CN109112574B - 一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺，新、旧阳极利用专用烧结材料和旧阳极余热，在电解槽外的烧结排烟保温箱内烧结固化成为一体，不改变原电解槽的结构设计，不影响原电解槽的主要工艺操作，结构简洁，操作简便，不增加原电解槽的改造成本。包括准备好新阳极炭块，在新阳极炭块上表面涂覆烧结固化材料，从电解槽内吊出旧阳极炭块置于新阳极炭块之上，新、旧阳极利用旧阳极余热烧结固化成为一体，再吊入槽内作为阳极组件继续参与电解等步骤。

Description

一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺

技术领域

本发明属于铝电解技术领域，尤其涉及一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺。

背景技术

现代铝电解生产工艺中，利用悬挂于槽上部的阳极炭块和固定在槽底部的阴极导通大电流直流电，对槽内主要成分为氧化铝(Al₂O₃)的电解质进行电解，氧原子与阳极炭块反应生成CO₂和CO气体排出、槽底生成纯铝熔液，完成金属铝的冶炼。预焙阳极是铝电解所用的主要原料，也是电解槽的重要组成部分，由多组阳极炭块、阳极导电金属杆或棒、升降装置及其附件组成，导杆和铸钢爪之间通过焊接连接为一体，铸钢爪与炭块之间通过磷生铁浇铸连接为一体。

现有的铝电解槽均为长方形结构，预焙阳极位于电解槽的上部居中紧密排列，阳极炭块为立方体形状，每台电解槽上均悬挂两排多组阳极炭块，阳极炭块靠其上部的阳极导杆夹在电解槽上部水平阳极母线上，阳极下部浸在电解质中。在铝电解生产中，阳极起着把电流导入电解槽和参与氧化还原反应的作用。现有铝电解槽结构如图2所示。

预焙阳极在电解槽中为间断式工作，阳极炭块因参与氧化还原反应而不断消耗，大约每天消耗10～20mm厚度，当炭块变薄到一定程度时，即变薄到150mm左右时，为避免导杆金属组件接触电解质造成铝液污染，必须更换阳极炭块，将旧的阳极炭块组吊出，用新的阳极炭块取代，取出的炭块称为残极，这样循环更替确保铝电解槽顺利生产。

这种每块预焙阳极炭块都不能消耗完的传统铝电解生产工艺存在以下缺点：(1)阳极炭块不能完全用于生产消耗，将有约15％以上的阳极变成残极严重浪费；(2)残极中吸附了大量的电解质，主要成分是氟化盐，含有大量氟化盐的残极对环境污染影响严重；(3)在实际生产中，残极过薄钢爪被电解质侵蚀时，磷生铁浇铸处的铁元素会融入铝液中，影响铝成品质量；(4)每块预焙阳极炭块消耗成残极后，为了重复利用导杆和钢爪，都需要将带导杆的残极组送往阳极组装车间去除残极炭块和原浇铸的磷生铁环、再重新浇铸连接新的阳极炭块后返回电解车间，造成阳极组装车间工作量繁重、导杆组占用备用量巨大(电解厂一般备用周转导杆数量达到在槽导杆数量的40％～50％)、增加厂内运输量。

