一種陽(yáng)極炭塊上部保溫層組合結(jié)構(gòu)的制作方法

技術(shù)背景：現(xiàn)通用的鋁電解槽陽(yáng)極鋼爪組，其陽(yáng)極炭塊上部構(gòu)造有用于陽(yáng)極鋼爪連接梯形凸臺(tái)(2)，陽(yáng)極炭塊梯形凸臺(tái)(2)上構(gòu)造用碳碗，陽(yáng)極炭塊內(nèi)插入陽(yáng)極鋼爪后，在碳碗內(nèi)澆注磷生鐵，將陽(yáng)極鋼爪和陽(yáng)極炭塊進(jìn)行導(dǎo)電連接。

現(xiàn)有預(yù)焙鋁電解槽，在進(jìn)行電解生產(chǎn)過(guò)程中，一個(gè)重要的生產(chǎn)工序是更換陽(yáng)極作業(yè)，即當(dāng)陽(yáng)極炭塊消耗到殘極厚度時(shí)，電解質(zhì)液腐蝕危及到陽(yáng)極鋼爪頭的使用安全時(shí)，需將殘陽(yáng)極炭塊從鋁電解槽槽膛內(nèi)取出，更換上一個(gè)高度如初的新陽(yáng)極炭塊。在新更換的陽(yáng)極炭塊入槽就位后，為了提升陽(yáng)極炭塊的升溫速度，防止陽(yáng)極炭塊氧化，減少鋁電解槽陽(yáng)極炭塊的熱散失，維持鋁電解槽內(nèi)的熱平衡，需在新陽(yáng)極炭塊的上表面部和側(cè)表面部，添加的散狀顆粒物料粉，在陽(yáng)極炭塊上部形成一厚度在15cm至18cm厚度的覆蓋料保溫層。

在電解生產(chǎn)過(guò)程中，該散狀物料覆蓋保溫層，會(huì)隨著陽(yáng)極炭塊消耗，溫度的提高，在電解槽內(nèi)燒結(jié)成一個(gè)整體的覆蓋料結(jié)殼塊層，俗稱覆蓋料結(jié)殼塊。該覆蓋料結(jié)殼塊層，一旦在鋁電解槽內(nèi)燒結(jié)定型，其強(qiáng)度和溫度較高，在更換陽(yáng)極炭塊時(shí)，需要打殼錘頭將殘極邊部的覆蓋料結(jié)殼塊打開，(俗稱開邊縫作業(yè))，而后，才能將殘極炭塊和上部處于紅熱狀態(tài)的覆蓋料結(jié)殼塊層，從鋁電解槽內(nèi)取出，騰出位置，以便更換上一塊新陽(yáng)極炭塊。剛從電解槽內(nèi)取出的殘極炭塊、陽(yáng)極鋼爪和覆蓋料結(jié)殼層燒結(jié)在一起，平均溫度在700C°左右。為了使得陽(yáng)極鋼爪和覆蓋料可重復(fù)利用，需先清理掉陽(yáng)極炭塊上部的散狀覆蓋料燒結(jié)結(jié)殼層。

殘極覆蓋料結(jié)殼清理的工序是：待殘極炭塊和電解質(zhì)覆蓋料結(jié)殼層冷卻后，采用機(jī)械干涉破碎或人工錘擊破碎的方法，將電解質(zhì)覆蓋料結(jié)殼層在殘極上擊碎破清理下來(lái)，而后在將這些覆蓋料結(jié)殼層碎塊塊，運(yùn)至到機(jī)械破碎系統(tǒng)裝置，將其破碎成粉狀物料后，重新返回到電解生產(chǎn)工藝中，作為覆蓋料粉重復(fù)使用。

現(xiàn)通用的鋁電解槽生產(chǎn)工藝，采用散狀不定型的粉狀物料，對(duì)陽(yáng)極炭塊上部進(jìn)行覆蓋保溫的生產(chǎn)方式，在電解鋁生產(chǎn)行業(yè)已經(jīng)延續(xù)了幾十年年，這種生產(chǎn)作業(yè)方式，主要存在以下缺陷；

