專利名稱：400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用熔融電解法電解生產(chǎn)金屬鋁的核心裝備——預(yù)焙鋁電解槽 結(jié)構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種超大型的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的預(yù)焙鋁電解槽的結(jié)構(gòu)大體上可看成是由上部結(jié)構(gòu)和陰極結(jié)構(gòu)兩大 部分組成。上部結(jié)構(gòu)包括陽(yáng)極炭塊組、陽(yáng)極母線、打殼下料裝置、陽(yáng)極升降 機(jī)構(gòu)、大梁及門形立柱和電解槽密封排氣系統(tǒng)。而陰極結(jié)構(gòu)則包括陰極炭塊 組、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和槽殼結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的預(yù)焙鋁電解槽存在的問(wèn)題較多，針對(duì)它的 問(wèn)題，中國(guó)專利200510047245.0曾提出過(guò)《一種大型鋁電解預(yù)焙槽》的新型 設(shè)計(jì)方案，該方案特別適合于160kA 360kA大型預(yù)焙鋁電解槽的建造和運(yùn) 行。目前，預(yù)焙鋁電解槽的容量還在不斷地增大，而隨著預(yù)焙鋁電解槽容量 的進(jìn)一步增大，電解槽的能耗和煙氣的排放便成了新的、突出的矛盾，需要 設(shè)計(jì)人員予以認(rèn)真的對(duì)待和考慮。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是尋求一種新的設(shè)計(jì)方案以解決400kA級(jí)超大型預(yù)焙鋁電 解槽容量增大同其能量需求增大和煙氣排放增加之間的矛盾，據(jù)此對(duì)已有的 上述大型預(yù)焙鋁電解槽的結(jié)構(gòu)進(jìn)行多方面的改進(jìn)，以提出新型的400kA級(jí)節(jié) 能減排預(yù)焙鋁電解槽。本發(fā)明所提供的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，包括陽(yáng)極炭塊組、陽(yáng)極母線、打殼下料裝置、陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)、大梁及立柱、槽密封排氣系統(tǒng)、陰極炭塊組、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和槽殼結(jié)構(gòu)，其特征在于(1) 上部大梁和門型立柱采用管式桁架梁支撐結(jié)構(gòu)；(2) 陽(yáng)極炭塊組的鋼爪采用八爪對(duì)稱式結(jié)構(gòu)；(3) 采用新的陽(yáng)極配置方案，設(shè)計(jì)六個(gè)氧化鋁下料點(diǎn)和兩個(gè)氟化鹽下料點(diǎn)；(4) 在水平罩板和料箱之間設(shè)置分段集氣的排氣系統(tǒng)；(5) 采取利用負(fù)壓吸力進(jìn)行陽(yáng)極導(dǎo)桿密封的裝置；(6) 根據(jù)對(duì)電熱場(chǎng)的模擬設(shè)計(jì)出新的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)；(7) 陰極母線采用非對(duì)稱配置和大面六點(diǎn)進(jìn)電結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的管式桁架梁結(jié)構(gòu)，包括兩部桁架、桁架之間的聯(lián)系梁和起重機(jī)支架，其特征在于桁架以聯(lián)系梁 為頂，由門型立柱、上弦桿、下弦桿、直腹桿和斜腹桿組成，各種桿件和聯(lián) 系梁均采用矩形鋼管作構(gòu)件，其中(1) 直腹桿以一定的間隔分布在上弦桿和下弦桿之間；(2) 直腹桿兩側(cè)，上弦桿和下弦桿之間安置有斜弦桿；(3) 直腹桿與其兩側(cè)的斜腹桿依次形成個(gè)字形或倒個(gè)字形；(4) 聯(lián)系梁位于直腹桿頂部，并與上弦桿垂直地處于同一水平上。 