一種電解鋁用炭陽極雙爐預(yù)熱系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電解鋁技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電解鋁用炭陽極雙爐預(yù)熱系統(tǒng)，主要用于炭陽極上電解槽前的預(yù)熱。
【背景技術(shù)】
[0002]炭陽極作為鋁電解槽的主體部件，其通常安裝于電解槽的上部，在炭陽極的底部安裝有陽極炭塊，陽極炭塊用于侵入高溫熔融的電解液中，能將強(qiáng)大的直流電導(dǎo)入電解液，并且與電解液接觸的部分也直接參與鋁的電解反應(yīng)，在鋁的電解反應(yīng)過程中，陽極炭塊不斷被消耗并最終轉(zhuǎn)化為C0和C02，同時(shí)氧化鋁被還原為金屬鋁。一般情況下，每生產(chǎn)1噸金屬鋁，耗炭量約為450?550kg，且陽極炭塊日平均消耗1?2cm，更換周期一般為18?28天。
[0003]炭陽極主要由陽極導(dǎo)桿、鋼爪和陽極炭塊等組裝而成，陽極導(dǎo)桿一般用一級(jí)鋁或鋁鎂合金拉鑄而成，長(zhǎng)度約為2000?2200mm，陽極導(dǎo)桿橫截面為矩形，尺寸由通過陽極導(dǎo)桿的電流大小而定，一般電流密度為30?40A/cm2，陽極導(dǎo)桿與水平大母線接觸的導(dǎo)電面需經(jīng)過機(jī)械加工，要求平直而光滑；鋼爪為ZG25材質(zhì)的鑄鋼件，根據(jù)陽極炭塊數(shù)量的多少，鋼爪可分為3爪頭、4爪頭或6爪頭等，爪頭呈直線或矩形排列；陽極炭塊主要是以煅后石油焦或?yàn)r青焦為骨料，并以煤瀝青為粘結(jié)劑，再依次通過混捏、成型和焙燒制得。對(duì)于現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的電解槽而言，適用的陽極炭塊的高度為540?600mm，電阻率為50?60 μ Ω.m，抗壓強(qiáng)度為40?55MPa，抗彎強(qiáng)度為8?12MPa，體積密度約為1.5?1.6g/cm3，真密度約為
2.05?2.10g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為3.0?4.5ff/m *k。在陽極炭塊導(dǎo)電方向的上表面留有2?4個(gè)直徑為160?180mm、深度為80?110mm的圓槽，俗稱炭碗，而炭碗是用來安放鋼爪的。
[0004]在炭陽極上電解槽前，需要將陽極導(dǎo)桿、鋼爪和陽極炭塊通過焊接和澆鑄磷生鐵的方式組裝為一體，其中，陽極導(dǎo)桿與鋼爪之間可通過鋁鋼爆炸焊塊進(jìn)行連接，或直接將陽極導(dǎo)桿與鋼爪爆炸連接后進(jìn)行焊接；鋼爪組裝前要進(jìn)行砂洗并涂石墨漿，可以防止鋼爪被腐蝕，并改善鋼爪和鑄鐵的接觸狀態(tài)，降低接觸面的電壓降，有利于陽極導(dǎo)桿循環(huán)使用時(shí)磷生鐵的脫環(huán)作業(yè)；澆鑄磷生鐵前，需將與陽極導(dǎo)桿焊接好的鋼爪加熱到一定溫度，以除去鋼爪表面的水分，然后再將鋼爪放入到清理干凈的陽極炭塊炭碗中，并由澆注機(jī)向炭碗中定量澆鑄磷生鐵，進(jìn)而將鋼爪與陽極炭塊結(jié)合在一起。
