CN101949036A

CN101949036A - 一种铝电解槽用控流体以及利用该控流体对铝电解槽分区域控制的方法和铝电解槽

Info

Publication number: CN101949036A
Application number: CN2010105023868A
Authority: CN
Inventors: 朱振国; 谭春耕; 李怀荣; 谭春雷
Original assignee: Individual
Current assignee: Tan Chungeng; Zhu Zhenguo
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2011-01-19

Abstract

本发明公开了一种铝电解槽用控流体以及利用该控流体对铝电解槽分区域控制的方法和铝电解槽。现有预焙槽由于磁场造成的铝液波动，为了保证电解槽的稳定，需要保持较大的极距，电能效率低造成了电能消耗。本发明提供一种新型控流体，包括以下组分，并按照如下比例(wt％)经过振动成型，经1500℃一1800℃高温焙烧后制得，其中，Al₂O₃：91％一95％；NaO：＜0.2％；Fe₂O₃：＜0.1％；CaO：＜0.1％；SiO₂：2％一5％，所述铝电解槽用控流体密度为3.1一3.5g/cm³。在铝电解槽底部(阴极炭块上)放置上述成型的控流体，巨大的铝液池被分割成数个小的区域。本发明采用对铝电解槽分区域控制的方法，降低了铝液的波动，极间压降降低，降低了磁场的影响，实现了电解铝的节能生产。它可在公知的正常生产的铝电解槽的基础上进行改造。

Description

一种铝电解槽用控流体以及利用该控流体对铝电解槽分区域控制的方法和铝电解槽

技术领域

本发明涉及铝电解技术领域。

背景技术

目前，国内电解铝行业大型预焙铝电解槽普通采用平底阴极生产工艺。在电解槽内由于电解质熔体和铝液的密度存在差异，电解质熔体和铝液分层分布在阴极表面上，铝液在阴极表层上方，电解质熔体在铝液层上方。

电解槽正常生产时，电解槽内的电流会产生强大的磁场，磁场与电解质熔体和铝液中的电流相互作用产生强大的电磁力，使电解质熔体和铝液发生循环流动，从而使电解质熔体和铝液的界面产生波动和隆起变形，会使电解出来的金属铝又一次被阳极气体氧化，造成铝的损失，降低了电流的效率。另外，铝液的循环流动和波动也给生产的稳定操作带来了困难。

现在，随着铝电解槽容量的持续增加，母线的优化配置，使得电解质熔体和铝液的界面产生波动和隆起变形，有了很大的改进。但其在电解槽内的流动状态始终无法得到有效的控制。同时铝电解槽正常生产过程中，受单个阳极扰动的影响，只能依靠提高电解槽的工作电压来消除电解槽的波动，这样更加剧了电耗的增加，导致电流效率的降低。

传统的平底铝电解槽受电磁力的影响，电解槽内电解质熔体和铝液的界面波支和隆起变形较大，所以无法在较低的极距(即低槽工作电压)下保持稳定的运行，否则将造成电流效率的大幅下降。

现有普通预焙槽由于磁场造成的铝液波动，为了保证电解槽的稳定生产往往需要保持较大的极距。电能效率低造成了工业电解槽上巨大电能无谓的消耗，铝电解槽节能降耗的手段有两种，一种是提高电流效率，另一种就是降低极距，降低槽电压。而现有的电解槽，电流效率大都在90一95％之间，提高电流效率的空间有限。目前铝电解槽极距一般在4.5一6cm左右，极距带来的压降约为总能耗的40％，极距的降低给节能降耗提供了很大的空间，但是由于传统电解槽本身结构的限制，降低极距，由于受磁场带来的铝液电解质界面波动影响，电解槽就会变得不稳定，丢失电流效率，很难达到节能的目的。