本發(fā)明的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽,所說(shuō)的八爪對(duì)稱式陽(yáng)極鋼爪，包括橫梁和爪頭，其特征在于橫梁由兩根大橫梁、兩根斜橫梁和四根小橫 梁組成，其中(1) 大橫梁與斜橫梁連接后呈橫直的羅馬數(shù)碼X形；(2) 小橫梁的中部分別垂直地同大橫梁端頭相連接；(3) 小橫梁兩端向下彎折連接到爪頭，爪頭下部與炭塊相固接；(4)兩根斜橫梁交接的中心部位向上同陽(yáng)極導(dǎo)桿相連接本發(fā)明的400kA級(jí)節(jié)能減排鋁電解預(yù)焙槽，所說(shuō)的新的陽(yáng)極配置方案，包括電解槽熔池、陽(yáng)極炭塊和下料點(diǎn)，其特征在于(1) 所有的下料點(diǎn)均設(shè)置在四組陽(yáng)極炭塊交匯點(diǎn)的位置；(2) 將下料點(diǎn)處的相鄰兩組陽(yáng)極炭塊間的縫隙加大；而將非下料點(diǎn)處相 鄰兩組陽(yáng)極炭塊間的縫隙縮?。?3) 將下料點(diǎn)處陽(yáng)極炭塊的四個(gè)角部削去，使下料點(diǎn)處有一個(gè)較大的空間。本發(fā)明的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的分段集氣的排氣系統(tǒng)， 包括煙道、總煙道和調(diào)節(jié)閥，其特征在于(1) 將煙道設(shè)置在水平罩板和料箱之間的夾層內(nèi)，料箱側(cè)下部不與板梁焊接而改成V形結(jié)構(gòu)；(2) 煙道分為左右平行的兩支分煙管，各位于電解槽水平罩板與料箱的 左右?jiàn)A層內(nèi)；(3) 兩支分煙管分為前、后兩段抽氣，即兩分煙管上設(shè)有前后不同的進(jìn)氣孔；(4) 在匯總兩支分煙管的總煙道上安裝有調(diào)節(jié)閥。本發(fā)明的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的利用負(fù)壓吸力進(jìn)行陽(yáng) 極導(dǎo)桿密封的裝置，包括側(cè)板、前端板和頂板，其特征在于它是由兩側(cè)板、 頂板和前端板構(gòu)成的、圍繞陽(yáng)極導(dǎo)桿三面包圍的空腔裝置，其中，(1) 裝置的前端圍繞陽(yáng)極導(dǎo)桿三面包圍的部分采取柵格結(jié)構(gòu)；(2) 裝置的尾部與腹板梁相焊接并同水平煙道相連通；(3) 裝置安置在水平罩板上面，并以水平罩板為底板。本發(fā)明的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的根據(jù)對(duì)電解槽電熱場(chǎng) 的模擬所采取的新內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，包括陰極炭塊、陰極鋼棒、底部耐火層結(jié)構(gòu)，
其特征在于
(1) 陰極鋼棒位于槽殼內(nèi)，露出陰極炭塊外的部分用一 u形金屬板從
上而下夾起來(lái)，再用耐火泥搗固；
(2) 陰極鋼棒上用耐火絕緣紙分段包裹，再用鋼棒糊填實(shí)；
(3) 陰極兩端頭的里層采用耐火磚、外層采用保溫磚封堵；陰極炭塊底 部中間為酥松的顆粒狀耐火材料，兩端為耐火磚；
(4) 將陰極炭塊與側(cè)壁炭化硅磚之間的直邊糊結(jié)構(gòu)改為弧形邊糊結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的陰極母線非對(duì)稱配置
和大面六點(diǎn)進(jìn)電結(jié)構(gòu)，包括進(jìn)電側(cè)母線、出電側(cè)母線、進(jìn)電側(cè)陰極軟母線、 出電側(cè)陰極軟母線、槽底母線和立柱母線，其特征在于(1)另設(shè)有局部補(bǔ) 償母線，局部補(bǔ)償母線首先進(jìn)入槽底，再沿電解槽的端頭走出，并上抬到一 定的高度；(2)采用56根陰極軟母線和6根立柱母線實(shí)現(xiàn)電解槽的供電，6 根立柱母線其所連接陰極軟母線的根數(shù)分別為10根；9根；9根；9根；9 根和10根；(3) 6根立柱母線采用非等距離配置。
本發(fā)明的400kA極節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，它同目前最具有代表性的 300kA級(jí)預(yù)焙鋁電解槽相比較，具有如下明顯的優(yōu)點(diǎn)
(1)陰極母線配置更經(jīng)濟(jì)、更安全，電流的分布也更為均勻。由于采用 大面六點(diǎn)進(jìn)電和槽周圍陰極母線非對(duì)稱配置，很好地補(bǔ)償了相臨電解槽和相 鄰車間母線電流對(duì)磁場(chǎng)分布的影響、滿足了電解槽磁流體穩(wěn)定性的要求；各 支路的等額電壓降相差最小，各支路進(jìn)、出電側(cè)支路等額電壓降相差最小， 確保電解槽焙燒期的安全性；在同等母線壓降的條件下，母線用量最低。(2)電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)符合加強(qiáng)底部保溫、增加側(cè)部散熱的原則， 確保不同的等溫線處于對(duì)應(yīng)的內(nèi)襯耐火保溫層，為提高電解槽運(yùn)行指標(biāo)和使