目前，预焙铝电解生产过程中，关于阳极不产生或少产生残极的相关研究、发明创造和技术文献有一些，例如：

1、专利申请CN201010181570.7，公开了一种预焙铝电解槽，不需要更换阳极炭块残极，用阳极导电夹持卡具与阳极炭块上部的凸台进行进行夹持连接，直接在在消耗到较低高度的阳极炭块上部，用新阳极炭块对其进行补充加高和导电承重连接，使底部阳极炭块加高上部炭块与底部炭块连接到一起，以满足铝电解槽进行无残极阳极炭块更换，使预焙铝电解槽阳极导电装置阳极炭块进行补低加高进行连接生产的技术工艺方案。其技术方案是：在阳极碳块上设置构造有即可用于与夹持卡具进行夹持连接作业，又能对底部碳块凸台进行穿插扣合式加高连接的凸型台和凹型槽，在电解槽上将加高的阳极碳块的底部凹槽穿插扣合被加高的低阳极炭块上部凸台上，使上下两个阳极炭块构造连接成一个整体阳极碳块。还公开了“阳极炭块的上部设置构造有既可以与阳极导电卡夹持卡具进行夹持连接，又能与加高阳极炭块下部凹形槽进行穿插扣合连接的凸型台，阳极炭块的下部设置有可与上部凸台进行穿插扣合连接的凹形槽”、“用阳极导电卡夹持卡具与阳极上部的凸台进行夹持连接”等技术特征。该专利申请采用在线连续阳极的原理，需要在导通大电流的电解槽内进行在线操作，利用阳极上下部的凸台和凹槽进行进行穿插扣合连接新、旧阳极，且阳极炭块需要进行凹凸槽台加工，且每个重量在一吨左右的新阳极炭块在狭小的槽间距且极高的环境温度下送入电解槽，这需要关联机构操作，这就需要改造电解槽上部导电和承重结构，导致对传统电解工艺操作习惯有很大改变，同时也增加了铝电解槽改造的费用，增加了生产成本。

2、专利申请CN201610269342.2，公开了“在阳极炭块上开设第二层错位搭接多功能孔槽，承重导电梁穿过第二层错位搭接多功能孔槽，贯通阳极炭块并将其串联挑起，在正在电解的阳极炭块上方放置新的阳极炭块”、“所述承重导电梁通过联固横担连接提挂升降装置，当电解的阳极炭块烧损接近承重导电梁时，提挂升降装置连接上方阳极炭块的承重导电梁，此时在上方阳极炭块的承重导电梁上连接辅助挂钩，将辅助挂钩下部***下方阳极炭块的第二层错位搭接多功能孔槽内”等技术特征。该专利申请采用在线连续阳极的原理，在电解槽内改造和增加阳极钩挂结构，在阳极炭块上开孔洞沟槽，且在导通大电流的高温电解槽内进行在线操作。

3、专利申请CN201610784249.5，公开了“包括连续阳极炭块、阳极炭块定位推送***、连续阳极炭块履带式位移***、滑动供电***和智能控制***”、“所述的阳极炭块单元，为长方体或正方体结构，上表面设置有卡装块，下表面设置有卡装槽，上表面和下表面均为锯齿波纹面；侧面的一组对立面上分别设置有滑道，滑道两侧为固连区”、“当工作的阳极炭块上端面下移至固定支架的水平位置时，阳极炭块定位推送***中的移动推手，将水平支架上的备用的阳极炭块推动，备用阳极炭块，沿水平方向移动，移动至阳极炭块定位推送***中限位挡板的位置，安装在连续阳极炭块上，以保证阳极炭块的连续性”等技术特征。该专利申请是在电解槽内改造和增加阳极输送推送结构，在电解槽旁非常局限的空间设置装置，在阳极炭块上开孔洞沟槽，且在导通大电流的高温电解槽内进行在线操作。

4、专利申请CN201510906478.5，公开了“一种铝电解连续阳极电解槽，包括：设于电解槽上的连续阳极组件，连续阳极组件包括下端开口的阳极金属壳体，设于阳极金属壳体内的阳极体，阳极体的下端部延伸出阳极金属壳体的下端开口，阳极体延伸出阳极金属壳体的周侧设有若干电极棒，阳极金属壳体上设有供于填充颗粒混合原料的阳极进料孔，下端开口的周侧还设有供于切割阳极体以供下降阳极体的高度的若干切割组件”、“电解槽上设有支撑板，所述支撑板上设有多个电极安装槽以及供于朝电解槽内填充氧化铝的填充开口，多个所述电极安装槽内分别对应安装多个连续阳极组件，所述阳极金属壳体的周侧还设有卡座，所述阳极金属壳体经由所述卡座卡合于所述支撑板上”等技术特征。该专利申请是设计了一种完全不同于传统电解槽的新槽型，在导通大电流的电解槽内进行在线操作，槽内设置多种阳极支撑卡接机构，但该技术不能利用传统在线生产的电解槽，其完全改变传统电解工艺操作习惯，而且同样是采用在线连续阳极的原理。

