專(zhuān)利名稱(chēng)：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)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(xiàn)、打殼下料 裝置、陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)、大梁及門(mén)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)?，F(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(zhuān)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指標(biāo)并無(wú)顯著的提 高，這需要設(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(xiàn)、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(mén)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(chēng)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)置分區(qū)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(xiàn)采用非對(duì)稱(chēng)配置和大面六點(diǎn)進(jìn)電結(jié)構(gòu)。
(8) 利用矩形桁架管兼作槽上供氣管路和打殼下料氣缸尾氣消 音裝置。
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(mén)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(chēng)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?。?br> (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)的分區(qū)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、后兩區(qū)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) 裝置的尾部與煙道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 部耐火保溫層結(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)，再用耐火耐火澆注料搗固；
(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) 陰極炭塊底部中間為酥松的顆粒狀耐火材料，兩端為保溫
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(xiàn)非 對(duì)稱(chēng)配置和大面六點(diǎn)進(jìn)電結(jié)構(gòu)，包括進(jìn)電側(cè)母線(xiàn)、出電側(cè)母線(xiàn)、進(jìn)電 側(cè)陰極軟母線(xiàn)、出電側(cè)陰極軟母線(xiàn)、槽底母線(xiàn)和立柱母線(xiàn)，其特征在 于(1)另設(shè)有局部補(bǔ)償母線(xiàn)，局部補(bǔ)償母線(xiàn)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(xiàn) 和6根立柱母線(xiàn)實(shí)現(xiàn)電解槽的供電，6根立柱母線(xiàn)其所連接陰極軟母 線(xiàn)的根數(shù)分別為10根；9根；9根；9根；9根和10根。
本發(fā)明的400kA級(jí)節(jié)能減排預(yù)焙鋁電解槽，所說(shuō)的利用矩形桁 架管兼作槽上供氣管路和打殼下料氣缸尾氣消音裝置，包括壓縮空氣
管路、打殼氣缸、下料氣缸和出鋁氣缸，其特征在于
(1) 將壓縮空氣管網(wǎng)通過(guò)單向進(jìn)氣閥同桁架梁的x方向的矩形
鋼管相連接；
(2) 通過(guò)電磁控制閥將桁架梁的X方向的矩形鋼管同打殼氣缸、 下料氣缸和出鋁氣缸的進(jìn)氣管相連接；
(3) 通過(guò)電磁控制閥將打殼氣缸、下料氣缸和出鋁氣缸的尾氣 排風(fēng)管與X方向或Y方向的矩形鋼管相連接。
本發(fā)明的400kA級(jí)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(xiàn)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?chē)帢O母線(xiàn)非對(duì)稱(chēng)配置，很好地補(bǔ)償了 相鄰電解槽和相鄰車(chē)間母線(xiàn)電流對(duì)磁場(chǎng)分布的影響，滿(mǎn)足了電解槽磁 流體穩(wěn)定性的要求；各支路的等效電壓降相差最小，各支路進(jìn)、出電 側(cè)支路等效電壓降相差最小，確保電解槽焙燒期的安全性；在同等母 線(xiàn)壓降的條件下，母線(xiàn)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(xiàn)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
殼結(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)量。
(5) 優(yōu)化的電解槽集氣結(jié)構(gòu)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 勻性和電解槽的集氣效率，還在一定程度上提高了電解槽的熱能利用 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為分區(qū)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8為電解槽內(nèi)襯橫向結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為電解槽陰極母線(xiàn)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10為電解槽利用其上部桁架管作供氣管路和打殼下料氣缸尾 氣消音裝置示意圖。
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(xiàn)；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槽蓋板；ll陰極炭塊；12總煙道；13門(mén)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小橫梁；22斜橫梁；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；31V形煙道鋼板；32煙道分煙管；33
水平罩板；34陽(yáng)極平衡母線(xiàn)；35匯集煙道；36調(diào)節(jié)閥；37側(cè)板；38 前端板；39頂板；40顆粒狀材料；41隔熱板；42耐高溫隔熱板；43 隔熱磚；44隔熱氈；45U形金屬板；46耐火澆注料；47碳化硅磚； 48耐電解質(zhì)侵蝕磚；49弧形邊糊；50陰極鋼棒；51鋼棒糊；52耐 火絕緣紙；53進(jìn)電側(cè)母線(xiàn)；54端頭繞行母線(xiàn)；55槽底母線(xiàn)；56局部 補(bǔ)償母線(xiàn)；57出電側(cè)母線(xiàn)；58立柱母線(xiàn)；59進(jìn)電側(cè)陰極軟母線(xiàn)；60