用壽命提供了保障。
(3) 優(yōu)化的鋁電解槽鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用單圍帶小船型搖籃式槽結(jié)構(gòu)和 管桁架上部結(jié)構(gòu)，在確保強(qiáng)度的條件下，大幅度降低了鋼材用量和加工制作難度。
(4) 更優(yōu)化的下料點(diǎn)位置配置采用新的陽(yáng)極炭塊配置方案，6個(gè)氧 化鋁下料點(diǎn)和兩個(gè)氟化鹽下料點(diǎn)，既縮小了炭塊之間的狹縫；又適當(dāng)擴(kuò)大了 下料點(diǎn)的空間，并增大了陽(yáng)極的有效工作面積。既可降低能耗，又能提高產(chǎn)
(5) 優(yōu)化的電解槽煙氣捕集系統(tǒng)有效利用罩內(nèi)溫差產(chǎn)生的負(fù)壓，消除 打殼下料設(shè)備安裝造成的漏風(fēng)點(diǎn)。不僅提高了罩內(nèi)負(fù)壓分布的均勻性和電解 槽煙道的集氣效率，還在一定程度上提高了電解槽的熱能的利應(yīng)率。
總之，本發(fā)明的400kA級(jí)預(yù)焙鋁電解槽同原先的300kA級(jí)電解槽相比較 具有明顯的節(jié)能、減排的效果，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和推廣應(yīng)用價(jià)值。


圖1為本發(fā)明的鋁電解預(yù)焙槽總體結(jié)構(gòu)主視圖； 圖2為該電解槽總體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖； 圖3為管式桁架梁的結(jié)構(gòu)示意圖4為八爪陽(yáng)極鋼爪結(jié)構(gòu)示意圖，圖4A為鋼爪立體圖，圖4B為鋼爪組 裝示意圖5為電解槽陽(yáng)極配置方案示意圖6為分段集氣排煙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖6A為其主視圖，圖6B為煙道 配置的平面視圖7為陽(yáng)極導(dǎo)桿密封裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖7A為其平面投影示意圖(俯 視圖)，圖7B為前視圖；圖8為電解槽內(nèi)襯橫向結(jié)構(gòu)示意圖9為電解槽陰極母線配置結(jié)構(gòu)示意圖，圖9A為其立面示意圖；圖9B 則為其平面示意圖。
在上述各圖中，1單圍帶小船型搖籃式槽殼；2底梁；3內(nèi)襯；4立柱大
梁；5陽(yáng)極母線；6陽(yáng)極夾具；7陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)；8打殼下料裝置；9陽(yáng)極炭 塊；IO密封罩；ll陰極炭塊；12總煙道；13門形立柱；14下弦桿；15上弦 桿；16斜腹桿；17直腹桿；18起重器支架；19聯(lián)系梁；20大橫梁；21斜橫 梁；22小橫梁；23爪頭；24陽(yáng)極導(dǎo)桿；25電解槽熔池；26下料點(diǎn)；27中縫；
28下料點(diǎn)處陽(yáng)極間縫；29非下料點(diǎn)處陽(yáng)極間縫；30料箱；31槽蓋板；32 V 形煙道鋼板；33煙道分煙管；34水平罩板；35陽(yáng)極平衡母線；36匯集煙道； 37調(diào)節(jié)閥；38側(cè)板；39前端板；40頂板；41顆粒狀材料；42隔熱板；43 耐高溫隔熱板；44隔熱磚；45隔熱氈；46U形金屬板；47耐火混凝土； 48 碳化硅磚；49耐電解質(zhì)侵蝕磚；50弧形邊糊；51陰極鋼棒；52鋼棒糊；53 絕緣板；54耐火絕緣紙；55隔熱層；56進(jìn)電側(cè)母線；57端頭繞行母線；58 槽底母線；59局部補(bǔ)償母線；60出電側(cè)母線；61立柱母線；62進(jìn)電側(cè)陰極 軟母線；63出電側(cè)陰極軟母線；64短路母線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽的結(jié)構(gòu)
作進(jìn)一步的補(bǔ)充和說(shuō)明。
本發(fā)明的預(yù)焙鋁電解槽的上部結(jié)構(gòu)包括陽(yáng)極炭塊組9、陽(yáng)極母線5、打殼 下料裝置8、陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)7、立柱大梁4和由密封罩10、總煙道12、煙道 分煙管33組成的分段集氣排煙系統(tǒng)；而其陰極結(jié)構(gòu)則包括陰極炭塊組11、