1、用電解質(zhì)或氧化鋁粉狀顆粒料做成覆蓋料保溫層，在電解槽內(nèi)燒結(jié)形成硬質(zhì)結(jié)殼的過(guò)程中，會(huì)吸收大量的熱能，浪費(fèi)電解能耗。

2、在更換陽(yáng)極過(guò)程中，殘極炭塊帶出的的覆蓋保溫結(jié)殼層處在紅熱高溫狀態(tài)，會(huì)在鋁電解槽外釋放出大量的無(wú)功熱能，浪費(fèi)電解能耗。

3、在清理破碎殘極炭塊上部覆蓋料結(jié)殼過(guò)程中，不僅會(huì)消耗大量的人工作業(yè)勞動(dòng)和機(jī)械能耗，而且會(huì)產(chǎn)生大量的電解質(zhì)粉塵污染環(huán)境。

4、在更換殘極進(jìn)行開邊縫作業(yè)過(guò)程中，以及吊取殘極出槽過(guò)程中，會(huì)有覆蓋料結(jié)殼塊墜入到電解質(zhì)液中，為防止覆蓋料結(jié)殼塊污染電解質(zhì)，需用人工或機(jī)械進(jìn)行撈塊作業(yè)。該項(xiàng)作業(yè)在高溫環(huán)境下進(jìn)行，不僅環(huán)境艱苦，而且勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

現(xiàn)有的預(yù)焙鋁電解槽生產(chǎn)工藝，只要采用預(yù)焙陽(yáng)極炭塊進(jìn)行生產(chǎn)，就必然存在著換極作業(yè)工序，就會(huì)產(chǎn)生陽(yáng)極炭塊上部覆蓋料保溫層的處理作業(yè)工序。而在現(xiàn)行生產(chǎn)工藝過(guò)程中，對(duì)殘極炭塊上部覆蓋料的清理，破碎，輸送物料工序，不僅占用了大量的勞務(wù)作業(yè)量，需要投入相當(dāng)多的設(shè)備進(jìn)行配置，而且粉塵物料會(huì)污染環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：為了減少現(xiàn)有鋁電解槽生產(chǎn)工藝中，采用粉散顆粒料作為陽(yáng)極炭塊上部保溫層覆蓋料所產(chǎn)生的上述缺陷，本發(fā)提出了一種新的對(duì)鋁電解槽陽(yáng)極炭塊上部實(shí)施保溫作業(yè)的技術(shù)方案，即一種陽(yáng)極炭塊上部保溫層組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)施技術(shù)方案。

一種陽(yáng)極炭塊上部保溫層組合結(jié)構(gòu)的技術(shù)路線是，用定型保溫組合磚塊(4)作為陽(yáng)極炭塊(1)上頂部的保溫層材料，安裝在鋁電解槽陽(yáng)極炭塊(1)的上頂部部、陽(yáng)極鋼爪頭(5)的外圍，形成一個(gè)即可以移動(dòng)拆卸、又可以重復(fù)使用的陽(yáng)極炭塊(1)保溫層；以替代現(xiàn)有的用散狀料對(duì)陽(yáng)極炭塊進(jìn)行覆蓋作業(yè)形成電解質(zhì)覆蓋料燒結(jié)殼保溫層。

