本發(fā)明涉及鋁電解技術領域，具體涉及一種基于陰極內襯整體成型的鋁電解槽及其整體成型方法。

背景技術：

傳統(tǒng)的鋁電解槽陰極采用預制陰極的方式在槽底部鋪設電解槽底部陰極，采用側部炭磚鋪設側部爐膛，實現(xiàn)電解槽筑爐。但此種方式存在以下不足：1）多塊預制陰極炭塊及其炭塊間的連接扎固糊料、不同材質的側部炭塊與預制陰極及其彼此連接的扎固糊料等在焙燒后，存在收縮率不一致的問題，容易開裂，導致漏爐風險大；2）導電鋼棒和陰極炭塊在組裝成預制陰極時，兩者難以緊密結合，導致接觸壓降大，通流后壓降增加；3）在電解槽中安裝預制陰極時，受物理位置的限制，陰極鋼棒集中在預制陰極中，使電流分布不理想；4）受預制陰極與側部炭塊的固定尺寸影響，難以控制鋁液中的水平電流，導致鋁液波動大，影響生產(chǎn)效率；5）預制陰極和陰極組裝費用高；6）槽中修、大修時，通常需要將整個內襯刨除，再重新敷設預制陰極，成本高、工作量大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于陰極內襯整體成型的鋁電解槽及其整體成型方法，通過槽內襯整體成型，節(jié)省預制陰極和組裝工序，改善陰極電流分布、降低漏爐風險、減小鋁液中的水平電流、降低槽底壓降，實現(xiàn)高效節(jié)能生產(chǎn)，節(jié)約電解槽建設成本。另外，還可通過電解槽中修和大修時的增材筑爐，降低維護成本和工作量。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明的基于陰極內襯整體成型的鋁電解槽是這樣的：該電解槽的結構包括陽極、上部結構和提升機構，在陽極下方設有槽內襯，槽內襯的外側面設有搖籃架及槽殼，槽內襯內設有側部內襯結構、底部陰極、陰極鋼棒和底部內襯結構；其中側部內襯結構與陰極炭塊分別采用基于冷搗糊的不導電碳化硅糊料和基于冷搗糊的導電碳素糊料，在電解槽筑爐時整體扎制成型，并通過電解焙燒燒結；基于冷搗糊的不導電碳化硅糊料電阻率大于90μΩ·m，抗壓強度不小于18MPa；基于冷搗糊的導電碳素糊料電阻率小于35μΩ·m，抗壓強度不小于20MPa。

其中，不導電的側部內襯結構深入到底部陰極區(qū)域，抑制陰極電流的水平方向路徑，使水平電流更多的分布在陰極中，減小鋁液中的水平電流，降低鋁液波動，同時也延長了鋁液可能滲透出電解槽的路勁，降低漏爐風險。

該基于陰極內襯整體成型的鋁電解槽的整體成型方法是這樣的：陰極鋼棒根據(jù)期望的電流分布在電解槽中進行配置，然后在低于40^oC溫度下，整體扎制側部內襯結構和底部陰極，形成整體成型電解槽內襯，同時，按照設計要求不同形狀與位置，扎制成不同型式的陰極結構。

使用電阻率小于35μΩ·m的底部陰極，同時在槽內襯上配備相應的材料與結構，其中底部內襯結構的材料采用陶瓷纖維材料、硅酸鈣制品、隔熱耐火材料或蛭石保溫材料，側部內襯結構的材料采用陶瓷纖維材料、蛭石保溫材料、不定型耐火材料或隔熱耐火材料，最終使得熱損失降低，降低生產(chǎn)運行能耗10-15%。

進一步的，采用燃氣、加熱片或電熱焦粉的方式進行一段或二段焙燒，整個焙燒過程采用防氧化密閉裝爐方案，配備焙燒煙氣收集系統(tǒng)，升溫電流采用分流控制，升溫時間不大于240小時，使其側部內襯結構和底部陰極充分炭化，電阻率小于35μΩ·m、抗壓強度不小于20MPa，隨后完成電解槽啟動。

進一步的，側部內襯結構和底部陰極整體成型時，糊料分層敷設或扎制，并以一定的頻率，采用機械和人工操作方式逐層振打糊料，逐步成型。

進一步的，電解槽中修、大修時，根據(jù)側部內襯結構和底部陰極的損壞情況，對損壞部分進行局部修補，替代以往整槽內襯刨出大修。

本發(fā)明采用優(yōu)良高導電性能的冷搗糊料作為底部陰極材料，不易導電的非導電性能的冷搗糊料作為側部保溫材料，通過筑爐工具逐層進行電解槽筑爐，由于材料收縮率小，陰極和側部焙燒后無裂痕，減小漏槽風險；同時通過基于冷搗糊摻加高導電性能的材料形成槽底部材料和摻加不易導電的材料形成槽側部材料，可提高槽底電流密度，降低槽底壓降和槽側部導電性，加上陰極鋼棒可以按需求改變與定位，有利于減小熔體區(qū)水平電流分布，加大陰極電流分布均勻性，最終實現(xiàn)能耗降低和提高效率。本發(fā)明由于省掉預制陰極和陰極組裝工藝、焙燒流程，還大大降低了投資和生產(chǎn)運行費用，提高勞動生產(chǎn)率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的鋁電解槽結構示意圖；

