[发明专利]侧插自焙铝电解槽阳极节能技术

说明书

本发明属于电冶金生产金属铝的一种方法，具体地说，是关于侧插自焙铝电解槽阳极工艺的一种改进。

当前，国内原铝产量中，有半数以上是采用侧插自焙铝电解槽生产出来的。由于自焙槽投资省，建设快，因此在一些地方中小铝厂中得到广泛地采用。但是，自焙槽存在许多缺点，如烟气治理难度大，造成环境污染。劳动强度大不易实现机械化，电解槽容量有限难于向大型化发展，此外，能耗高亦是侧插自焙槽的更主要的一条缺点。为解决电耗高的问题，许多厂家采取了一系列措施以降低其电耗。例如：扩大阳极面积以降低阳极电流密度;扩大母线截面降低母线电耗;向电解质中加入添加剂以改善电解质性能;改善电解工艺制度和改变电解槽结构等等。这些措施对节省电耗方面均不同程度地收到一定效果，但通过自焙阳极角部保温加以小头配棒技术达到降低电耗，在国内尚属首创。在国外，由于侧插自焙槽早已淘汰，已无现有技术可比。

众所周知，降低阳极压降是实现铝电解降低电耗的途径之一。以6万安培侧插自焙槽现有技术为例，阳极电压降目前一般在450～550mV范围之内，它主要包括阳极钢棒电压降、阳极钢棒与阳极碳接触压降以及阳极碳压降。

通过“三场”计算技术得知，阳极的形状、长度、钉入角度对降低阳极电压降均有一定效果，但在工业生产上改变上述条件实施均有一定困难。

本发明的目的在于对电解槽阳极结构仅作较小的改变的条件下，通过合理配置小头钢棒及角部保温的方法通过使阳极碳的电流均匀合理的分布，解决部分集中电流问题，实现降低阳极碳电压降的目的以达到节电效果。

本发明的详细说明

通过对现有侧插自焙铝电解槽的测试得知：

1、阳极锥体呈馒头形，四个角处最低，锥体高处达1.1米左右，最低处约0.5米，高差达50%左右，进电端小头锥体略高于出电端。

2、从各阳极棒电流分布情况看，大面下排电流分布较为均匀，上排电流分布呈两端小中间大的马鞍型，小头下排导电呈显著的马鞍型，上排基本不导电，上排棒电流总和占总电流的20～30%左右。小头棒导电量占总电量的20%左右，正常导电的同排棒间导电量之差最大可达40%。

按理想情况考虑，上排棒导电量应占总电流量的35%～40%，小头总导电量应占25%左右，同排棒间电流分配应该较为均匀，而实际测量中所出现的电流分布不均匀的原因，除钉棒、连接等质量因素外，最主要的是阳极锥体形状所造成的。

根据实测数据分析，两小头上排钢棒实际上是处于锥体的上缘，因此几乎不导电，大面两端上排钢棒也是处于半烧结区，导电不良。

另外，对拔棒后孔眼内温度测量表明，同一排孔眼内温度差可达140℃左右，进电端小头处明显偏低，由于碳的导电率随温度升高而升高，因而由于温度不同而造成电流分布不均。

鉴于上述分析，如何使阳极锥体高度尽可能均匀，并使上排导电棒也处于锥体之内，使导电棒负荷均匀，避免产生局部电流集中所引起的压降升高，是解决碳阳极电压降的关键。

本发明提出了加强角部保温和减少小头阳极钢棒的方法达到改变锥体形状，使电流合理均匀分布，解决局部电流集中所引起的电压降升高，从而实现降低电耗的目的。具体方法如下：

1、加强角部保温    在现有阳极框架下部无钢棒处的四个角处，采用夹层结构，夹层的高度500～1000mm、宽度为500～800mm、厚度为30～30mm，夹层内部填充蛭石或其它保温材料。由于角部热损失减少，小头阳极温度升高，锥体高度上升;锥体形状平缓，上排电流增加，电流分布均匀，从而解决了局部电流集中所造成的压降增加问题。

2、减少小头阳极钢棒数量    由于小头钢棒数量减少，棒端散热量相应减少，将小头阳极钢棒（560～640mm）从现有的6列减少到4列，若钢棒插入浓度增加100mm即采用加长棒（660～740mm），钢棒数量减少到2列并增加夹层保温结构，加强保温，则效果更好。

通过上述改进后的铝电解槽，阳极锥体高度提高，锥体形状平缓，各阳极棒电流分布趋于均匀，阳极电压降降低约50～60mV，吨铝电耗可节省150～200kW·h。

该方法简单易行，效果明显，对现有设备不做大的改变的情况下即可实现节能的目的。系列推广后年经济效益可达60万元以上，资金回收期仅为一个多月。

实施例：

在侧插自焙铝电解槽阳极框架下部无钢棒的四个角处采用夹层结构进行保温，夹层的高度为800mm、宽度为500mm，厚度为50mm，夹层内充填蛭石作保温材料。小头采用4列阳极钢棒，6万安培侧插自焙槽的工业试验结果如下：

1、阳极锥体高度及形状变化