出電側(cè)陰極軟母線(xiàn)；61短路母線(xiàn)；62打殼氣缸；63下料氣缸；64打 殼氣缸進(jìn)風(fēng)管；65打殼氣缸回風(fēng)管；66下料氣缸進(jìn)風(fēng)管；67下料氣 缸回風(fēng)管；68反吹風(fēng)管；69壓縮空氣管；70單向控制閥；71氣缸尾 氣排風(fēng)管；72手動(dòng)控制閥。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)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(xiàn) 5、打殼下料裝置8、陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)7、立柱大梁4和由槽蓋板10、 總煙道12、煙道分煙管32組成的分區(qū)集氣排煙系統(tǒng)；而其陰極結(jié)構(gòu) 則包括陰極炭塊組ll、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和槽殼結(jié)構(gòu)。
如圖l、 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150X150 X8毫米的矩形鋼管作直腹桿17和斜腹桿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(mén)形立柱13，門(mén)形立柱是采用(長(zhǎng)X寬X壁 厚)為250毫米X250毫米X12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，在其中的8根直腹桿上 各設(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19184毫米，總高為6200毫米。
2) 陽(yáng)極炭塊組
陽(yáng)極炭塊組由陽(yáng)極鋁導(dǎo)桿24、八爪鋼爪和兩塊陽(yáng)極炭塊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22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21，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)，爪頭下部與陽(yáng)極炭塊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悍 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)槽上共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(xiàn)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(xiàn)、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(xiàn)由四根8350毫米X550毫 米X 180毫米的鑄鋁母線(xiàn)5連接而成，每個(gè)大面的兩根陽(yáng)極母線(xiàn)通過(guò) 軟母線(xiàn)連接，兩個(gè)大面的陽(yáng)極母線(xiàn)用鋁板進(jìn)行連接，配合立柱母線(xiàn)的 進(jìn)線(xiàn)方式，用鋁板焊接而成的平衡母線(xiàn)共六處。其外側(cè)面則通過(guò)陽(yáng)極 夾具6和鋁陽(yáng)極導(dǎo)桿相壓接。陽(yáng)極母線(xiàn)總重約10.8噸。
每臺(tái)槽配有陽(yáng)極母線(xiàn)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11千瓦。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亳米/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(xiàn)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(xiàn)為軸呈對(duì)稱(chēng)地分為兩排分布。在電解槽中共設(shè)置了6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。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7臺(tái)打殼氣缸，帶打擊頭；出鋁打殼氣缸一臺(tái)，內(nèi)徑160毫米，行程650毫米，打擊速度0 80厘米/秒；打殼下料氣缸6臺(tái)， 內(nèi)徑125毫米，行程550毫米，打擊速度0 80厘米/秒；8臺(tái)定容 下料器，氣缸內(nèi)徑70毫米，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1.6公斤。壓縮空氣壓力約為0.7兆帕。
單臺(tái)出鋁打殼裝置重118公斤，單臺(tái)下料打殼裝置重103公斤， 單臺(tái)定容下料裝置55公斤，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(xiàn) 34由原來(lái)的在陽(yáng)極母線(xiàn)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)，這將煙道安置在水平罩板33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32。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35，匯入總煙管12中，再排入凈化系統(tǒng)?？偀?道上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥37，它可以用來(lái)方便地調(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38和頂板39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)壁相焊接并同煙道分煙管32相連通；(3)裝置 安置在水平罩板33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?，?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?chē)a(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。
7)供氣管路和打殼下料汽缸尾氣消音裝置 如圖10所示。利用上部桁架梁的X方向和Y方向的矩形鋼管， 即圖3中的14、 15和17將自帶電磁閥的打殼氣缸62;自帶電磁閥 的下料氣缸63;打殼氣缸進(jìn)風(fēng)管64及回風(fēng)管65;下料氣缸進(jìn)風(fēng)管 66及回風(fēng)管67;反吹風(fēng)管68依序安裝連接而成。再將連接壓縮空氣 總管的壓縮空氣管69經(jīng)進(jìn)氣單向控制閥70與管桁架上部的X、 Y方 向矩形鋼管相連，由矩形鋼管給打殼及下料氣缸進(jìn)行供氣。每個(gè)打殼 氣缸通過(guò)打殼氣缸進(jìn)風(fēng)管和打殼氣缸回風(fēng)管與矩形鋼管連接。每個(gè)下 料氣缸通過(guò)下料氣缸進(jìn)風(fēng)管、下料氣缸回風(fēng)管及反吹風(fēng)管與矩形鋼管 連接。打殼及下料后的氣缸尾氣由氣缸尾氣排風(fēng)管71引入桁架Y、 X方向直腹桿矩形鋼管中進(jìn)行消音。打殼及下料氣缸均采用自帶電磁 閥的帶閥氣缸，可由槽控箱控制完成單、多點(diǎn)以及分區(qū)控制的打殼及 下料作業(yè)。出鋁端單獨(dú)設(shè)置一套氣缸用于出鋁打殼作業(yè)，其打殼作業(yè) 可單獨(dú)由手動(dòng)控制閥72進(jìn)行控制。
2.電解槽的陰極結(jié)構(gòu)
