其覆盖保温层(10)，在阳极炭块梯形凸台(2)的上顶部，以及牺牲保护层(9)碳素条形预制块(3)的上顶部，阳极钢爪头(5)外围，用2块以上的定型保温组合砖块(4)组合构建而成，其覆盖保温层(10)的外轮廓的平面投影为矩形，中间留有阳极钢爪头(5)与阳极炭块连接配置穿过的空间位置。

在阳极炭块(1)肩部平面及炭块梯形凸台(2)的外侧部位置，用碳素条形预制块(3)构造抗电解质液侵蚀氧化的牺牲保护层(9)，其主要目的是：

一是：在阳极炭块(1)使用到残极阶段时，可减少电解质液对阳极炭块(1)的本体的氧化烧损，以降低吨铝单位产品阳极炭块毛耗。

二是：采用对电解液无污染的、且材料化学成分接近于阳极炭块(1)本体的碳质材料、作为制备的碳素条形预制块(3)的主体材料，构建成的牺牲保护层(9)，即使在电解槽内碳素条形预制块(3)有烧损氧化，其材料的化学成分，也不会对电解质液造成污染；

三是：将碳素条形预制块(3)作为单体材料部件制备，与其它构造方式相比，如上部层为耐火保温材料、下部层为碳素复合材料的上下复一体构造的定型保温组合砖块(4)相比，其构造成本低，且材料的适应性强选择广。

四是：在电解槽内，设置构建在电解槽内阳极炭块(1)上肩部与阳极炭块梯形凸台结合处的牺牲保护层(9)处，与电解质液层接触的机率以及烧损的速率，与构造安装在阳极炭块顶部的覆盖保温层(10)相比要小的多；在电解生产过程中，其定型保温组合砖块(4)的烧损维护更换量，与碳素条形预制块(3)的烧损维护更换量相比要小得多；如果合理的进行配置组合，不仅可以减少阳极保温层的整体构造成本，而且便于定型保温组合砖块(4)和碳素条形预制块(3)的维护，降低其周转使用的成本。

2、依据上述技术方案：构造牺牲保护层(9)用的碳素条形预制块(3)，其断面形状为矩形、或为单边斜角矩形、其外观结构尺寸与炭块梯形凸台(2)进行对应配置。

3、依据上述技术方案：构造牺牲保护层(9)用的碳素条形预制块(3)的制备材料，可采用阳极碳素材料或铝电解槽废旧阴极炭块材料进行制备，亦可采用其它耐火复合材料进行制备。

4、依据上述技术方案：构造覆盖保温层(10)用的定型保温组合砖块(4)、采用耐火材料或保温隔热材料制成。

5、依据上述技术方案：构造覆盖保温层(10)用的定型保温组合砖块(4)，其上部设置有吊装卡具或吊装卡槽。

6、依据上述技术方案：定型保温组合砖块(4)，在靠贴阳极钢爪头(5)的侧边部处，设置有与阳极钢爪头(5)对应配置的凹型口(7)，该凹型口为矩形形或半圆形。

本发明所提出的一种阳极炭块上部保温层组合结构特点是，先在阳极炭块上肩部水平面与梯形凸台(2)周围的结合处，用与阳极炭块(1)本体材料性能相接近的、且不会污染电解质液、又具有抗电解质液侵蚀氧化功能的碳素条形预制块(3)，构造一层牺牲保温层(9)，而后，再在碳素条形预制块(3)上顶部、阳极钢爪头(5)的外围，用定型保温组合砖块(4)构造一层阳极炭块覆盖保温层(10)，即采用功能分解，构造分层的设计方案，满足电解槽生产工艺对阳极炭块上部保温的工艺需求。

在电解铝生产中，采用本发明设计的一种阳极炭块上部保温层组合结构分层构造方式，即在阳极炭块上肩部、阳极梯形凸台(2)的外侧、先用碳素条形预制块(3)，构造一层抗电解质液侵蚀的保护层，再在阳极炭块顶端部，用定型保温砖块构建覆盖保温层的技术方案，可以替代现有采用颗粒粉状覆盖料作为原料，对阳极炭块上部保温层实施作业的传统技术并可以克服其缺陷。

本发明技术方案，具有以下技术优势：在铝电解槽现有生产工艺中，可减少覆盖结壳的热吸收和热散失，降低电解铝在生产过程中的能耗，减少覆盖料的物流周转量和破碎处理工作量，减少残极清理作业的工序环节，减轻工人的劳动强度，降低企业的生产成本。

