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          耐材行業資訊

          金屬鋁冶煉鋁電解槽結構及內襯用耐火材料介紹

          編輯:耐火磚???瀏覽:???時間:2021-04-30

           
          鋁電解槽結構
          工業鋁槽的結構主要包括陽極、陰極和母線,根據電解槽的類型而異。以下是不同類型電解槽的結構特點。
          金屬鋁的冶煉必須在電解槽內完成。因此,電解槽是鋁生產的核心設備。目前,窯閉式烤陽極電解槽應用廣泛,向大型化、長壽化、節能發展。使用傳統耐火材料遠遠不能滿足要求。
          常規鋁電解槽的砌筑方法如下:外層為輕質保溫磚襯里,其次為耐火磚襯里,在兩層磚中間加入一定厚度的Al2O3擋板,耐火磚上邊為鋼棒、陰極碳塊、槽壁為碳塊或碳搗打料(具體情況如下圖左半部分)。常規砌筑方法在使用過程中存在以下缺點。
           
          1.冰晶石和氧化鋁熔液通過陰極碳塊的縫隙滲透到耐火磚層。隨著時間的推移,它們逐漸從磚縫滲透到Al2O3阻擋層,后逐漸滲透到保溫層。這不僅增加了導熱系數,而且一些耐火磚、阻擋層Al2O3和保溫襯磚逐漸融入冰晶石熔體。液相增加,散熱加劇,越靠外,這些熔體越容易固化,導致體積收縮和裂紋更大,導熱系數更大,更容易散熱、固化、收縮、裂紋和滲透,形成一系列惡性循環,終槽低材料成為一體,導致能耗增加,能耗大,冰晶石損失加劇,終難以拆槽。
          2.當大量冰晶石熔液滲入陰極碳塊下的耐火磚中時,碳塊不僅會受到電解槽內冰晶石熔體的侵蝕和滲透,還會受到下部冰晶石的侵蝕和滲透。如果碳塊下部溫度在850℃左右,來自下部的Na蒸汽也會沉積在陰極碳塊中,從而逐漸增加陰極電阻,進一步增加功耗;這些鈉鹽在陰極中聚集的越多,使陰極碳塊的熱穩定性和體積穩定性越差,裂紋加劇,電解柄壽命結束。
           
          用傳統方式筑槽由于冰晶石熔液的不斷滲透,來自下部的壓力不斷增加,極易造成槽底碳塊上浮,這樣:一是槽殼受壓變形,二是陰極鋼棒與碳塊的接觸面積減小,發熱增加,造成鋼棒嚴重損壞,造成一代人的壽命終結。
          以上三種原因導致電解槽保溫性能差,能耗高,壽命短,拆槽困難。它是傳統耐火材料和施工工藝的必然結果。
          近年來,不定型耐火材料的快速發展為鋁電解槽的節能、降耗和長壽找到了切實可行的途徑。我公司與洛陽、鄭州等行業專家共同探討研究,開發了新型電解槽耐火材料。
          新型鋁電解槽耐火材料(在保證碳塊質量的同時)應具有能形成新型隔熱層的特點。
           
          建造電解槽的內襯標準。
          砌筑電解槽內襯的質量標準(1)所有砌筑用的耐火材料和隔熱材料,其化學成分、物理力學性能和形狀尺寸均應符合圖樣要求。如果有改造代用者,必須征得相關技術部門的同意。(2)耐火材料必須在干燥后使用。(3)砌磚不應產生通縫,必須嚴格錯縫砌筑。(4)耐火磚縫應填滿耐火泥漿,如干砌,應填滿耐火粉。但是所有耐火泥漿和粉末的粒徑都必須小于磚縫的厚度。(5)缺棱角的磚面或切割的磚面,不爐膛直接與火焰、爐渣接觸的地方,承受重力的地方或膨脹縫的內表面。(6)砌筑方法必須符合砌磚工藝。一些重要的砌磚部位,而且砌磚后不能檢查,必須進行中間質量檢查。(7)拱腳磚與拱腳梁之間有砌磚時,砌磚應緊實砌筑,不得用膨脹縫,不得用膨脹縫。(6)砌磚兩端的內表面應符合設計要求。(6)砌筑方法必須符合砌磚工藝要求。
           
          二、砌筑電解槽內襯注意事項檢查砌筑質量除耐火磚磚縫和尺寸要求外,還應檢查是否按照工業爐砌筑的基本規則進行砌筑,砌筑耐火材料是否合格。砌體的磚縫厚度和泥漿飽滿度應及時用塞尺檢查,塞尺寬度為15毫米,厚度等于被檢查的磚縫厚度。如果相應的塞尺伸入磚縫的深度不超過20毫米,磚縫將被認為是合格的。檢查磚縫厚度時,每5毫米的表面應用塞尺檢查10處,比規定磚縫厚度大80%的磚縫不應超過下表規定的處數。
           
          鋁電解槽保溫層耐火材料的變化
          在鋁電解槽炭陰極下鋪設耐火材料保溫層,保持電解槽的能量平衡,使鋁生產達到低功耗。
          當耐火材料保溫性能不足時,電解質在陰極炭塊中凍結;結果炭塊早期開裂,槽壽命縮短,鋁生產的電能消耗增加,需要加強保溫層。
          近年來,由于鋁電解槽的陽極電流密度有所降低,加強電解槽底部耐火材料的保溫尤為重要?,F代電解槽底部有兩層耐火材料。
          高溫保溫層(通常為耐火磚或復合保溫材料);
          低溫隔熱層(通常為硅藻土磚和隔熱板)。
           
          保溫層的變化如下
          合金層、灰白層和玻璃體層出現在陰極炭塊下,其存在是保溫層變異的明顯證據。
          1.合金層和鋁硅沉積層。這種鋁硅合金是由鋁液從槽內通過陰極炭塊泄漏而產生的。槽內積存的鋁液原本是純鋁,純度在99.5%以上,鋁中只含少量硅(約0.1%)和鐵(約0.1%)。當它流經陰極導電棒時,它溶解了鐵;當它與粘土耐火磚接觸時,它發生了更換硅的反應。
          灰白層是由是由電解質沉積在粘土耐火磚上,鋁、鈉和電解質侵蝕粘土耐火磚而形成的。
          灰色和白色層的顏色是深灰色到淺灰色,夾雜著白色的沉積物,因此得名。它的形狀是凸棱鏡狀的,中間的厚度大約是150~180mm,端部比較薄。它的化學成分因電解槽的年齡(即電解質侵蝕耐火磚的程度)而異,約3年。
          原本含有SiO2成分的粘土耐火磚,已經消失,這是由于鋁的置換作用,已經如上所述。但槽齡較短者,灰白層厚度較薄,其中Na3AlF6和NaF含量較少,仍保留SiO2成分,顯然侵蝕程度較小。
          3.類玻璃體層。該層位于原保溫磚層內,外觀呈褐色玻璃狀,經X射線衍射分析,含70%類玻璃體,30%晶質(主要為亞冰晶石5NaF·3AlF3)。
          這是鋁電解質滲入保溫磚層時產生的腐蝕作用。
           
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