[发明专利]一种减缓熔体波动抗冲刷的铝电解槽

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝电解槽，特别涉及一种减缓熔体波动抗冲刷的铝电解槽。

背景技术

霍尔-埃鲁特法（Hall-Héroult）法作为当前工业原铝生产的唯一方法，有着流程简单与直接污染排放物较少等优点，但也同样存着能耗高（>12500kWh/t-Al）及槽寿命短(<2500天)的缺点。经理论与实践分析可知，导致电解槽能耗高的原因一方面由电解过程电化学反应本身所决定，另一方面由电解槽结构设计及工艺参数配置所决定。其中，对能耗影响最直接的参数为槽电压，也即与电解槽极距密切相关。然而，在强大的磁场及直流电的作用下，电解槽内熔体始终处于非稳态的波动状态，导致了当前大部分电解槽始终处于较高极距运行。因而当前铝电解槽节能最有效途径之一为在不降低电流效率前提下，尽可能降低槽内熔体波动，以此来减小极距（降低电压）。此外，电解槽寿命则直接受槽内衬的制约，而侧部内衬一直为电解槽破损出现较多的区域。因此，延长电解槽寿命的关键在于提高侧部内衬的耐冲刷、抗腐蚀性能。

在铝电解过程中，侧部槽帮始终扮演着极其重要的角色：首先，由于槽膛内形的存在，避免了熔融电解质及铝液对于侧部炭块的直接物理冲刷和化学侵蚀，保护了电解槽内衬，是槽寿命延长的重要条件；其次，由于槽帮是电和热的不良导体，通过槽帮的自适应厚度来调节电解槽的热损失来维持动态热平衡，是电解槽稳定运行的基础条件。

在日益增加的节能降耗压力下，当前300～600kA级大容量及各类新型结构铝电解槽普遍采用低电压（3.70～3.90V）、低电解温度(925～935℃)、低过热度（10℃左右）、低氧化铝浓度（1.5～2.5％）、窄物料平衡工作区和窄热平衡工作区的节能工艺，再加上部分电解槽上异型阴极炭块的使用，导致槽帮动态自我调节能力及保护功能大为削弱，一旦电解槽出现小的波动，槽帮形状则难以维持稳定理想形状，其后果一是电解槽难以高效稳定生产，另外则是熔体对侧部的侵蚀加剧，缩短槽寿命。

实践与理论研究发现，电解槽侧部破损很多都发生在熔体流速较大的区域，因此在这些侧部区域通过设置若干类似于河流与海洋上广泛使用的防波型结构，是可以实现抵消熔体波动及冲刷腐蚀效果的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够大幅度降低熔体波动、耐冲刷、提高寿命的减缓熔体波动抗冲刷的铝电解槽。

为解决上述技术问题，本发明提供的减缓熔体波动抗冲刷的铝电解槽，包括干式防渗料、普通侧部炭块、阴极钢棒、阴极炭块和底部内衬，所述的铝电解槽的内衬的侧部结构根据熔体流动规律设置有若干凸起的人工防波槽帮。

所述的人工防波槽帮由抗腐蚀、耐高温和耐冲刷的高强绝缘材料构成，所述的高强绝缘材料是由碳化硅、碳化硅/氮化硅、碳块、铝镁尖晶石、镍铁尖晶石、氧化镁、氧化钙、氧化硅、氧化铝、冰晶石中的一种或多种复合而成，所述的高强绝缘材料被制作成各种形状的绝缘烧结块，所述的绝缘烧结块通过捣固糊捣鼓安装固定在所述的铝电解槽的侧部。

所述的人工防波槽帮水平方向深入所述的铝电解槽的槽膛的长度为10cm～30cm，高度与所述的普通侧部炭块平齐。

所述的人工防波槽帮垂直方向的剖视外观形状与现行槽帮形状相似，或为矩形、锯齿状或不规则多边形。

要求1或2所述的减缓熔体波动抗冲刷的铝电解槽，其特征在于：所述的人工防波槽帮水平方向形状为矩形、梯形、“T”字形、长条形或不规则多边形。

所述的人工防波槽帮根据所述的电解槽流场计算结果，在选定的分区域安装，或在所述的铝电解槽的侧部等距安装。

采用上述技术方案的减缓熔体波动抗冲刷的铝电解槽，电解槽内衬结构除了人工防波槽帮外，其余部分的结构与当前大型预焙电解槽一致。发明的有益效果是：

1．本发明提供的减缓熔体波动抗冲刷的铝电解槽侧部内衬，通过设置若干凸起于基体侧部内衬的人工防波槽帮，构造一种类似于河流与海洋上广泛使用的防波型结构，该人工防波内衬可对电解槽内熔体波动起到有效的减缓作用，从而可以在保证电解槽稳定的前提下，大幅度降低极距，使电解槽电压降低且电流效率保持不变，因而能够有效降低电解槽能耗，社会经济效益明显。

2．本发明提供的侧部内衬能够大幅度减缓电解槽熔体对于关键需要保护的侧部内衬区域的侵蚀。由于电解槽熔体流速的极值区域一般出现在靠近侧部的区域，因而在此区域有针对性的设置人工防波内衬，可以在即使较薄的内衬条件下也能够抵抗熔体的侵蚀，从而起到延长电解槽寿命的目的，对降低吨铝成本及提高铝厂的竞争力作用较大。