附图说明：本发明一种阳极炭块上部保温层组合结构的特点和使用方法，通过说明书附图和具体实施例的表述，则更加清晰。

图1、为本发明一种阳极炭块保温层结构实施例的主视图。

图2、为图1的A-A断面图。

图3、为图1的B-B断面俯视图。

图4、为图1的俯视图。

图5、为本发明碳素条块砖的立体示意图。

图6、为本发明定型保温组合砖块的立体示意图。

其图中所示：1阳极炭块、2梯形凸台、3碳素条形预制块、4定型保温组合砖块、5阳极钢爪头、6阳极钢爪、7凹形口、8对接缝、9.牺牲保护层、10覆盖保温层。

具体实施方式：本发明一种阳极炭块上部保温层组合结构的技术特征和应用实施技术方案，通过实施例的表述则更加清晰。

实施例1：如图1、图2、图3、图4所示，先用若干块碳素条形预制块(3)、安装在阳极炭块(1)的上肩部水平面与阳极炭块梯形凸台(2)的结合处，即梯形凸台(2)的外侧构建形成一层牺牲保护层(9)；而后，再用若干块定型保温组合砖块(4)安装放置在碳素条形预制块(3)以及阳极炭块(1)的顶部、阳极钢爪头(5)的周围，构建成阳极炭块(1)的上部保温层，其覆盖保温层，其外轮廓的平面投影为矩形，中间有阳极钢爪头(5)进行配置的位置空间。

其块碳素条形预制块(3)的制备材料，通常采用电解铝厂的残极炭块或铝电解槽大修固废料阴极炭块破碎粉料制成。其外观形状可以制成矩形块状，也可以制成斜角矩形状如图5所示。

在块碳素条形预制块(3)预制成型后，可以在碳素焙烧炉中进行焙烧，也可直接安装子阳极炭块(1)，利用铝电解槽内的电解温度进行焙烧成型。可以重复使用。在实际生产过程中采用大修固废料阴极炭块破碎料生产碳素条形预制块(3)可以变废为宝，减少电解铝企业的固废排放量。

其定型保温组合砖块(4)的单体成品块的外观平面投影为矩形，靠贴钢爪头(5)一侧设置有半圆形凹形口(7)，如图6所示，该定型保温组合块(4)采用抗热震性能好的耐火材料或保温隔热材料制成。如高铝砖、粘土砖、保温砖、硅酸钙板、氮化硅结合碳化硅等铝硅系列的耐火保温材料、以及碳素、石墨质材料材料制成。

定型保温组合砖块(4)在实际生产制备过程中，建议电解铝企业采用电解槽内底部的大修固废料隔热保温材料进行制备，这样可以变废为宝，减少电解铝企业的固废排放量，而且可以降低材料成本。

一种阳极炭块上部保温层组合结构的构建安装使用工艺方法：

1、材料准备工序：将新阳极炭块(1)阳极钢爪(6)组、以及碳素条形预制块(3)、定型保温组合砖块(4)、放到到指定位置。

2、构造牺牲保护层(9)工序：在阳极炭块(1)上肩部水平面上，铺洒上一层约5毫米左右的氧化铝、电解质粉，或涂抹上一层碳胶泥，作为碳素条形预制块(3)的底部找平层防氧化层；而后，用若干块碳素条形预制块(3)安装放置在阳极梯形凸台(2)的周围，构建成梯构造牺牲保护层(9)如图1、图2、图3、图4所示。在其后，在牺牲保护层的上表面铺洒上一层氧化铝粉，将碳素条形预制块(3)之间的缝隙填满，以防止碳素条形预制块(3)子电解槽内氧化烧损。

3、构造覆盖保温层(10)工序：

方案1是：直接用吊装卡具，在铝电解槽外，将定型保温组合砖块(4)安置在阳极炭块(1)和牺牲保护层(9)的上部、阳极钢爪头的外围，构建成阳极炭块上部覆盖保温层(10。而后，掉入到电解槽中指定换极位置，进行就位安装。

方案2是：待更换的残极出槽后，将残极上部的、处在红热高温状态下的定型保温组合砖块(4)直接用吊装卡具取下后，直接安放到新阳极炭块的上部及牺牲保护层(9)的上部，构件上一层带有热负荷能量的阳极炭块上部覆盖保温层(10)。