內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和槽殼結(jié)構(gòu)。如圖1、 2所示，以下用400kA的電解槽為例作詳細(xì)說(shuō)明，實(shí)際上本設(shè) 計(jì)方案也可適用于400kA 550kA的超大型預(yù)焙鋁電解槽。 l.電解槽的上部結(jié)構(gòu)
1) 大梁和立柱
如圖3所示，先用(長(zhǎng)X寬X壁厚)為200X200X10毫米的矩形鋼管作 上弦桿15和下弦桿14，再用(長(zhǎng)X寬X壁厚)為150X150X8毫米的矩形 鋼管作直腹桿17和斜腹16，將直腹桿按一定的間隔安置在上弦桿和下弦桿 之間，用電焊工藝將三者連接起來(lái)，再在兩根直腹桿之間焊接上斜腹桿，使 每根直腹桿與其兩側(cè)的斜腹桿形成個(gè)字形或倒個(gè)字形結(jié)構(gòu)。就這樣分別將兩 片桁架梁組裝好，再在兩桁架梁的上弦桿上、直腹桿頂部與桁架梁垂直方向 上安裝聯(lián)系梁19，以電焊工藝將聯(lián)系梁同桁架梁的上弦桿連為一體。然后， 在桁架梁沿電解槽軸向的兩端安裝上門形立柱13,門形立柱是采用(長(zhǎng)X寬 X壁厚)為250X250X12毫米的矩形鋼管制成。最后在聯(lián)系梁下方、直腹桿 的上部再焊上起重器支架18，每根直腹桿上設(shè)置一個(gè)起重器支架。起重器支 架通常用20號(hào)槽鋼制成。這樣，電解槽的上部桁架梁便大功告成。
400kA預(yù)焙鋁電解槽總長(zhǎng)為19， 184毫米，總高為6， 200毫米。
2) 陽(yáng)極炭塊組
陽(yáng)極炭塊組由陽(yáng)極鋁導(dǎo)桿24、八爪鋼爪和兩塊炭塊9組成。 如圖4所示，從圖4A中可見(jiàn)，八爪鋼爪由兩根大橫梁20和交叉布置的 兩根斜橫梁21構(gòu)成橫臥的羅馬數(shù)碼X形，在每根大橫梁的兩端各連接一根 小橫梁22，小橫梁的中部同大橫梁端部垂直地固定為一體，而其兩端則向下 彎折與爪頭23相連接，故一個(gè)陽(yáng)極鋼爪共有八個(gè)爪頭，圖4B中可見(jiàn)，爪頭 下部與炭塊9相固接，這樣便構(gòu)成了大型和超大型鋁電解槽用雙陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。上述鋼爪制造時(shí)，其大橫梁、斜橫梁、小橫梁和爪頭采和鑄鋼一次鑄造成型， 而鋼爪與陽(yáng)極導(dǎo)桿的連接點(diǎn)則位于兩根斜橫梁交接的中心部位，它與陽(yáng)極導(dǎo) 桿24的連接則采用鋁鋼過(guò)渡焊焊接成型。
陽(yáng)極導(dǎo)桿材質(zhì)為純鋁，單重253公斤。下端焊接在鋁鋼爆炸焊的鋁層上。 八個(gè)鋼爪頭直徑160毫米，高270毫米；橫梁高160毫米，爪頭置于陽(yáng)極炭 碗內(nèi)100毫米，其間隙內(nèi)澆鑄磷生鐵，將鋼爪與陽(yáng)極炭塊連接。鋼爪電流 密度為0.104安培/毫米2，重約900公斤。每塊陽(yáng)極炭塊上表面的四個(gè)炭碗， 內(nèi)徑190毫米，深115毫米，中心距為360毫米。每塊陽(yáng)極炭塊重約900公 斤。單個(gè)陽(yáng)極組重量約為3噸，每臺(tái)上共24組，總重約72噸。
24組陽(yáng)極組分為兩列懸掛在電解槽上部結(jié)構(gòu)的兩條陽(yáng)極母線上，以盒式 夾具夾接，夾持力約為18噸，扭轉(zhuǎn)力矩約為35公斤*米。
3)陽(yáng)極母線、陽(yáng)極夾具和陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)
如圖l、 2所示，每臺(tái)槽的陽(yáng)極母線由四根8350X550X 180毫米的鑄 鋁母線5連接而成，每個(gè)大面的兩根陽(yáng)極母線通過(guò)軟母線連接，兩個(gè)大面的 陽(yáng)極母線用鋁板進(jìn)行連接，配合立柱母線的進(jìn)線方式，用鋁板焊接而成的平 衡母線共六處。其另一端則通過(guò)陽(yáng)極夾具6和鋁陽(yáng)極導(dǎo)桿相壓接。陽(yáng)極母線 總重約10.8噸。
每臺(tái)槽配有陽(yáng)極母線升降機(jī)構(gòu)7，它由8臺(tái)螺旋提升機(jī)組成，電動(dòng)機(jī)功 率為IIKW。陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)安裝在電解槽上部結(jié)構(gòu)鋼質(zhì)框架側(cè)面之上，行程 400毫米，升降速度約為75毫米/分，提升負(fù)荷能力120噸，其行程由陽(yáng)極 行程計(jì)數(shù)器顯示。陽(yáng)極母線升降機(jī)構(gòu)總重約2.6噸。
