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金属铝冶炼铝电解槽结构及内衬用耐火材料介绍

编辑:耐火砖???浏览:???时间:2021-04-30

 
铝电解槽结构
工业铝槽的结构主要包括阳极、阴极和母线,根据电解槽的类型而异。以下是不同类型电解槽的结构特点。
金属铝的冶炼必须在电解槽内完成。因此,电解槽是铝生产的核心设备。目前,窑闭式烤阳极电解槽应用广泛,向大型化、长寿化、节能发展。使用传统耐火材料远远不能满足要求。
常规铝电解槽的砌筑方法如下:外层为轻质保温砖衬里,其次为耐火砖衬里,在两层砖中间加入一定厚度的Al2O3挡板,耐火砖上边为钢棒、阴极碳块、槽壁为碳块或碳捣打料(具体情况如下图左半部分)。常规砌筑方法在使用过程中存在以下缺点。
 
1.冰晶石和氧化铝熔液通过阴极碳块的缝隙渗透到耐火砖层。随着时间的推移,它们逐渐从砖缝渗透到Al2O3阻挡层,后逐渐渗透到保温层。这不仅增加了导热系数,而且一些耐火砖、阻挡层Al2O3和保温衬砖逐渐融入冰晶石熔体。液相增加,散热加剧,越靠外,这些熔体越容易固化,导致体积收缩和裂纹更大,导热系数更大,更容易散热、固化、收缩、裂纹和渗透,形成一系列恶性循环,终槽低材料成为一体,导致能耗增加,能耗大,冰晶石损失加剧,终难以拆槽。
2.当大量冰晶石熔液渗入阴极碳块下的耐火砖中时,碳块不仅会受到电解槽内冰晶石熔体的侵蚀和渗透,还会受到下部冰晶石的侵蚀和渗透。如果碳块下部温度在850℃左右,来自下部的Na蒸汽也会沉积在阴极碳块中,从而逐渐增加阴极电阻,进一步增加功耗;这些钠盐在阴极中聚集的越多,使阴极碳块的热稳定性和体积稳定性越差,裂纹加剧,电解柄寿命结束。
 
用传统方式筑槽由于冰晶石熔液的不断渗透,来自下部的压力不断增加,极易造成槽底碳块上浮,这样:一是槽壳受压变形,二是阴极钢棒与碳块的接触面积减小,发热增加,造成钢棒严重损坏,造成一代人的寿命终结。
以上三种原因导致电解槽保温性能差,能耗高,寿命短,拆槽困难。它是传统耐火材料和施工工艺的必然结果。
近年来,不定型耐火材料的快速发展为铝电解槽的节能、降耗和长寿找到了切实可行的途径。我公司与洛阳、郑州等行业专家共同探讨研究,开发了新型电解槽耐火材料。
新型铝电解槽耐火材料(在保证碳块质量的同时)应具有能形成新型隔热层的特点。
 
建造电解槽的内衬标准。
砌筑电解槽内衬的质量标准(1)所有砌筑用的耐火材料和隔热材料,其化学成分、物理力学性能和形状尺寸均应符合图样要求。如果有改造代用者,必须征得相关技术部门的同意。(2)耐火材料必须在干燥后使用。(3)砌砖不应产生通缝,必须严格错缝砌筑。(4)耐火砖缝应填满耐火泥浆,如干砌,应填满耐火粉。但是所有耐火泥浆和粉末的粒径都必须小于砖缝的厚度。(5)缺棱角的砖面或切割的砖面,不炉膛直接与火焰、炉渣接触的地方,承受重力的地方或膨胀缝的内表面。(6)砌筑方法必须符合砌砖工艺。一些重要的砌砖部位,而且砌砖后不能检查,必须进行中间质量检查。(7)拱脚砖与拱脚梁之间有砌砖时,砌砖应紧实砌筑,不得用膨胀缝,不得用膨胀缝。(6)砌砖两端的内表面应符合设计要求。(6)砌筑方法必须符合砌砖工艺要求。
 
二、砌筑电解槽内衬注意事项检查砌筑质量除耐火砖砖缝和尺寸要求外,还应检查是否按照工业炉砌筑的基本规则进行砌筑,砌筑耐火材料是否合格。砌体的砖缝厚度和泥浆饱满度应及时用塞尺检查,塞尺宽度为15毫米,厚度等于被检查的砖缝厚度。如果相应的塞尺伸入砖缝的深度不超过20毫米,砖缝将被认为是合格的。检查砖缝厚度时,每5毫米的表面应用塞尺检查10处,比规定砖缝厚度大80%的砖缝不应超过下表规定的处数。
 
铝电解槽保温层耐火材料的变化
在铝电解槽炭阴极下铺设耐火材料保温层,保持电解槽的能量平衡,使铝生产达到低功耗。
当耐火材料保温性能不足时,电解质在阴极炭块中冻结;结果炭块早期开裂,槽寿命缩短,铝生产的电能消耗增加,需要加强保温层。
近年来,由于铝电解槽的阳极电流密度有所降低,加强电解槽底部耐火材料的保温尤为重要。现代电解槽底部有两层耐火材料。
高温保温层(通常为耐火砖或复合保温材料);
低温隔热层(通常为硅藻土砖和隔热板)。
 
保温层的变化如下
合金层、灰白层和玻璃体层出现在阴极炭块下,其存在是保温层变异的明显证据。
1.合金层和铝硅沉积层。这种铝硅合金是由铝液从槽内通过阴极炭块泄漏而产生的。槽内积存的铝液原本是纯铝,纯度在99.5%以上,铝中只含少量硅(约0.1%)和铁(约0.1%)。当它流经阴极导电棒时,它溶解了铁;当它与粘土耐火砖接触时,它发生了更换硅的反应。
灰白层是由是由电解质沉积在粘土耐火砖上,铝、钠和电解质侵蚀粘土耐火砖而形成的。
灰色和白色层的颜色是深灰色到浅灰色,夹杂着白色的沉积物,因此得名。它的形状是凸棱镜状的,中间的厚度大约是150~180mm,端部比较薄。它的化学成分因电解槽的年龄(即电解质侵蚀耐火砖的程度)而异,约3年。
原本含有SiO2成分的粘土耐火砖,已经消失,这是由于铝的置换作用,已经如上所述。但槽龄较短者,灰白层厚度较薄,其中Na3AlF6和NaF含量较少,仍保留SiO2成分,显然侵蚀程度较小。
3.类玻璃体层。该层位于原保温砖层内,外观呈褐色玻璃状,经X射线衍射分析,含70%类玻璃体,30%晶质(主要为亚冰晶石5NaF·3AlF3)。
这是铝电解质渗入保温砖层时产生的腐蚀作用。
 
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