[發(fā)明專利]一種陰極炭塊組預(yù)熱裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711298510.1
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107841766A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉銘;王印夫;趙冰洋;李斌;李大博;丁大勇;王文博
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽鋁鎂科技有限公司
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁電解槽陰極炭塊組組裝用設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種采用磷生鐵澆鑄方法組裝陰極炭塊組的預(yù)熱裝置。

背景技術(shù)

金屬鋁在工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)中主要采用霍爾-埃魯(Hall-Héroult)熔鹽電解法獲得，即電解溶解在以熔融冰晶石為主要成分的電解質(zhì)中的氧化鋁，生產(chǎn)液態(tài)的金屬鋁。

生產(chǎn)金屬鋁的直接設(shè)備為鋁電解槽，鋁電解槽主要由兩大部分組成，一部分為陽極，通常由碳素材料構(gòu)成；另一部分為陰極，由陰極炭塊、陰極鋼棒與內(nèi)襯材料構(gòu)成。

鋁電解槽被串聯(lián)在整個電解系列中，電流從陽極進入電解槽，通過熔融的電解質(zhì)，穿過鋁液，進入陰極炭塊，再通過裝配在陰極炭塊中的陰極鋼棒和與之相連的陰極母線進入下一臺電解槽。

陰極炭塊組作為鋁電解槽的重要組成部分，主要有兩方面作用：一方面，它作為導(dǎo)體將直流電導(dǎo)出至下一臺電解槽；另一方面，它要抵抗鋁液和電解質(zhì)腐蝕、沖刷，保護底部內(nèi)襯材料不受破壞。傳統(tǒng)的陰極炭塊組由陰極炭塊、鋼棒和連接陰極炭塊與鋼棒的糊料組成，陰極炭塊與鋼棒同向水平放置，鋼棒的一端伸出電解槽的側(cè)壁與陰極母線相連接。采用砸糊連接的陰極炭塊組在組裝前需要將其整體加熱至100℃左右，以滿足糊料砸固的需要。該方法對炭塊組溫度要求較低，預(yù)熱主要采用簡易的電加熱排實現(xiàn)。

近年來，隨著電解鋁技術(shù)水平的不斷提高，采用磷生鐵替代糊料連接陰極炭塊與鋼棒的技術(shù)逐漸成熟，該方法不但可以大幅度降低陰極炭塊組的物理壓降，還可提高電解槽的生產(chǎn)穩(wěn)定性。但是，需要指出的是采用磷生鐵澆鑄技術(shù)時需要對陰極炭塊組整體加熱至500～600℃的高溫，并且，陰極炭塊及鋼棒加熱的溫度及其分布的均勻性對后整個澆鑄工藝的成功率影響巨大。同時，也對生產(chǎn)過程中陰極炭塊組的物理壓降產(chǎn)生影響。如：炭塊或鋼棒加熱溫度不足或溫度分布不均勻，在澆鑄過程中的熱沖擊將使陰極炭塊產(chǎn)生裂紋，無法使用。澆鑄過程產(chǎn)生的裂紋也可能在電解槽生產(chǎn)過程中惡化，進而造成電解槽早期破損。因此，必須采用專用的加熱裝備實現(xiàn)陰極炭塊組的預(yù)熱。

目前，國內(nèi)外鋁廠為實現(xiàn)上述磷生鐵澆鑄工藝，主要采取如下方式和設(shè)備：

(1)將陰極炭塊和鋼棒分別加熱，再在高溫下將二者預(yù)先組對，最后用磷生鐵進行澆鑄。配套生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)流程長，能耗高，鋁廠需要專門建設(shè)獨立的陰極組裝車間安放大量的設(shè)備，該方法投資巨大。并且，設(shè)備一旦安裝使用，幾乎很難轉(zhuǎn)移至其他現(xiàn)場使用。

(2)采用電加熱方式對陰極炭塊和鋼棒進行整體加熱。該方法使用的設(shè)備需要配備大功率配電裝置和循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。該類設(shè)備的能耗較高，且投資較大。與第一類設(shè)備相似，即設(shè)備一旦安裝并投入使用，很難移動至其他場地進行生產(chǎn)，無法方便快捷的適應(yīng)不同現(xiàn)場澆鑄生產(chǎn)的需要。此外，循環(huán)水一旦泄露會對陰極炭塊組產(chǎn)生致命的影響。

根據(jù)上述分析，現(xiàn)有加熱設(shè)備存在加熱能耗高，設(shè)備不能夠方便快捷的轉(zhuǎn)運，有泄露風(fēng)險，且投資大等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種陰極炭塊組預(yù)熱裝置，一方面，該設(shè)備采用燃氣加熱，能夠?qū)㈥帢O炭塊組加熱至足夠且均勻的溫度，滿足后續(xù)澆鑄工藝的需要；另一方面，整套設(shè)備配置簡單，不需要配置配電及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，運輸方便，便于在不同鋁廠生產(chǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種陰極炭塊組預(yù)熱裝置，包括加熱爐體、基座和控制系統(tǒng)，加熱爐體設(shè)置于基座上，在加熱爐體的上部對應(yīng)于陰極鋼棒垂直投影區(qū)的位置設(shè)置加熱噴嘴，加熱噴嘴直接加熱陰極鋼棒，陰極炭塊則通過與陰極鋼棒及周圍熱空氣的熱量交換進行間接加熱，控制系統(tǒng)通過控制加熱噴嘴產(chǎn)生的熱量對陰極炭塊組的加熱過程進行控制。

所述的陰極炭塊組預(yù)熱裝置，加熱噴嘴在沿陰極炭塊組長度方向的位置是可調(diào)節(jié)的。

所述的陰極炭塊組預(yù)熱裝置，加熱爐體內(nèi)部設(shè)置有測溫裝置，測溫裝置與控制系統(tǒng)連接。

所述的陰極炭塊組預(yù)熱裝置，加熱爐體的支撐框架內(nèi)部鑲嵌有保溫材料，支撐框架通過外部的液壓升降裝置實現(xiàn)自動升降。

所述的陰極炭塊組預(yù)熱裝置，基座的平臺上設(shè)置有強化對流的凸臺，陰極炭塊組安放于凸臺之上。

所述的陰極炭塊組預(yù)熱裝置，基座的平臺包含至少一個加熱工作區(qū)和至少一個炭塊預(yù)組裝工作區(qū)，加熱時加熱工作區(qū)與加熱爐體組成密閉或半密閉的加熱腔體。

所述的陰極炭塊組預(yù)熱裝置，基座是可移動的，用來切換加熱工作區(qū)和炭塊預(yù)組裝工作區(qū)。

所述的陰極炭塊組預(yù)熱裝置，控制系統(tǒng)通過檢測加熱爐體內(nèi)測溫裝置反饋的信號，調(diào)節(jié)燃料和助燃劑的配比和加入量，從而控制整個陰極炭塊組的升溫速率。