[0005]在傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中，組裝好的炭陽極是不經(jīng)預(yù)熱便直接安裝到電解槽上的，此時(shí)陽極炭塊溫度僅為環(huán)境溫度，而電解質(zhì)的溫度可高達(dá)960°C，強(qiáng)大的熱流會(huì)由陽極炭塊的底掌傳入炭塊內(nèi)部，此時(shí)與電解質(zhì)接觸附近的陽極炭塊內(nèi)部(尤其是角部)便會(huì)產(chǎn)生很大的溫度差，熱應(yīng)力也隨之產(chǎn)生，當(dāng)熱應(yīng)力超過陽極炭塊的斷裂強(qiáng)度時(shí)，陽極炭塊便會(huì)出現(xiàn)裂紋或破裂，嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)掉塊，從而進(jìn)一步導(dǎo)致陽極炭塊內(nèi)電流分布不均勻程度的增加，使電解槽內(nèi)的電磁場(chǎng)出現(xiàn)較大波動(dòng)，進(jìn)而造成鋁液的波動(dòng)，當(dāng)鋁液波動(dòng)大到一定程度時(shí)，就會(huì)轉(zhuǎn)變成電解液的波動(dòng)，如此一來，將導(dǎo)致電解液沖刷陽極炭塊的外殼，并進(jìn)一步加劇電解液與陽極炭塊間的熱交換，從而造成惡性循環(huán)。上述情況的出現(xiàn)在北方寒冷的冬季顯得更為突出，不僅使陽極炭塊的消耗程度大幅度增加，也極大的威脅著電解槽的安全。
[0006]為了避免上述情況的出現(xiàn)，必須要降低電解液與陽極炭塊之間的溫度差，因此，亟需一種能夠滿足炭陽極在上電解槽前，對(duì)炭陽極進(jìn)行預(yù)熱的設(shè)備及方法。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提供一種電解鋁用炭陽極雙爐預(yù)熱系統(tǒng)，能夠滿足炭陽極在上電解槽前的預(yù)熱需要，有效降低陽極炭塊與電解液之間的溫度差，避免因溫度差導(dǎo)致的陽極炭塊出現(xiàn)裂紋或破裂的情況發(fā)生，降低陽極炭塊的無效消耗，同時(shí)提高電解鋁生產(chǎn)的安全性。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種電解鋁用炭陽極雙爐預(yù)熱系統(tǒng)，包括煙氣生成爐和預(yù)熱爐，在所述煙氣生成爐上分別設(shè)置有燃燒器和煙氣出口，所述燃燒器安裝在煙氣出口對(duì)面的煙氣生成爐爐墻上，燃燒器的出煙口與煙氣生成爐的爐膛相連通；在所述預(yù)熱爐內(nèi)分別設(shè)置有預(yù)熱室和廢氣室，所述預(yù)熱室與廢氣室之間通過縫隙相連通；在所述預(yù)熱室的爐墻上設(shè)置有熱煙氣噴口，熱煙氣噴口與煙氣生成爐的煙氣出口相連通；在所述預(yù)熱室的爐底設(shè)置有運(yùn)輸輥道，運(yùn)輸輥道通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，運(yùn)輸輥道上用于放置炭陽極；所述運(yùn)輸輥道入口端對(duì)應(yīng)的預(yù)熱爐上設(shè)有炭陽極入料口，運(yùn)輸輥道出料端對(duì)應(yīng)的預(yù)熱爐上設(shè)有炭陽極出料口 ；在所述廢氣室的爐墻上設(shè)置有廢氣出口，廢氣出口與煙囪相連通。
[0009]在所述燃燒器上分別設(shè)置有空氣進(jìn)口和燃?xì)膺M(jìn)口，所述空氣進(jìn)口外接鼓風(fēng)機(jī)，所述燃?xì)膺M(jìn)口外接燃?xì)庠础?br>[0010]在所述煙氣出口與熱煙氣噴口之間設(shè)置有調(diào)溫室，在調(diào)溫室與熱煙氣噴口之間設(shè)置有排煙加壓風(fēng)機(jī)。
[0011]在所述廢氣出口與煙囪之間設(shè)置有廢氣抽排風(fēng)機(jī)，廢氣抽排風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口一路與煙囪相連通，廢氣抽排風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口另一路與調(diào)溫室相連通。