因此，要想实现电解槽生产的低工作电压、高电流效率，必须解决改善电解质熔体和铝液循环流动的状态，减小电解质熔体和铝液界面波动和隆起变形对电流效率影响的问题，以及单个阳极扰动造成整个电解槽波动的缺陷。

发明内容

本发明的目的：提供一种新型控流体，其密度大于铝液，耐电解质腐蚀，在铝电解槽底部(阴极炭块上)放置上述控流体，巨大的铝液池被分割成数个小的区域。本发明采用对铝电解槽分区域控制的方法，减小了铝电解槽内铝液的流动、降低了铝液的波动，降低极间压降，，降低磁场对铝电解生产稳定性的影响，实现了节能生产的电解铝方法。提高了铝电解槽的电能效率，达到节能的目的。它可在公知的正常生产的铝电解槽的基础上进行改造。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：铝电解槽用控流体，包括以下组分，并按照如下比例(wt％)经过振动成型，经1500℃一1800℃高温焙烧后制得，其中，Al₂O₃：91％一95％；NaO：＜0.2％；Fe₂O₃：＜0.1％；CaO：＜0.1％；SiO₂：2％一5％，所述铝电解槽用控流体材料密度为3.1一3.5g/cm3。进一步，为了达到更好的效果，所述控流体密度为3.2g/cm³。

铝电解槽用控流体对铝电解槽分区域控制的方法：将成型的控流体，沿电解槽的纵向方向放置在电解槽底部，控流体依靠自身重量，浸没在正常生产的电解槽阴极表面的铝液层中，控流体对铝电解槽规整的炉膛进行适当的分割，电解槽内膛被分割成若干小区域的铝池。具体来说，沿电解槽的纵向方向对称置入至少2块以上控流体，两块控流体为一组，控流体依靠自身重量，浸没在正常生产的铝电解槽阴极表面的铝液层中。控流体对铝电解槽规整的炉膛进行适当的分割，电解槽内膛被分割成若干小区域的铝池，在铝液流速较大处放置控流体后，由于有控流体的阻挡，铝液水平流速降低，并减少了垂直波动。铝电解槽液态铝液铝液被分割成后，各个区域相对独立，提高了铝电解槽的稳定性，电解槽可以在更低的极距下运行，极距电压降低，大大降低了直流电耗，降低了铝电解的能耗。

通过采用对电解槽分区域控制的方法，减弱铝液的流动性，降低铝液水平流速和垂直波动高度，降低了极距，有效地束缚了铝液由于受到电磁力的作用而产生的流动和波动，减少铝液的波动，提高了电解槽的稳定性，从而减少铝液的二次燃烧损失，提高铝电解的电流效率。大大降低了直流电；同时铝液高度可以保持很低，极距也可以显著降低，使极距从传统电解槽的4.5一8cm左右降到2.5一4cm或更低。大幅度降低电解槽的工作电压，最终达到降耗不减产的目的。控流体可以为长方体、正方体、梯形柱体，球形柱体。沿电解槽的纵向方向的横向截面形状为方形、梯形、半球形等。单块控流体为长度500一1350mm，高度100一150mm，宽度100一300mm的长方体控流体，或者下底比上底宽30一80mm的梯形柱体。单块控流体长度为1300mm，高度为130mm时，由于完全克服了通常情况下更换极块时容易产生的位置漂移缺陷，可以实现更好的效果。

在沿铝电解槽的纵向方向对称置入6块以上控流体时，六块控流体将电解槽内膛铝液分割成4个区域小铝池，电解槽内膛被分割后，每个小铝池区域的长度为1000mm一2500mm，宽度为3500mm一3800mm。

控流体的数量根据电解槽容量的大小、槽型长度的不同进行合理确定，一般可以放置6-14块，因此控流体将电解槽内膛液态铝液分割成4-12个区域；

将控流体置于电解槽时，应将电解液体分子比提高至2.5或2.6，并延长下料间隔，以消耗炉底沉淀；同时适当提高电解质水平高度至21一23cm范围内，电解槽槽温保持在960℃士5℃范围内，无长时针振，无热槽、冷槽，炉膛规整，伸腿不能过长，电解槽无破损隐患。此时可以实现最佳的分区域控制效果。