電解槽陽(yáng)極配置方案如圖5所示。
在鋁電解槽熔池25中，設(shè)置了24組陽(yáng)極，陽(yáng)極炭塊9以電解槽長(zhǎng)向中 心線為軸呈對(duì)稱地分為兩排分布。在電解槽中共設(shè)置了 8個(gè)加下點(diǎn)26，相對(duì)兩排陽(yáng)極炭塊之間為中縫27，其寬度為50~120毫米；加料點(diǎn)處，同排相鄰 兩塊陽(yáng)極炭塊之間縫28寬為40~80毫米，非加料點(diǎn)處，同排相鄰兩塊陽(yáng)極 炭塊之間縫29寬為20~50毫米。這些均比鋁電解槽中現(xiàn)有的陽(yáng)極炭塊之間 的間距大為縮小。本發(fā)明所采用的陽(yáng)極炭塊，其規(guī)格與現(xiàn)有的陽(yáng)極炭塊尺寸 相同，其區(qū)別僅僅在于在炭塊長(zhǎng)向的一端，截去了兩角。所截去的角部可 以是90G的扇形；也可以是等腰直角三角形。
4) 打殼下料裝置
打殼下料裝置8由打殼氣缸、打擊頭、定容下料器和槽上料箱組成。每 臺(tái)槽共安裝七套氣缸，其中一套用于出鋁。
共有六臺(tái)打殼氣缸，帶打擊頭；出鋁打殼氣缸一臺(tái)，內(nèi)徑160mm，行程 650mm，打擊速度0 80cm/s ;打殼下料氣缸6臺(tái)，內(nèi)徑125mm，行程550mm， 打擊速度0 80cm/s ; 8臺(tái)定容下料器，氣缸內(nèi)徑70mm，其中二臺(tái)用于氟 化鹽給料，6臺(tái)用于氧化鋁給料，定容量為1.6kg。壓縮空氣壓力約為0.7MPa。
單臺(tái)出鋁打殼裝置重118kg，單臺(tái)下料打殼裝置重103kg，單臺(tái)定容下料 裝置55kg，打殼下料裝置總重約1.176噸。
5) 集氣排氣系統(tǒng)
本發(fā)明的電解槽集氣排氣系統(tǒng)如圖6A所示，先將陽(yáng)極平衡母線35由原 來(lái)的在陽(yáng)極母線5中心位置上移，料箱30的側(cè)下部位不與上弦桿15焊接。 而是改成V形結(jié)構(gòu)，這將煙道32安置在水平罩板34和料箱30的左右?jiàn)A層 內(nèi)，形成左右平行的兩個(gè)分煙管33。兩支分煙管如圖6B所示， 一支為前段 開(kāi)進(jìn)氣孔，另一支則后段開(kāi)進(jìn)氣孔。兩支分煙管通過(guò)匯集煙道36，匯入總煙 管12中，再排入凈化系統(tǒng)?？偀煹郎显O(shè)置有調(diào)節(jié)閥37，它可以用來(lái)方便的 調(diào)節(jié)兩支平行的分煙管內(nèi)的負(fù)壓和煙氣的流量。6)陽(yáng)極導(dǎo)桿密封裝置
如圖7所示，本發(fā)明所采用的陽(yáng)極導(dǎo)桿密封裝置，由側(cè)板38、前端板39 和頂板40構(gòu)成，它們圍繞陽(yáng)極導(dǎo)桿24三面包圍形成一個(gè)空腔裝置，其中，
(1)裝置的前端圍繞陽(yáng)極導(dǎo)桿三面包圍的部分采取柵格結(jié)構(gòu)；(2)裝置的尾 部與煙道側(cè)壁相焊接并同水平煙道33相連通；(3)裝置安置在水平罩板34 上面，并以水平罩板作底板。
本密封裝置制造時(shí)，對(duì)于每一根陽(yáng)極導(dǎo)桿來(lái)說(shuō)，先在其水平罩板的預(yù)定 位置上鉆好一個(gè)以上的孔洞，再焊好兩面?zhèn)劝澹瑐?cè)板上焊上頂板。按照陽(yáng)極 導(dǎo)桿的截面尺寸在頂板前端開(kāi)好能容納導(dǎo)桿的豁口 ；而將頂板和兩側(cè)板的尾 端焊接在煙道側(cè)壁上，與水平煙道相連通。電解槽工作時(shí)，由于煙道的抽力， 自然會(huì)在每根陽(yáng)極導(dǎo)桿的周圍產(chǎn)生負(fù)壓，這樣，它便會(huì)將原本要從陽(yáng)極導(dǎo)桿 縫隙中溢出的煙氣反向吸回到水平煙道中去。
2.電解槽的陰極結(jié)構(gòu)
電解槽的陰極結(jié)構(gòu)由槽殼街構(gòu)、陰極內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和陰極母線配置結(jié)構(gòu)組成。 1)槽殼結(jié)構(gòu)
槽殼結(jié)構(gòu)由兩件長(zhǎng)側(cè)板、兩件短側(cè)板、 一塊底板和29個(gè)搖籃架組成，槽 殼箱體在長(zhǎng)側(cè)板底部成船型。
電解槽共有搖籃架29個(gè)，外側(cè)2個(gè)焊于槽殼箱體上，中間共27個(gè)，中 心線距630mm，承接槽殼箱體；箱體底部墊以10mm厚的硅酸鋁板，以減少 箱體向搖籃架傳導(dǎo)熱量，確保箱體和搖籃架之間的應(yīng)力均勻傳遞；箱體側(cè)部 與搖籃架之間有15mm的間隙，以消除箱體與搖籃架之間的熱傳導(dǎo)，減少搖 籃架受熱強(qiáng)度降低的幾率。