其具體結(jié)構(gòu)和實(shí)施技術(shù)方案是：

1、一種陽(yáng)極炭塊上部保溫層組合結(jié)構(gòu)，其特征是：在陽(yáng)極炭塊(1)部設(shè)置構(gòu)建有一層犧牲保護(hù)層(9)和一層覆蓋保溫層(10)，對(duì)陽(yáng)極炭塊上部實(shí)施保溫，；其犧牲保護(hù)層(9)用多塊碳素條形預(yù)制塊(3)在陽(yáng)極炭塊(1)的上肩部水平面和炭塊梯形凸臺(tái)(2)外側(cè)結(jié)合部位構(gòu)建而成；其覆蓋保溫層(10)，在陽(yáng)極炭塊梯形凸臺(tái)(2)的上頂部，以及犧牲保護(hù)層(9)碳素條形預(yù)制塊(3)的上頂部，陽(yáng)極鋼爪頭(5)外圍，用2塊以上的定型保溫組合磚塊(4)組合構(gòu)建而成，其覆蓋保溫層(10)的外輪廓的平面投影為矩形，中間留有陽(yáng)極鋼爪頭(5)與陽(yáng)極炭塊連接配置穿過(guò)的空間位置。

在陽(yáng)極炭塊(1)肩部平面及炭塊梯形凸臺(tái)(2)的外側(cè)部位置，用碳素條形預(yù)制塊(3)構(gòu)造抗電解質(zhì)液侵蝕氧化的犧牲保護(hù)層(9)，其主要目的是：

一是：在陽(yáng)極炭塊(1)使用到殘極階段時(shí)，可減少電解質(zhì)液對(duì)陽(yáng)極炭塊(1)的本體的氧化燒損，以降低噸鋁單位產(chǎn)品陽(yáng)極炭塊毛耗。

二是：采用對(duì)電解液無(wú)污染的、且材料化學(xué)成分接近于陽(yáng)極炭塊(1)本體的碳質(zhì)材料、作為制備的碳素條形預(yù)制塊(3)的主體材料，構(gòu)建成的犧牲保護(hù)層(9)，即使在電解槽內(nèi)碳素條形預(yù)制塊(3)有燒損氧化，其材料的化學(xué)成分，也不會(huì)對(duì)電解質(zhì)液造成污染；

三是：將碳素條形預(yù)制塊(3)作為單體材料部件制備，與其它構(gòu)造方式相比，如上部層為耐火保溫材料、下部層為碳素復(fù)合材料的上下復(fù)一體構(gòu)造的定型保溫組合磚塊(4)相比，其構(gòu)造成本低，且材料的適應(yīng)性強(qiáng)選擇廣。

四是：在電解槽內(nèi)，設(shè)置構(gòu)建在電解槽內(nèi)陽(yáng)極炭塊(1)上肩部與陽(yáng)極炭塊梯形凸臺(tái)結(jié)合處的犧牲保護(hù)層(9)處，與電解質(zhì)液層接觸的機(jī)率以及燒損的速率，與構(gòu)造安裝在陽(yáng)極炭塊頂部的覆蓋保溫層(10)相比要小的多；在電解生產(chǎn)過(guò)程中，其定型保溫組合磚塊(4)的燒損維護(hù)更換量，與碳素條形預(yù)制塊(3)的燒損維護(hù)更換量相比要小得多；如果合理的進(jìn)行配置組合，不僅可以減少陽(yáng)極保溫層的整體構(gòu)造成本，而且便于定型保溫組合磚塊(4)和碳素條形預(yù)制塊(3)的維護(hù)，降低其周轉(zhuǎn)使用的成本。

2、依據(jù)上述技術(shù)方案：構(gòu)造犧牲保護(hù)層(9)用的碳素條形預(yù)制塊(3)，其斷面形狀為矩形、或?yàn)閱芜呅苯蔷匦?、其外觀結(jié)構(gòu)尺寸與炭塊梯形凸臺(tái)(2)進(jìn)行對(duì)應(yīng)配置。

3、依據(jù)上述技術(shù)方案：構(gòu)造犧牲保護(hù)層(9)用的碳素條形預(yù)制塊(3)的制備材料，可采用陽(yáng)極碳素材料或鋁電解槽廢舊陰極炭塊材料進(jìn)行制備，亦可采用其它耐火復(fù)合材料進(jìn)行制備。