根据以上所述的方法，即可制得本发明的铝电解槽。本发明能够产生的有益效果：

1、该种铝电解槽用控流体，具有耐高温、耐铝液腐蚀、耐冲刷、不污染铝液、不炸裂的特点，膨胀系数接近于零，置入电解槽内部，使用寿命1年以上。

2、应用本发明铝电解槽用控流体可对新建或现有铝电解槽直接改造，不用对铝电解槽进行停电大修，不用对铝电解槽进行任何结构改变。

3、铝电解槽分区域控制的方法，利用控流体，合理设置其在电解槽内控流体的数量和位置，使铝电解槽槽膛内的电解质熔体和铝液受磁场影响发生的大循环流动变成N个小的循环流动，能够实现使电解质熔体和铝液的界面波动和隆起变形的幅度减小。电解质熔体和铝液小的循环流动降低到大循环流动流速的40一60％的范围。同时又能利用分区域控制消除单个阳极扰动造成整个电解槽波动的缺陷，使电解槽内的电解质熔体和铝液保持一个良好的流动状态，确保电解槽内的Al₂O₃浓度分布均匀，有效减少突发效应的发生。铝电解槽电压降低、电流效率提高、吨铝电耗降低。

4、放置控流体的铝电解槽，铝液、电解质最大和平均流速降低50％，有效的降低了极距，从而电解槽平均电压由公知的4.15v降低到3.8一3.8.5v，电流效率≥92％，提高了1.5％，吨铝直流耗电量由原来的13300度降至12700度一12300度的范围，实现吨铝用电量下降700一1000度，节能效果显著。

本发明由于采用上述结构降低了极距，提高了电能利用率，大大降低了磁场对铝电解生产稳定性的影响。因为消除了磁场对电解生产稳定性的影响，极距可以在3.5一4cm生产，提高了电能效率。[0023]由上述可知，本发明解决了大型铝电解槽低电压运行下高电流效率的技术问题；本发明通过在铝电解槽中置入高密度，耐电解质腐蚀的控流体，对铝电解槽内铝液实现分区域控制，铝电解槽保持在较低电压状态下稳定运行，并且达到高电流效率，低阳极效应系数，低电能消耗的优异效果。

附图说明下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。图1为铝电解槽横向横截面剖示图。图2为沿图1A-A方向的铝电解槽剖面图。图3为沿图1B-B方向的铝电解槽剖面图。