槽殼箱體上部為單層圍板結(jié)構(gòu)，與搖籃架用螺栓緊固，中間墊以硅酸鈣板隔熱。箱體內(nèi)形尺寸為18320 (L) x4080 (W) xl506 (H) mm。重約21.8噸。
搖籃架底梁為高度為496mm的H型鋼，側(cè)臂高1318mm，以鋼板焊接 組成。單重約0.795噸，27個(gè)搖籃架總重約21.5噸。
搖籃架座落在兩條高度為300mm的H型鋼上，下有絕緣，支承在混凝 土支墩上。槽殼總重量約為46.1噸。
2)陰極內(nèi)襯結(jié)構(gòu)
陰極內(nèi)襯結(jié)構(gòu)包括陰極炭塊組、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)如下
(2.1) 陰極炭塊組
陰極炭塊組ll由導(dǎo)電鋼棒、扎固糊和陰極炭塊所組成。 陰極炭塊有兩條槽溝，各寬110mm，深200mm，槽溝中心距250mm。
四根90x180x2100陰極導(dǎo)電鋼棒置于其中，以陰極炭糊搗固連接，鋼棒兩端
間距為4460毫米。
陰極炭塊重約1.456t， 4支陰極鋼棒重1.059t，陰極糊重約70kg，陰極 炭塊組重約2.58t,每槽28組陰極炭塊組總重約72.24t。
陰極炭塊組間縫30mm，其間以底部炭糊搗固成一體，所占面積為
17610x3650mm2。
(2.2) 內(nèi)襯結(jié)構(gòu)
如圖8所示，在電解槽槽殼底面上，先鋪上隔熱板42，再鋪上耐高溫隔 熱板43，墊上隔熱磚44，兩端砌上耐電解質(zhì)侵蝕磚49，中間部分則鋪上顆 粒狀耐火材料41。將顆粒狀耐火材料壓實(shí)后，也可在其上面鋪一層薄鋁板或 鋁箔。在上述槽底保溫、隔熱層安裝完畢之后，鋪上陰極炭塊ll，炭塊底部 插入段裹上耐火絕緣紙54的陰極鋼棒51，在陰極鋼棒和陰極炭塊之間用鋼 棒糊52填實(shí)。陰極鋼棒露出陰極炭塊、居于槽殼內(nèi)的部分用U形金屬板46卡上，再以耐火混凝土 47和隔熱氈45填實(shí)。電解槽側(cè)壁內(nèi)用炭化硅磚48 砌上，在陰極炭塊兩端、耐火混凝土和炭化硅磚三者之間則是弧形邊糊50。
側(cè)部砌塊約重5.7噸，炭糊約重11.6噸；底部耐火保溫層總重約31.26 噸；側(cè)下部結(jié)構(gòu)重約8.8噸，內(nèi)襯總重約129.6噸。
3)陰極母線配置結(jié)構(gòu)
如圖9的A、 B所示，電解槽由28組陰極組(56根陰極軟母線)和電 解槽側(cè)部6根立柱母線61實(shí)現(xiàn)供電。6根立柱連接陰極軟母線的分配比例為
10: 9: 9: 9: 19: 10。這樣的配置既可以為電平衡設(shè)計(jì)提供方便，同時(shí)又可
以協(xié)助在鋁液中實(shí)現(xiàn)比料平穩(wěn)的磁場(chǎng)分布，不至于出現(xiàn)過(guò)大的垂直磁場(chǎng)梯度。 邊部?jī)筛⒅挥谶叢筷?yáng)極組的外部，減少槽殼熱輻射對(duì)立柱母線的影響， 而中間兩根立柱配置有三組陽(yáng)極，六根立柱采用非等距離配置，為電解槽中
間部位且熱輻射較強(qiáng)的區(qū)域提供較大的人工操作空間。其中，進(jìn)電側(cè)母線56; 端頭繞行母線57;槽底母線58;局部補(bǔ)償母線59;出電側(cè)母線60;立柱母 線61;進(jìn)電側(cè)陰極軟母線62;出電側(cè)陰極軟母線63。按照軟母線的具體分
配，通過(guò)這些側(cè)部或槽底部母線把軟母線和立柱母線連接起來(lái)，6根立柱母 線采用非等距離配置，另設(shè)置有短路母線64，這樣就組成了電解槽槽周圍的
母線結(jié)構(gòu)。
由于在電解槽內(nèi)四個(gè)角部磁場(chǎng)較大， 一般高于40高斯，因此端頭走過(guò)的 電流大，必須加以補(bǔ)償；而出電測(cè)的兩個(gè)角部，由于合成磁場(chǎng)更大，所以必 須在出電側(cè)每個(gè)角部以更大的電流加以補(bǔ)償。這就是磁場(chǎng)強(qiáng)、補(bǔ)償強(qiáng)；磁場(chǎng)
弱，補(bǔ)償弱的原則。
本發(fā)明系一項(xiàng)組合發(fā)明，綜合了發(fā)明人自身多年研究工作所取得的多項(xiàng)
創(chuàng)新的專利技術(shù)，其中最主要的有陽(yáng)極配置方案；分段集氣的排氣系統(tǒng)；陽(yáng)極導(dǎo)桿密封技術(shù)和陰極母線配置結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)上述各項(xiàng)技術(shù)綜合 后在功能上的彼此相互支持，取得了新的、更優(yōu)越的技術(shù)效果，從而使得本