4、依據(jù)上述技術(shù)方案：構(gòu)造覆蓋保溫層(10)用的定型保溫組合磚塊(4)、采用耐火材料或保溫隔熱材料制成。

5、依據(jù)上述技術(shù)方案：構(gòu)造覆蓋保溫層(10)用的定型保溫組合磚塊(4)，其上部設(shè)置有吊裝卡具或吊裝卡槽。

6、依據(jù)上述技術(shù)方案：定型保溫組合磚塊(4)，在靠貼陽(yáng)極鋼爪頭(5)的側(cè)邊部處，設(shè)置有與陽(yáng)極鋼爪頭(5)對(duì)應(yīng)配置的凹型口(7)，該凹型口為矩形形或半圓形。

本發(fā)明所提出的一種陽(yáng)極炭塊上部保溫層組合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，先在陽(yáng)極炭塊上肩部水平面與梯形凸臺(tái)(2)周圍的結(jié)合處，用與陽(yáng)極炭塊(1)本體材料性能相接近的、且不會(huì)污染電解質(zhì)液、又具有抗電解質(zhì)液侵蝕氧化功能的碳素條形預(yù)制塊(3)，構(gòu)造一層犧牲保溫層(9)，而后，再在碳素條形預(yù)制塊(3)上頂部、陽(yáng)極鋼爪頭(5)的外圍，用定型保溫組合磚塊(4)構(gòu)造一層陽(yáng)極炭塊覆蓋保溫層(10)，即采用功能分解，構(gòu)造分層的設(shè)計(jì)方案，滿足電解槽生產(chǎn)工藝對(duì)陽(yáng)極炭塊上部保溫的工藝需求。

在電解鋁生產(chǎn)中，采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種陽(yáng)極炭塊上部保溫層組合結(jié)構(gòu)分層構(gòu)造方式，即在陽(yáng)極炭塊上肩部、陽(yáng)極梯形凸臺(tái)(2)的外側(cè)、先用碳素條形預(yù)制塊(3)，構(gòu)造一層抗電解質(zhì)液侵蝕的保護(hù)層，再在陽(yáng)極炭塊頂端部，用定型保溫磚塊構(gòu)建覆蓋保溫層的技術(shù)方案，可以替代現(xiàn)有采用顆粒粉狀覆蓋料作為原料，對(duì)陽(yáng)極炭塊上部保溫層實(shí)施作業(yè)的傳統(tǒng)技術(shù)并可以克服其缺陷。

本發(fā)明技術(shù)方案，具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：在鋁電解槽現(xiàn)有生產(chǎn)工藝中，可減少覆蓋結(jié)殼的熱吸收和熱散失，降低電解鋁在生產(chǎn)過(guò)程中的能耗，減少覆蓋料的物流周轉(zhuǎn)量和破碎處理工作量，減少殘極清理作業(yè)的工序環(huán)節(jié)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明：本發(fā)明一種陽(yáng)極炭塊上部保溫層組合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和使用方法，通過(guò)說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施例的表述，則更加清晰。

圖1、為本發(fā)明一種陽(yáng)極炭塊保溫層結(jié)構(gòu)實(shí)施例的主視圖。

圖2、為圖1的A-A斷面圖。

圖3、為圖1的B-B斷面俯視圖。

圖4、為圖1的俯視圖。

圖5、為本發(fā)明碳素條塊磚的立體示意圖。

圖6、為本發(fā)明定型保溫組合磚塊的立體示意圖。

其圖中所示：1陽(yáng)極炭塊、2梯形凸臺(tái)、3碳素條形預(yù)制塊、4定型保溫組合磚塊、5陽(yáng)極鋼爪頭、6陽(yáng)極鋼爪、7凹形口、8對(duì)接縫、9.犧牲保護(hù)層、10覆蓋保溫層。

具體實(shí)施方式：本發(fā)明一種陽(yáng)極炭塊上部保溫層組合結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征和應(yīng)用實(shí)施技術(shù)方案，通過(guò)實(shí)施例的表述則更加清晰。

