一种将预焙阳极铝电解槽改造为竖式阴极铝电解槽的方法与流程

本发明属于铝冶炼领域，涉及一种将预焙阳极铝电解槽改造为竖式阴极铝电解槽的方法。

背景技术：

目前，惰性阳极铝电解技术正在向工业化迈进。惰性阳极铝电解槽的结构比较灵活，可以像预焙炭阳极铝电解槽一样水平布置，也可以竖式布置。但竖式电极结构的惰性阳极铝电解槽更具有优势(也可称为竖式阴极铝电解槽)，也是惰性阳极铝电解槽工业化的重要方向。采用电极竖式布置的惰性阳极铝电解槽，其电极面积可以成倍的增加，从而减少电解槽体积、增加产率、减少散热，弥补惰性阳极理论分解电压高于炭阳极的缺点。此外，增加电极面积还可以使电极在相对偏低的电流密度下运行，以降低惰性电极的腐蚀速率。

目前，预焙炭素阳极铝电解槽是铝行业主要的原铝生产设备，其在结构上与竖式结构的惰性阳极铝电解槽存在较大的差异。若采用重新建厂的方法来推广竖式结构惰性阳极铝电解槽，则这种结构上的差异不会造成技术上的阻碍，但需要花费大量的经济成本。而将预焙炭素阳极铝电解槽改造为竖式结构惰性阳极铝电解槽，则会节约大量的经济成本，只是需要解决其结构差异的问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种将预焙阳极铝电解槽改造为竖式阴极铝电解槽的方法。该方法最大程度地保留了预焙阳极铝电解槽的外围结构特征，适合于将原有预焙阳极铝电解槽改造为竖式阴极铝电解槽。

一种将预焙阳极铝电解槽改造为竖式阴极铝电解槽的方法，

(1)将原有的水平设置的炭块阴极改造为竖式阴极结构；

所述竖式阴极结构设于电解槽的底部保温层上；所述竖式阴极结构包括竖式可润湿阴极，阴极导杆，阴极钢棒和阴极钢棒头，所述竖式可润湿阴极，阴极导杆和阴极钢棒从上到下依次连接，其中，所述阴极导杆垂直布置，阴极钢棒为水平设置；若干阴极导杆之间设有炭块；

阴极钢棒和集流钢棒连接，集流钢棒引出的阴极钢棒头穿过槽壳的钢窗口，与外面的阴极软带焊接；

所述阴极钢棒为非通长钢棒，阴极钢棒头穿过槽壳的钢窗口处与槽壳绝缘。若干阴极钢棒等间距、平行排列，每根阴极钢棒上连接若干块竖式可润湿阴极并整齐排列成一排，多排竖式可润湿阴极等间距、平行、倒立地排列在电解槽内；

所述阴极钢棒与阴极导杆的连接为焊接或螺纹连接。

所述阴极导杆的外层设有保护涂层和/或保护套管；

(2)采用阴极糊料保护：

将竖式可润湿阴极的底部，阴极导杆，集流钢棒和阴极钢棒埋在阴极糊料捣打层内，阴极糊料捣打层的底部与电解槽的侧部内衬连接在一起，形成电解槽新的炉膛；最终炉膛内竖立排列着一排排的竖式阴极；

所述阴极糊料捣打层的阴极糊料为冷捣糊或温捣糊，施工温度为10-90℃。

所述电解槽的侧部内衬的材料为炭块、碳化硅结合氮化硅块中的一种或两种。

所述电解槽新的炉膛为导流型，中缝处留有中缝汇铝沟，各排竖式阴极之间的底部向中缝处的汇铝沟倾斜。

(3)将原有的水平设置的整块碳阳极改造为竖式惰性阳极；

将按组的竖式惰性阳极，与电解槽内的竖式可润湿阴极交错排列布置，且通过阳极导杆与电解槽上部结构的横梁母线连接，实现整体升降。

所述竖式惰性阳极上方设有阳极自带保温层，采用定型或不定型材料制作，其主要成分为氧化铝，用于电解质熔体上方的保温密封。

(4)将原来上部结构内的点式下料器更换为线式或准线式下料器。

本发明的有益效果为：

(1)本发明将预焙炭素阳极铝电解槽改造为竖式结构惰性阳极铝电解槽，能够最大程度地保留了预焙阳极铝电解槽的外围结构特征，仅改变阴极、阳极、下料器的设置，节约大量的经济成本。