圖2是傳統(tǒng)陰極結構的結構示意圖：圖中：鋼棒非均勻分布；

圖3是本發(fā)明的整體陰極結構的結構示意圖：圖中：鋼棒均勻分布；

圖4是整體陰極減少水平電流結構示意圖；

圖5是整體陰極內襯結構示意圖；

圖6是整體陰極內襯局部小修示意圖。

附圖標記說明：1-陽極，2-上部結構，3-提升機構，4-搖籃架及槽殼，5-底部內襯結構，6-側部內襯結構，7-底部陰極，8-陰極鋼棒。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

如圖1所示，圖1展示了本發(fā)明的基于陰極內襯整體成型的鋁電解槽的結構，從圖中可以看出，該電解槽的結構包括陽極1、上部結構2和提升機構3，在陽極1下方設有槽內襯，槽內襯的外側面設有搖籃架及槽殼4，槽內襯內設有側部內襯結構6、底部陰極7、陰極鋼棒8和底部內襯結構5；其中側部內襯結構6與陰極炭塊7分別采用基于冷搗糊的不導電碳化硅糊料和基于冷搗糊的導電碳素糊料，在電解槽筑爐時整體扎制成型，并通過電解焙燒燒結；基于冷搗糊的不導電碳化硅糊料電阻率大于90μΩ·m，抗壓強度不小于18MPa；基于冷搗糊的導電碳素糊料電阻率小于35μΩ·m，抗壓強度不小于20MPa。

從圖4可以看出，這種鋁電解槽的結構中，不導電的側部內襯結構6深入到底部陰極7區(qū)域，抑制陰極電流的水平方向路徑，使水平電流更多的分布在陰極中，減小鋁液中的水平電流，降低鋁液波動，同時也延長了鋁液可能滲透出電解槽的路勁，降低漏爐風險。

這種鋁電解槽采用整體成型方法構筑，該方法的效果如圖2和圖3所示，其中圖2展示了現(xiàn)有技術非整體成型式電解槽，而圖3展示本發(fā)明的整體成型式電解槽，二者的區(qū)別明顯，在圖2中，由于電解槽不是整體成型，陰極鋼棒8在底部陰極7的位置是均布的，陰極鋼棒8可以根據(jù)期望的電流分布在電解槽中進行配置，然后在低于40^oC溫度下，整體扎制側部內襯結構6和底部陰極7，形成整體成型電解槽內襯，同時，按照設計要求不同形狀與位置，扎制成不同型式的陰極結構。

本發(fā)明使用電阻率小于35μΩ·m的底部陰極6，由于采用的冷搗糊具備優(yōu)良的導電性，陰極炭素本體壓降降低，另一方面，由于底部陰極7采用本發(fā)明的基于陰極內襯整體成型的結構，陰極炭素與鋼棒之間的接觸可得到較大的改善，從而降低陰極組裝接觸壓降，最終使得槽工作電壓得到較大的降低，同時在槽內襯上應配備相應的材料與結構，其中槽內襯底部內襯材料應采用陶瓷纖維材料、硅酸鈣制品、隔熱耐火材料、蛭石保溫材料等，槽內襯側部內襯材料應采用陶瓷纖維材料、蛭石保溫材料、不定型耐火材料、隔熱耐火材料等，最終使得熱損失降低，從而可達到降低生產(chǎn)運行能耗10-15%，如圖5。

本發(fā)明采用燃氣、加熱片或電熱焦粉的方式進行一段或二段焙燒，整個焙燒過程采用防氧化密閉裝爐方案，配備焙燒煙氣收集系統(tǒng)，升溫電流采用分流控制，升溫時間不大于240小時，使其側部內襯結構6和底部陰極7充分炭化，電阻率小于35μΩ·m、抗壓強度不小于20MPa，隨后完成電解槽啟動。

側部內襯結構6和底部陰極7整體成型時，糊料分層敷設或扎制，并以一定的頻率，采用機械和人工操作方式逐層振打糊料，逐步成型。

電解槽中修、大修時，根據(jù)側部內襯結構6和底部陰極7的損壞情況，對損壞部分進行局部修補，替代以往整槽內襯刨出大修，如圖6。

當然，以上只是本發(fā)明的具體應用范例，本發(fā)明還有其他的實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明所要求的保護范圍之內。