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、阴和母线，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蒸汽也会沉积在阴碳块中，从而逐渐增加阴电阻，进一步增加功耗；这些钠盐在阴中聚集的越多，使阴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，易造成槽底碳块上浮，这样：一是槽壳受压变形，二是阴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，须征得相关技术部门的同意。(2)耐火材料须在干燥后使用。(3)砌砖不应产生通缝，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，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。