具体实施方式为解决现有的铝电解槽极距大、电流损耗大等问题，需要对现有的铝电解槽进行改造处理，其中涉及的最重要的是设置于铝电解槽中的控流体。[0011]控流体由以下组分，并按照如下比例(wt％))：Al₂O₃ 91％一95％NaO＜0.2％Fe₂O₃＜0.1％CaO＜0.1％SiO₂ 2％一5％经过振动成型，在1500℃一1800℃高温焙烧后制得。所述制得密度为3.1一3.5g/cm³。为了达到更好的效果，所述材料密度为3.2g/cm³。下面分为几个不同的实施例，详述得到控流体100公斤的制造：实施例1：取：Al₂O₃ 91公斤，NaO＜0.2公斤，Fe₂O₃＜0.1公斤，CaO＜0.1公斤，SiO₂ 2公斤，经过振动成型，在1500℃一1800℃高温焙烧后制得。实施例2：取：Al₂O₃ 95公斤，NaO＜0.2公斤，Fe₂O₃＜0.1公斤，CaO＜0.1公斤，SiO₂ 5公斤，经过振动成型，在1500℃一1800℃高温焙烧后制得。实施例3：取：Al₂O₃ 93公斤，NaO＜0.2公斤，Fe₂O₃＜0.1公斤，CaO＜0.1公斤，SiO₂ 3公斤，经过振动成型，在1500℃一1800℃高温焙烧后制得。上述材料在不同粒径混合、不同的压力下，高压成型后，制得控流体密度为3.1g/cm³一3.5g/cm³，实践证明：当控流体密度为3.2g/cm³时，控流体在应用中的作用效果更好。[0012]制得本发明的控流体后，利用所述控流体对铝电解槽分区域控制的方法：[0013]参见图1，铝电解槽纵向横截面剖示图。其中，1为铝电解槽壳体，2为阳极，4为阴极。在电解槽底部放置上述控流体3，减弱铝液的流动性，减少铝液的波动，从而减少铝液的二次燃烧损失，同时大幅度降低电解槽的工作电压，最终达到降耗不减产的目的。[0014]具体说来，利用上述控流体，沿电解槽的纵向方向对称置入控流体，两块控流体为一组。控流体依靠自身重量，浸没在正常生产的电解槽阴极表面的铝液层中。控流体将电解槽内膛铝液分成多个小区域，使电解槽内电解质熔体和铝液的大循环流动变为小循环流动，减弱了受磁场带来的铝液电解质界面波动影响，提高了电解槽的稳定性，使电解槽能够保持在较低电压状态下稳定运行，并且达到高电流效率，低阳极效应系数，低电能消耗。根据铝电解槽的宽度、长度不同，合理放置不同数量的控流体。单块控流体为长度500一1350mm，高度100一150mm，宽度100一300mm的长方体控流体，或者下底比上底长宽30一80mm的梯形柱体，或者与电解槽底部接触处为水平等其它可稳固放置的形状，如截面为半球形的柱体。控流体依靠自身重量，浸没在正常生产的电解槽阴极表面的铝液层中。控流体长度为1300mm，高度130mm时，完全克服了通常情况下更换极块时或者效应时，容易产生位置漂移的缺陷，可以实现更好的效果，实施例1[0015]沿铝电解槽的纵向方向对称置入6块控流体，分为三组，将铝电解槽内膛分成4个小区域，每个小槽内膛的长度为I000mm一2500mm，宽度为3500mm一3800mm。[0016]控流体长度为1300mm，高度130mm时，可以实现更好的效果，完全克服了通常情况下更换极块后者效应是容易产生位置漂移的缺陷。实施2中[0017]沿电解槽的纵向方向对称置入14块控流体，将电解槽内膛分成8个小区域。图2、图3为沿图1A-A方向和B-B方向的铝电解槽剖面图。其清楚地示出了上述实施2中，沿铝电解槽的纵向方向对称置入14块控流体，将铝电解槽内膛分成8个小区域的情况。[0018]不同的槽型容量，电解槽的宽度、长度不同，放置不同数量的控流体。大型的电解槽，可以放置多达30块的控流体，实现稳定生产的节能目的。[0019]作为公知常识，铝电解生产中，连接阳极和阴极之间不可缺少的熔盐叫电解质。液体电解质主要成分是冰晶石，其化学式Na₃AlF₆(是AlF₃和NaF₃混合物)。冰晶石中所含氟化钠摩尔数与氟化铝摩尔数之比称为分子比。电解槽内铝液的高度称铝水平，电解质的高度称电解质水平。[0020]在放置过程中，应遵循如下事项：一、制作好相应长度的控流体，，选择好需要置入控流体的电解槽。电解槽置入控流体时需达到如下技术要求：1.适当提高分子比至2.5或2.6，延长下料间隔，消耗炉底沉淀。2.适当提高电解质水平至21一23cm范围内。3.电解槽槽温保持在960℃士5℃范围内。4.各项技术条件保持良好，无长时针振，无热槽、冷槽。5，炉膛规整，伸腿不能过长，电解槽无破损隐患。这样，可以实现最佳的分区域控制效果。二、电解槽达到技术要求后，按照每天放入两组的速度，将控流体置入铝电解槽内，针对不同槽型的铝电解槽分割为4一8个小的区域。全部控流体放置完毕后，稳定一天。第二天将设定电压下调0.05v，以后每周逐步降低0.05v，利用一个月的时间降至目标值。三、电解槽调整到位后，生产技术条件保持如下：1.分子比保持在2.45一2.55范围内；2.电解质水平保持在18一20cm范围内，铝水平保持在20一22cm范围内3槽温保持在960’C士5℃范围内；四、后期管理要从槽电压、分子比、出铝、保温、效应、换极等各项工作上，保证实施分区域控制的铝电解槽稳定运行。[0021]根据以上所述的方法，即可制得本发明所述的铝电解槽。[0022]下面是电解槽和应用控流体电解槽的两组实测报告。传统电解槽和应用控流体电解槽，铝液流速和界面变形数据模拟结果对比.生产槽技术升级比较数据