實(shí)施例1：如圖1、圖2、圖3、圖4所示，先用若干塊碳素條形預(yù)制塊(3)、安裝在陽(yáng)極炭塊(1)的上肩部水平面與陽(yáng)極炭塊梯形凸臺(tái)(2)的結(jié)合處，即梯形凸臺(tái)(2)的外側(cè)構(gòu)建形成一層犧牲保護(hù)層(9)；而后，再用若干塊定型保溫組合磚塊(4)安裝放置在碳素條形預(yù)制塊(3)以及陽(yáng)極炭塊(1)的頂部、陽(yáng)極鋼爪頭(5)的周圍，構(gòu)建成陽(yáng)極炭塊(1)的上部保溫層，其覆蓋保溫層，其外輪廓的平面投影為矩形，中間有陽(yáng)極鋼爪頭(5)進(jìn)行配置的位置空間。

其塊碳素條形預(yù)制塊(3)的制備材料，通常采用電解鋁廠的殘極炭塊或鋁電解槽大修固廢料陰極炭塊破碎粉料制成。其外觀形狀可以制成矩形塊狀，也可以制成斜角矩形狀如圖5所示。

在塊碳素條形預(yù)制塊(3)預(yù)制成型后，可以在碳素焙燒爐中進(jìn)行焙燒，也可直接安裝子陽(yáng)極炭塊(1)，利用鋁電解槽內(nèi)的電解溫度進(jìn)行焙燒成型?？梢灾貜?fù)使用。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中采用大修固廢料陰極炭塊破碎料生產(chǎn)碳素條形預(yù)制塊(3)可以變廢為寶，減少電解鋁企業(yè)的固廢排放量。

其定型保溫組合磚塊(4)的單體成品塊的外觀平面投影為矩形，靠貼鋼爪頭(5)一側(cè)設(shè)置有半圓形凹形口(7)，如圖6所示，該定型保溫組合塊(4)采用抗熱震性能好的耐火材料或保溫隔熱材料制成。如高鋁磚、粘土磚、保溫磚、硅酸鈣板、氮化硅結(jié)合碳化硅等鋁硅系列的耐火保溫材料、以及碳素、石墨質(zhì)材料材料制成。

定型保溫組合磚塊(4)在實(shí)際生產(chǎn)制備過(guò)程中，建議電解鋁企業(yè)采用電解槽內(nèi)底部的大修固廢料隔熱保溫材料進(jìn)行制備，這樣可以變廢為寶，減少電解鋁企業(yè)的固廢排放量，而且可以降低材料成本。

一種陽(yáng)極炭塊上部保溫層組合結(jié)構(gòu)的構(gòu)建安裝使用工藝方法：

1、材料準(zhǔn)備工序：將新陽(yáng)極炭塊(1)陽(yáng)極鋼爪(6)組、以及碳素條形預(yù)制塊(3)、定型保溫組合磚塊(4)、放到到指定位置。

2、構(gòu)造犧牲保護(hù)層(9)工序：在陽(yáng)極炭塊(1)上肩部水平面上，鋪灑上一層約5毫米左右的氧化鋁、電解質(zhì)粉，或涂抹上一層碳膠泥，作為碳素條形預(yù)制塊(3)的底部找平層防氧化層；而后，用若干塊碳素條形預(yù)制塊(3)安裝放置在陽(yáng)極梯形凸臺(tái)(2)的周圍，構(gòu)建成梯構(gòu)造犧牲保護(hù)層(9)如圖1、圖2、圖3、圖4所示。在其后，在犧牲保護(hù)層的上表面鋪灑上一層氧化鋁粉，將碳素條形預(yù)制塊(3)之間的縫隙填滿，以防止碳素條形預(yù)制塊(3)子電解槽內(nèi)氧化燒損。

3、構(gòu)造覆蓋保溫層(10)工序：

方案1是：直接用吊裝卡具，在鋁電解槽外，將定型保溫組合磚塊(4)安置在陽(yáng)極炭塊(1)和犧牲保護(hù)層(9)的上部、陽(yáng)極鋼爪頭的外圍，構(gòu)建成陽(yáng)極炭塊上部覆蓋保溫層(10。而后，掉入到電解槽中指定換極位置，進(jìn)行就位安裝。