發(fā)明的400kA超大型預(yù)焙鋁電解槽達(dá)到明顯的節(jié)能、減排的目的。電解鋁工
業(yè)一直存在著能耗大、排污嚴(yán)重的問(wèn)題，目前已經(jīng)嚴(yán)重地限制了它的發(fā)展。 然而，國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁材都有著極大的需求，這便產(chǎn)生了很大的矛盾。推廣本發(fā)
明的超大型(400kA以上的)預(yù)焙鋁電解槽技術(shù)，可望解決這一矛盾，產(chǎn)生 巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1. 一種400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，包括陽(yáng)極炭塊組、陽(yáng)極母線、打殼下料裝置、陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)、大梁及立柱、槽密封排氣系統(tǒng)、陰極炭塊組、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和槽殼結(jié)構(gòu)，其特征在于(1)上部大梁和門型立柱采用管式桁架梁支撐結(jié)構(gòu)；(2)陽(yáng)極炭塊組的鋼爪采用八爪對(duì)稱式結(jié)構(gòu)；(3)采用新的陽(yáng)極配置方案，設(shè)計(jì)六個(gè)氧化鋁下料點(diǎn)和兩個(gè)氟化鹽下料點(diǎn)；(4)在水平罩板和料箱之間設(shè)置分段集氣的排氣系統(tǒng)；(5)采取利用負(fù)壓吸力進(jìn)行陽(yáng)極導(dǎo)桿密封的裝置；(6)根據(jù)對(duì)電熱場(chǎng)的模擬設(shè)計(jì)出新的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)；(7)陰極母線采用非對(duì)稱配置和大面六點(diǎn)進(jìn)電結(jié)構(gòu)。
2、 按權(quán)利要求1所述的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的管式桁 架梁結(jié)構(gòu)，包括兩部桁架和桁架之間的聯(lián)系梁，其特征在于桁架梁以聯(lián)系 梁為頂，由門型立柱、上弦桿、下弦桿、直腹桿和斜腹桿組成，各種桿件和聯(lián)系梁均采用矩形鋼管作構(gòu)件，其中，(1) 直腹桿以一定的間隔分布在上弦桿和下弦桿之間；(2) 直腹桿兩側(cè)，上弦桿和下弦桿之間安置有斜弦桿；(3) 直腹桿與其兩側(cè)的斜腹桿依次形成個(gè)字形或倒個(gè)字形；(4) 聯(lián)系梁位于直腹桿頂部，并與上弦桿垂直地處于同一水平上。
3、 按權(quán)利要求1所述的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的八爪對(duì) 稱式陽(yáng)極鋼爪，包括橫梁和爪頭，其特征在于橫梁由兩根大橫梁、兩根斜橫梁和四根小橫梁組成，其中，(1) 大橫梁與斜橫梁連接后呈橫直的羅馬數(shù)碼X形；(2) 小橫梁的中部分別垂直地同大橫梁端頭相連接；(3) 小橫梁兩端向下彎折連接到爪頭，爪頭下部與炭塊相固接；(4) 兩根斜橫梁交接的中心部位向上同陽(yáng)極導(dǎo)桿相連接。
4、 按權(quán)利要求1所述的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的新的陽(yáng)極配置方案，包括電解槽熔池、陽(yáng)極炭塊和下料點(diǎn)，其特征在于(1) 所有的下料點(diǎn)均設(shè)置在四組陽(yáng)極炭塊交匯點(diǎn)的位置；(2) 將下料點(diǎn)處的相鄰兩組陽(yáng)極炭塊間的縫隙加大；而將非下料點(diǎn)處相鄰兩組陽(yáng)極炭塊間的縫隙縮??；(3)將下料點(diǎn)處陽(yáng)極炭塊的四個(gè)角部削去，使下料點(diǎn)處有一個(gè)較大的空間。
5、 按權(quán)利要求1所述的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的分段 集氣的排氣系統(tǒng)，包括煙道、總煙道和調(diào)節(jié)閥，其特征在于(1) 將煙道設(shè)置在水平罩板和料箱之間的夾層內(nèi)，料箱側(cè)下部不與板 梁焊接而改成V形結(jié)構(gòu)；(2) 煙道分為左右平行的兩支分煙管，各位于電解槽水平罩板與料箱 的左右?jiàn)A層內(nèi)；(3) 兩支分煙管分為前、后兩段抽氣，即兩分煙管上設(shè)有前后不同的 進(jìn)氣孔；(4) 在匯總兩支分煙管的總煙道上安裝有調(diào)節(jié)閥。