采用此法的优点是，一是减少热负荷状态下定型保温组合砖块(4)在电解槽内的二次热吸收，浪费能耗；二是减少热负荷状态下的定型保温组合砖块(4)在电解槽外进行热释放浪费能耗；三是可以利用热负荷状态下定型保温组合砖()块的热能量对阳极炭块(1)顶部、阳极钢爪头(5)、以及磷铁环进行加热，以降低新阳极炭块(1)钢爪组的入槽初始阶段的电压降。

4、入槽覆盖作业工序：将设置有构造牺牲保护层(9)和覆盖保温层(10)的新阳极炭块(1)钢爪组吊装到铝电解槽指定换极位置就位后，用粉状的覆盖料粉对新阳极炭块的周边外表面进行填缝覆盖料保温，并用覆盖料粉对覆盖保温层(10)的对接缝隙(8)进行封填。

5、更换残极作业工序：当槽内阳极炭块消耗到残极阶段，进行残极出槽作业时，连同残极上部的牺牲保护层(9)和覆盖保温层(10)一同从电解槽内吊出。进行外观检查，确认覆盖保温层(10)的定型保温组合砖块(4)完整无损后，直接用吊装卡具将处在红热状态下的定型保温组合砖块(4)安装在新阳极炭块的上部及牺牲保护层(9)的上部。直接进行循环利用。而后，将带有牺牲保护层(9)碳素条形预制块(3)的残极炭块在放置到指定位置后，再将碳素条形预制块(3)从残极炭块上部取下，已备循环使用。

该碳素条形预制块(3)由于在残极阶段时，处在电解质液层中，其烧损氧化损耗的速率较高，是易损部件，需经常更新补充。但由于它的存在，可以降低阳极炭块的上部无用炭块毛耗，在配置使用过程中，碳素条形预制块(3)要与阳极炭块上端部的梯形凸台的构造进行优化配置组合。

在电解铝生产工艺过程中，采用本发明所设计的一种阳极炭块上部保温层组合结构，由于覆盖保温层的构造材料定型保温组合砖块(4)，在残极出槽后，可以直接进行循环使用，不需要进行原设计工艺中的残极炭块上部结壳清理、破碎和输送倒运工作，因此，不仅可以减少与之相关的生产成本，而且可减少这些工序中的粉尘污染排放，有利于企业环保和绿色生产。

Claims (6)

1.一种阳极炭块上部保温层组合结构，其特征是：在阳极炭块(1)上部构建有一层牺牲保护层(9)和一层覆盖保温层(10)，对阳极炭块(1)上部实施保温；即 在阳极炭块(1)的上肩部水平面和炭块梯形凸形台(2)外侧的结合部位，先用碳素材料制成碳素条形预制块(3)构建一层牺牲保护层(9 )；而后，再用两块以上的定型保温组合砖块(4)，在阳极钢爪头(5)外围，碳素条形预制块(3)的上部，组合构建成一层覆盖保温层(10)：其覆盖保温层(10 )的外轮廓的平面投影为矩形，中间留有阳极钢爪头(5)与阳极炭块(1)进行连接配置穿过空间。

2.依据权利要求1所述的一种阳极炭块上部保温层组合结构，其特征是：构造牺牲保护层(9)用的碳素条形预制块(3)，其断面形状为矩形或单边斜角矩形、其外观结构与炭块梯形凸台(2)进行对应配置。

3.依据权利要求1所述的一种阳极炭块上部保温层组合结构，其特征是：构造牺牲保护层(9)用的碳素条形预制块(3)的制备材料，可采用阳极碳素材料，或铝电解槽废旧阴极炭块材料进行制备，亦可采用其它耐火复合材料进行制备。

4.依据权利要求1所述的一种阳极炭块上部保温层组合结构，其特征是：构造覆盖保温层(10)用的定型保温组合砖块(4)采用耐火材料或保温隔热材料制成。

5.依据权利要求1所述的一种阳极炭块上部保温层组合结构，其特征是：构造覆盖保温层(10)用的定型保温组合砖块(10)其上部设置有吊装卡具或吊装卡槽。

6.依据权利要求1所述的一种阳极炭块上部保温层组合结构，特征是：定型保温组合砖块(4)在靠贴阳极钢爪头(5)的侧边部处，设置有与阳极钢爪头(5)对应配置的凹型口(7)，该凹型口为矩形或半圆形。

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