方案2是：待更換的殘極出槽后，將殘極上部的、處在紅熱高溫狀態(tài)下的定型保溫組合磚塊(4)直接用吊裝卡具取下后，直接安放到新陽(yáng)極炭塊的上部及犧牲保護(hù)層(9)的上部，構(gòu)件上一層帶有熱負(fù)荷能量的陽(yáng)極炭塊上部覆蓋保溫層(10)。

采用此法的優(yōu)點(diǎn)是，一是減少熱負(fù)荷狀態(tài)下定型保溫組合磚塊(4)在電解槽內(nèi)的二次熱吸收，浪費(fèi)能耗；二是減少熱負(fù)荷狀態(tài)下的定型保溫組合磚塊(4)在電解槽外進(jìn)行熱釋放浪費(fèi)能耗；三是可以利用熱負(fù)荷狀態(tài)下定型保溫組合磚()塊的熱能量對(duì)陽(yáng)極炭塊(1)頂部、陽(yáng)極鋼爪頭(5)、以及磷鐵環(huán)進(jìn)行加熱，以降低新陽(yáng)極炭塊(1)鋼爪組的入槽初始階段的電壓降。

4、入槽覆蓋作業(yè)工序：將設(shè)置有構(gòu)造犧牲保護(hù)層(9)和覆蓋保溫層(10)的新陽(yáng)極炭塊(1)鋼爪組吊裝到鋁電解槽指定換極位置就位后，用粉狀的覆蓋料粉對(duì)新陽(yáng)極炭塊的周邊外表面進(jìn)行填縫覆蓋料保溫，并用覆蓋料粉對(duì)覆蓋保溫層(10)的對(duì)接縫隙(8)進(jìn)行封填。

5、更換殘極作業(yè)工序：當(dāng)槽內(nèi)陽(yáng)極炭塊消耗到殘極階段，進(jìn)行殘極出槽作業(yè)時(shí)，連同殘極上部的犧牲保護(hù)層(9)和覆蓋保溫層(10)一同從電解槽內(nèi)吊出。進(jìn)行外觀檢查，確認(rèn)覆蓋保溫層(10)的定型保溫組合磚塊(4)完整無(wú)損后，直接用吊裝卡具將處在紅熱狀態(tài)下的定型保溫組合磚塊(4)安裝在新陽(yáng)極炭塊的上部及犧牲保護(hù)層(9)的上部。直接進(jìn)行循環(huán)利用。而后，將帶有犧牲保護(hù)層(9)碳素條形預(yù)制塊(3)的殘極炭塊在放置到指定位置后，再將碳素條形預(yù)制塊(3)從殘極炭塊上部取下，已備循環(huán)使用。

該碳素條形預(yù)制塊(3)由于在殘極階段時(shí)，處在電解質(zhì)液層中，其燒損氧化損耗的速率較高，是易損部件，需經(jīng)常更新補(bǔ)充。但由于它的存在，可以降低陽(yáng)極炭塊的上部無(wú)用炭塊毛耗，在配置使用過(guò)程中，碳素條形預(yù)制塊(3)要與陽(yáng)極炭塊上端部的梯形凸臺(tái)的構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化配置組合。

在電解鋁生產(chǎn)工藝過(guò)程中，采用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種陽(yáng)極炭塊上部保溫層組合結(jié)構(gòu)，由于覆蓋保溫層的構(gòu)造材料定型保溫組合磚塊(4)，在殘極出槽后，可以直接進(jìn)行循環(huán)使用，不需要進(jìn)行原設(shè)計(jì)工藝中的殘極炭塊上部結(jié)殼清理、破碎和輸送倒運(yùn)工作，因此，不僅可以減少與之相關(guān)的生產(chǎn)成本，而且可減少這些工序中的粉塵污染排放，有利于企業(yè)環(huán)保和綠色生產(chǎn)。