電解槽的陰極結(jié)構(gòu)由槽殼結(jié)構(gòu)、陰極內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和陰極母線(xiàn)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(xiàn)距640毫米，承接槽殼箱體；箱體底部墊以10毫米厚的 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15毫米的間隙，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18740(L)毫米x4160(W)毫米xl506 (H)毫米。重約21.8噸。
搖籃架底梁為高度為496毫米的H型鋼，側(cè)臂高1318毫米，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300毫米的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120毫米，深200毫米，槽溝中心距
250毫米。四根90毫米xl80毫米x210毫米的陰極導(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。
17陰極炭塊重約1.456噸，4支陰極鋼棒重1.059噸，陰極糊重約 70公斤，陰極炭塊組重約2.58噸，每槽28組陰極炭塊組總重約72.24 噸。
陰極炭塊組間縫30毫米，其間以底部炭糊搗固成一體，所占面 積為17610x3650毫米2。 (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41，再鋪上 耐高溫隔熱板42，墊上隔熱磚43，兩端砌上耐電解質(zhì)侵蝕磚48，中 間部分則鋪上顆粒狀耐火材料40。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52的陰極鋼 棒50，在陰極鋼棒和陰極炭塊之間用鋼棒糊51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45卡上，再以耐火澆注 料46和隔熱氈44填實(shí)。電解槽側(cè)壁內(nèi)用炭化硅磚47砌上，在陰極 炭塊兩端、耐火澆注料和炭化硅磚三者之間則是弧形邊糊49。
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(xiàn)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(xiàn)) 和電解槽側(cè)部6根立柱母線(xiàn)61實(shí)現(xiàn)供電。6根立柱連接陰極軟母線(xiàn)
的分配比例為10: 9: 9: 9: 9: 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)比較平穩(wěn)的磁場(chǎng)分布，不至于出現(xiàn)過(guò)大的垂直磁場(chǎng)梯度。其中，進(jìn)電側(cè)母線(xiàn)53;端頭繞行母 線(xiàn)54;槽底母線(xiàn)55;局部補(bǔ)償母線(xiàn)56;出電側(cè)母線(xiàn)57;立柱母線(xiàn)
58;進(jìn)電側(cè)陰極軟母線(xiàn)59;出電側(cè)陰極軟母線(xiàn)60。按照軟母線(xiàn)的具
體分配，通過(guò)這些側(cè)部或槽底部母線(xiàn)把軟母線(xiàn)和立柱母線(xiàn)連接起來(lái)。
另設(shè)置有短路母線(xiàn)61，這樣就組成了電解槽槽周?chē)哪妇€(xiàn)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。
必須說(shuō)明的是，本發(fā)明系一項(xiàng)組合發(fā)明，它綜合了發(fā)明人自身多 年來(lái)研究工作所取得的多項(xiàng)創(chuàng)新的技術(shù)成果，其中最主要的有陽(yáng)極 配置方案；分區(qū)集氣的排氣系統(tǒng)；陽(yáng)極導(dǎo)桿密封技術(shù)和陰極母線(xiàn)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。
19
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(xiàn)、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(mén)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(chēng)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(xiàn)采用對(duì)稱(chēng)配置和大面六點(diǎn)進(jìn)電結(jié)構(gòu)；(8)利用矩形桁架管兼作槽上供氣管路和打殼下料氣缸尾氣消音裝置。
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(mén)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(chēng)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(xiàn) 對(duì)稱(chēng)配置和大面六點(diǎn)進(jìn)電結(jié)構(gòu)，包括進(jìn)電側(cè)母線(xiàn)、出電側(cè)母線(xiàn)、進(jìn)電側(cè)陰極 軟母線(xiàn)、出電側(cè)陰極軟母線(xiàn)、槽底母線(xiàn)和立柱母線(xiàn)，其特征在于(1)另設(shè)有局部補(bǔ)償母線(xiàn)，局部補(bǔ)償母線(xiàn)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(xiàn)和6根立柱母線(xiàn)實(shí)現(xiàn)電解槽的供電，6根立 柱母線(xiàn)其所連接陰極軟母線(xiàn)的根數(shù)分別為IO根；9根；9根；9根；9根和 10根。
9.按權(quán)利要求1所述的400kA節(jié)能減排預(yù)備鋁電解槽，所說(shuō)的利用矩形 桁架管兼作槽上供氣管路和打殼下料氣缸尾氣消音裝置，包括壓縮空氣管 路、打殼氣缸、下料氣缸和出鋁氣缸，其特征在于(1) 將壓縮空氣管網(wǎng)通過(guò)單向進(jìn)氣閥同桁架梁的x方向的矩形鋼管相連接；(2) 通過(guò)電磁控制閥將桁架梁的X方向的矩形鋼管同打殼氣缸、下料 氣缸和出鋁氣缸的進(jìn)氣管相連接；(3) 通過(guò)電磁控制閥將打殼氣缸、下料氣缸和出鋁氣缸的尾氣排風(fēng)管 與X方向或Y方向的矩形鋼管相連接。
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(xiàn)、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(mén)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(chēng)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(xiàn)采用對(duì)稱(chēng)配置和大面六點(diǎn)進(jìn)電結(jié)構(gòu)；(8)利用矩形桁架管兼作槽上供氣管路和打殼下料氣缸尾氣消音裝置。本發(fā)明可達(dá)到顯著的節(jié)能減排的目的。
文檔編號(hào)C25C3/08GK101457370SQ200810186879
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年12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, 吳有威, 戚喜全, 寧 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)