控流体放置在铝电解槽内，可以达到良好的阻挡效果，并且具有耐高温铝液腐蚀、冲刷、不污染铝液、稳定性好、使用寿命长等特点，用于电解槽中能够稳定发挥作用。合理的设置电解槽内控流体的数量和位置，实现铝电解槽在低电压的运行下，达到较高的电流效率，减少铝液的二次反应。电解槽内Al₂O₃浓度分布均匀，减少了突发效应的发生。电解槽出现各种病态(如铝液波动)的情况减少，防止了电流效率下降。利用控流体，并根据电解槽的容量，在电解槽内合理设置控流体的数量和位置，使电解槽内电解质熔体和铝液的大循环流动变为小循环流动，降低了极距，降低了槽工作电压，电解槽电压由公知的4.15v降为3.8v一3.85v范围，使得吨铝直流耗电量由原来的13300度降至12700度一12300度的范围，可实现吨铝用电量下降700一1000度，以此达到降低电解槽平均电压，提高电流效率，最终实现节能降耗的目的。

Claims

1.一种铝电解槽用控流体，其特征在于：

所述控流体，包括以下组分，并按照如下比例(wt％)经过振动成型，经1500℃一1800℃高温焙烧后制得，其中，Al₂O₃：91％一95％；NaO：＜0.2％；Fe₂O₃：＜0.1％；CaO：＜0.1％；SiO₂：2％一5％。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽用控流体，其特征在于：所述铝电解槽用控流体密度为3.1一3.5g/cm³。

3.根据权利要求1所述的铝电解槽用控流体，其特征在于：所述铝电解槽用控流体密度为3.2g/cm³。

4.一种利用权利要求1所述铝电解槽用控流体对铝电解槽分区域控制的方法：

将成型的控流体，沿电解槽的纵向方向放置在电解槽底部，控流体依靠自身重量，浸没在正常生产的电解槽阴极表面的铝液层中，控流体对铝电解槽规整的炉膛进行适当的分割，电解槽内膛被分割成若干小区域的铝池。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的控流体沿电解槽的纵向方向对称置入，2块控流体为一组。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的控流体至少为2个。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的控流体为6一30个。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的控流体为长方体、梯形柱体或球形柱体。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述的控流体沿电解槽的纵向方向，其横向截面形状为方形、梯形或者半球形，与底部接触处为水平。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的控流体为长度500一1350mm，高度100一150mm，宽度100一300mm的长方体，或者下底比上底宽30一80mm的梯形柱体。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述的控流体长度为1300mm，高度为130mm。

12.根据权利要求权4--11所述的方法，其特征在于：将控流体置于电解槽时，应将电解液体分子比提高至2.5或2.6，同时提高电解质水平高度至21一23cm范围内，电解槽槽温保持在960℃士5℃。

13.一种铝电解槽，其特征在于：所述铝电解槽利用权利要求4-12所述的方法制得。