[0012]所述熱煙氣噴口數(shù)量若干且均勻分布在預(yù)熱室的爐墻上，熱煙氣噴口采用圓形噴口或環(huán)形噴口，其流通面積為300?500mm2，相鄰的熱煙氣噴口之間的中心距為300?500mm，最外側(cè)的熱煙氣噴口與相鄰爐墻內(nèi)表面距離為200?300mm。
[0013]所述廢氣出口數(shù)量若干且均勻分布在廢氣室的爐墻上，廢氣出口采用圓形出口，其內(nèi)徑為100?200mm，相鄰的廢氣出口之間的中心距為500?1000mm，最外側(cè)的廢氣出口與相鄰爐墻內(nèi)表面距離< 300mm。
[0014]所述煙氣生成爐的爐膛可為正方體、長(zhǎng)方體、圓柱體或橢圓柱體，所述預(yù)熱爐的預(yù)熱室及廢氣室內(nèi)腔可為正方體或長(zhǎng)方體，所述調(diào)溫室的內(nèi)腔可為圓柱體或橢圓柱體。
[0015]所述的電解鋁用炭陽極雙爐預(yù)熱系統(tǒng)的使用方法，包括如下步驟:
[0016]步驟一:啟動(dòng)燃燒器，通過燃燒器生成高溫?zé)煔獠⑴湃霟煔馍蔂t內(nèi)；
[0017]步驟二:啟動(dòng)排煙加壓風(fēng)機(jī)，通過排煙加壓風(fēng)機(jī)先將煙氣生成爐內(nèi)的高溫?zé)煔獬槿胝{(diào)溫室內(nèi)，再將高溫?zé)煔鈴恼{(diào)溫室抽入預(yù)熱爐內(nèi)，而高溫?zé)煔鈺?huì)通過熱煙氣噴口進(jìn)入預(yù)熱室內(nèi)；
[0018]步驟三:將待預(yù)熱的炭陽極吊裝到運(yùn)輸輥道入口端，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，炭陽極一塊緊挨一塊的通過運(yùn)輸輥道被運(yùn)送至預(yù)熱爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，炭陽極在預(yù)熱爐內(nèi)不斷前移的過程中溫度逐漸升高，每塊炭陽極的預(yù)熱時(shí)間為3?3.5h ;
[0019]步驟四:炭陽極移動(dòng)到運(yùn)輸輥道出口端時(shí)，距炭陽極表面200mm深處的最終預(yù)熱溫度要達(dá)到250?300°C，通過運(yùn)輸輥道將預(yù)熱好的炭陽極連續(xù)不斷運(yùn)至預(yù)熱爐外，然后將預(yù)熱好的炭陽極吊起并安裝到電解槽上；
[0020]步驟五:預(yù)熱室內(nèi)的高溫?zé)煔馔瓿膳c炭陽極的熱交換后溫度降低成為廢氣，廢氣通過預(yù)熱室與廢氣室之間縫隙進(jìn)入廢氣室內(nèi)，然后啟動(dòng)廢氣抽排風(fēng)機(jī)，通過廢氣抽排風(fēng)機(jī)將廢氣室內(nèi)的廢氣送入調(diào)溫室內(nèi)，使廢氣與預(yù)熱室內(nèi)的高溫?zé)煔饣旌闲纬苫旌蠠煔猓?br>[0021]步驟六:調(diào)整調(diào)溫室內(nèi)廢氣的輸入量，多余的廢氣通過煙囪排出，調(diào)溫室內(nèi)混合煙氣溫度通過調(diào)整廢氣與高溫?zé)煔獾幕旌媳壤M(jìn)行調(diào)節(jié)，再將調(diào)節(jié)好的混合煙氣排入預(yù)熱室內(nèi)，利用混合煙氣來預(yù)熱炭陽極。
[0022]所述廢氣抽排風(fēng)機(jī)的廢氣抽排流量要小于排煙加壓風(fēng)機(jī)的煙氣抽入流量，并保證預(yù)熱室內(nèi)的壓力維持在5?15pa之間。
[0023]所述煙氣生成爐內(nèi)的高溫?zé)煔庠谶M(jìn)入調(diào)溫室時(shí)的溫度為1000?1200°C，調(diào)溫室內(nèi)的混合煙氣在離開調(diào)溫室后、進(jìn)入預(yù)熱室之前的溫度為450?500°C，混合煙氣在進(jìn)入預(yù)熱室時(shí)的溫度為400?450°C，熱煙氣噴口的出口壓力為30?50Kpa，熱煙氣噴口的出口煙氣流速為80?150m/s。