6、 按權(quán)利要求1所述的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的利用 負(fù)壓吸力進(jìn)行陽(yáng)極導(dǎo)桿密封的裝置，包括側(cè)板、前端板和頂板，其特征在于 它是由兩側(cè)板、頂板和前端板構(gòu)成的、圍繞陽(yáng)極導(dǎo)桿三面包圍的空腔裝置， 其中，(1) 裝置的前端圍繞陽(yáng)極導(dǎo)桿三面包圍的部分采取柵格結(jié)構(gòu)；(2) 裝置的尾部與煙道側(cè)壁相焊接并同水平煙道相連通；(3) 裝置安置在水平罩板上面，并以水平罩板為底板。
7. 按權(quán)利要求1所述的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的根據(jù)對(duì) 電解槽電熱場(chǎng)的模擬所采取的新內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，包括陰極炭塊、陰極鋼棒、底部 耐火層解構(gòu)，其特征在于(1) 陰極鋼棒位于槽殼內(nèi)，露出陰極炭塊外的部分用一U形金屬板夾 持，再用耐火泥搗固；(2) 陰極鋼棒上用耐火絕緣紙分段包裹，再用鋼棒糊填實(shí)；(3) 陰極兩端頭的里層采用耐火磚、外層采用保溫磚封堵；陰極炭塊 底部中間為酥松的顆粒狀耐火材料，兩端為耐火磚；(4) 將陰極炭塊與側(cè)壁炭化硅磚之間的直邊糊結(jié)構(gòu)改為弧形邊糊結(jié)構(gòu)。
8. 按權(quán)利要求1所述的400kA節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的陰極母線 非對(duì)稱配置和大面六點(diǎn)進(jìn)電結(jié)構(gòu)，包括進(jìn)電側(cè)母線、出電側(cè)母線、進(jìn)電側(cè)陰 極軟母線、出電側(cè)陰極軟母線、槽底母線和立柱母線，其特征在于(1) 另設(shè)有局部補(bǔ)償母線，局部補(bǔ)償母線首先進(jìn)入槽底，再沿電解槽 的端頭走出，并上抬到一定的高度；(2) 采用56根陰極軟母線和6根立柱母線實(shí)現(xiàn)電解槽的供電，6根立柱母線其所連接陰極軟母線的根數(shù)分別為IO根；9根；9根；9根；9根和 10根；(3) 6根立柱母線采用非等距離配置。
全文摘要
一種400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，包括陽(yáng)極炭塊組、陽(yáng)極母線、打殼下料裝置、陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)、大梁及立柱、槽密封排氣系統(tǒng)、陰極炭塊組、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和槽殼結(jié)構(gòu)，其特征在于(1)上部大梁和門型立柱采用管式桁架梁支撐結(jié)構(gòu)；(2)陽(yáng)極炭塊組的鋼爪采用八爪對(duì)稱式結(jié)構(gòu)；(3)采用新的陽(yáng)極配置方案，設(shè)計(jì)六個(gè)氧化鋁下料點(diǎn)和兩個(gè)氟化鹽下料點(diǎn)；(4)在水平罩板和料箱之間設(shè)置分段集氣的排風(fēng)系統(tǒng)；(5)采取利用負(fù)壓吸力進(jìn)行陽(yáng)極導(dǎo)桿密封的裝置；(6)根據(jù)對(duì)電熱場(chǎng)的模擬設(shè)計(jì)出新的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)；(7)陰極母線采用非對(duì)稱配置和大面六點(diǎn)進(jìn)電結(jié)構(gòu)。本發(fā)明組合了發(fā)明人自身的多項(xiàng)創(chuàng)新的專利技術(shù)，取得了新的、更優(yōu)越的技術(shù)效果，達(dá)到了顯著的節(jié)能減排的目的。
文檔編號(hào)C25C3/08GK101280435SQ20081001158
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者關(guān)永軍, 劉敬雄, 呂定雄, 戚喜全, 宇 毛, 毛繼紅, 王德全, 慧 董, 馬紹先 申請(qǐng)人:東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院(有限公司)