(2)将水平设置的炭块阴极、整块碳阳极改为竖直的阴极结构、竖式惰性阳极，电极面积可以成倍的增加，从而减少电解槽体积、增加产率、减少散热。

附图说明

图1为由200ka预焙炭阳极铝电解槽改造后的300ka竖式阴极铝电解槽结构示意图；

附图标记说明：

底部保温层-1；阴极钢棒头-2；侧部保温层-3；阴极糊料捣打层-4；侧部内衬-5；阳极自带保温层-6；惰性阳极钢爪-7；阳极导杆-8；横梁母线-9；线式或准线式下料器-10；竖式惰性阳极-11；竖式可润湿阴极-12；阴极导杆-13；集流钢棒-14；槽壳-15；阴极钢棒-16；中缝汇铝沟-17。

具体实施方式

本发明一种将预焙阳极铝电解槽改造为竖式阴极铝电解槽的方法包含：

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述，但并非对其保护范围的限制。

实施例1

改造前：200ka预焙炭阳极铝电解槽。

电解槽每侧14组炭阳极，18组阴极。每组炭阳极的尺寸为：长150cm，宽55cm。同侧阳极间缝4cm，两侧阳极中缝20cm。

改造后：300ka的竖式阴极铝电解槽。

图1为改造后300ka竖式阴极铝电解槽结构示意图。

原每组炭阳极对应的原阴极区域，改造成3排竖式阴极。每排竖式阴极的间距为12cm。每排竖式阴极长度为150cm，平均厚度为7.5cm，炉膛内外露高度为30cm。每排竖式阴极有6块独立的小竖式阴极并列组成。

原两侧炭阳极中缝对应的原阴极区域，改造为一个中缝汇铝沟17。汇铝沟从烟道端向出铝端倾斜，而每两排竖式阴极之间的底部，则均向汇铝沟内倾斜。

原上部结构内的四个点式下料器，改为四个准线式下料器10，取消打壳装置。因为惰性阳极为两排，在两排的中缝处形成一条下料缝隙。

竖式惰性阳极11与竖式可润湿阴极12交叉排列，每两排竖式阴极之间设置一排竖式惰性阳极。竖式惰性阳极上自带的保温材料6可以相互对接，相邻惰性阳极保温材料之间的缝隙采用电解质粉或冰晶石等物料进行覆盖。

改造过程：

(1)首先将200ka预焙炭阳极铝电解槽的内衬清理干净，并在槽壳内的底部铺上底部保温层1。底部保温层1由陶瓷纤维板、硅酸钙板、轻质保温砖、干式防渗料等构成。底部保温层1上方的阴极钢棒16为非通长钢棒，每侧42根，间距12cm，平行排列，钢棒横截面尺寸为：180mm*100mm。阴极钢棒16的一端与集流钢棒14焊接，每7根阴极钢棒16连接1根集流钢棒14，每根集流钢棒14上再引出六对钢棒头2，其位置与槽壳侧部原来的钢窗口对应，引出后通过爆炸焊块与外面的阴极软带连接。(集流钢棒用来解决原电解槽钢窗口与阴极软带的数量，和改造后阴极钢棒数量不一致的问题)

竖式可润湿阴极12通过自身的阴极导杆13与阴极钢棒16连接，每根阴极钢棒上连接六块竖式可润湿阴极12，并整齐排列成一排。多排竖式可润湿阴极12等间距、平行、倒立地排列在电解槽内。

(2)采用阴极糊料进行捣打，

将竖式可润湿阴极12的底部，阴极导杆13，集流钢棒14和阴极钢棒16埋在阴极糊料捣打层4内，阴极糊料捣打层4的底部与电解槽的侧部内衬5连接在一起，形成电解槽新的炉膛；最终炉膛内竖立排列着一排排的竖式阴极。每排竖式阴极的间距为12cm，长度为150cm，高度30cm。

(3)将原有的水平设置的整块碳阳极改造为竖式惰性阳极；

将按组的竖式惰性阳极11，与电解槽内的竖式可润湿阴极12交错排列布置，且通过阳极导杆8与电解槽上部结构的横梁母线9连接，实现整体升降。

所述竖式惰性阳极11上方设有阳极自带保温层6，采用定型或不定型材料制作，其主要成分为氧化铝，用于电解质熔体上方的保温密封。

(4)上部结构内的点式下料器更换为线式或准线式下料器10。竖式惰性阳极11按组布置，并阳极自带保温层6用于电解质熔体上方的保温密封。