[0024]本實(shí)用新型的有益效果:
[0025]本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)工藝的不足，即組裝好的炭陽極不經(jīng)預(yù)熱便直接安裝到電解槽上，使陽極炭塊出現(xiàn)裂紋或破裂的幾率增高，而本實(shí)用新型為炭陽極上電解槽前進(jìn)行預(yù)熱提供了可能，經(jīng)過預(yù)熱后的炭陽極再安裝到電解槽后，可使陽極炭塊的裂紋發(fā)生率降低到0.2%以下，從而提高了電解鋁生產(chǎn)的安全性。
[0026]本實(shí)用新型的預(yù)熱爐所排出的廢氣并沒有直接排向大氣，而是排入調(diào)溫室中進(jìn)行回收，并將廢氣中的余熱進(jìn)行重復(fù)利用，從而使本實(shí)用新型具有了降低成本和節(jié)能減排的效果。
[0027]本實(shí)用新型調(diào)溫室中的廢氣與高溫?zé)煔饣旌闲纬苫旌蠠煔夂?，在混合煙氣中幾乎不含氧氣，因此通過混合煙氣對(duì)炭陽極進(jìn)行熱交換預(yù)熱時(shí)，可有效避免陽極炭塊表面發(fā)生氧化現(xiàn)象。
[0028]本實(shí)用新型可以通過調(diào)整廢氣與高溫?zé)煔庠谡{(diào)溫室內(nèi)的混合比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)溫室內(nèi)混合煙氣溫度的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)炭陽極的預(yù)熱溫度的精確控制。
【附圖說明】
[0029]圖1為本實(shí)用新型的一種電解鋁用炭陽極雙爐預(yù)熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖中，1一煙氣生成爐，2—預(yù)熱爐，3—燃燒器的出煙口，4一煙氣出口，5—燃燒器，6—空氣進(jìn)口，7—燃?xì)膺M(jìn)口，8—鼓風(fēng)機(jī)，9一預(yù)熱室，10—廢氣室，11 一熱煙氣噴口，12—運(yùn)輸輥道，13—驅(qū)動(dòng)電機(jī)，14 一廢氣出口，15—廢氣抽排風(fēng)機(jī)，16—排煙加壓風(fēng)機(jī)，17—煙囪，18—調(diào)溫室，19—炭陽極。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0032]如圖1所示，一種電解鋁用炭陽極雙爐預(yù)熱系統(tǒng)，包括煙氣生成爐1和預(yù)熱爐2，在所述煙氣生成爐1上分別設(shè)置有燃燒器5和煙氣出口 4，所述燃燒器5安裝在煙氣出口 4對(duì)面的煙氣生成爐1爐墻上，燃燒器5的出煙口 3與煙氣生成爐1的爐膛相連通；在所述預(yù)熱爐2內(nèi)分別設(shè)置有預(yù)熱室9和廢氣室10，所述預(yù)熱室9與廢氣室10之間通過縫隙相連通；在所述預(yù)熱室9的爐墻上設(shè)置有熱煙氣噴口 11，熱煙氣噴口 11與煙氣生成爐1的煙氣出口4相連通；在所述預(yù)熱室9的爐底設(shè)置有運(yùn)輸輥道12，運(yùn)輸輥道12通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)13進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，運(yùn)輸輥道12上用于放置炭陽極19 ;所述運(yùn)輸輥道12