另外，专利申请CN201710088066.4(预焙阳极铝电解在线连接阳极的方法及结构，公布号为CN106676580A)以及文献《铝电解用的连续预焙阳极_沈振纲》和《连续碳阳极制备工艺》等现有技术，分别研究公开了多种不产生残极的方法，基本都是在电解槽上在线操作的结构、工艺和方法，是基于在电解槽内增加或改变阳极吊装结构，将阳极炭块加工成各种燕尾槽、插孔、插槽等复杂形状，利用各种机构装置辅助输送和连接新阳极。但实际电解厂生产工艺中，电解槽内温度达到900℃以上，阳极表面和周边覆盖有厚度可达500mm以上的电解质结壳，各个阳极炭块之间间隙极小(＜50mm)，作业环境恶劣，各个电解槽周边工作空间狭小，电解槽长期导通数十万安培的大电流直流电、磁场强烈，这些已公开的技术在结构材质，实际安全操作等方面还存在较多不可逾越的瓶颈问题，需要改造电解槽结构、阳极炭块导电结构，大幅度改变传统工艺操作习惯，还有预焙阳极炭块形状复杂制造困难等原因，目前还没有得到广泛推广和进行有效的行业大范围应用。

鉴于现有技术目前尚未真正实际运用于生产，因此，研发出一种有别于其他已公开技术的低成本、易实现、无需改造现有电解槽和电解车间辅助多功能机械任何结构、不必大幅度改变现有生产操作习惯、阳极炭块形状改动小制造容易、以及大量减少残极产生、不必在电解槽上恶劣环境进行操作的新型离线式阳极接续工艺尤为迫切和重要。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺。本发明在生产过程中仅需少量更换残极，大量接续使用新阳极，而且无需改造现有电解槽和电解车间辅助多功能机械任何结构、不必大幅度改变现有生产操作习惯、阳极炭块形状改动小制造容易、不必在电解槽上恶劣环境进行操作，使得铝电解生产过程中阳极炭块尽可能消耗，大量减少残极产生，解决了现有铝电解工艺产生大量残极、因残极所含氟电解质带来的严重环境污染、阳极组装车间工作繁重、周转导杆组占用大量资金等问题。

本发明的离线接续过程为：传统原型阳极在被吊出电解槽后一般还有500℃以上的高温，利用原型阳极的余热使原型阳极与涂覆了烧结材料的新阳极进行烧结，在自然常温环境中原型阳极降温过快余热浪费严重不足以形成烧结反应时，采用烧结排烟保温箱存放新阳极、在烧结排烟保温箱内进行烧结，满足完全烧结需要的余热温度及持续时间，达到完全烧结为整体阳极组件的效果；在烧结排烟保温箱内烧结，还可以避免产生的烟尘无组织排放、污染车间环境；不改变原电解槽的结构设计，不影响原电解槽的主要工艺操作，结构简洁，操作简便，不增加原电解槽的改造成本。

为了能够达到上述所述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺，包括以下步骤：

(1)准备好新阳极炭块：将新阳极炭块放在铝电解槽旁边的烧结排烟保温箱中，在新阳极炭块的上表面涂覆烧结固化材料，形成平整的、覆盖完整上表面的烧结固化材料层，获得新阳极炭块；

(2)吊出旧阳极炭块：根据铝电解槽工艺操作的需要，在铝电解槽在线阳极中选取消耗到剩余厚度为150mm～500mm旧阳极炭块，按传统换阳极工艺，先打开槽盖、扒料和结壳开口，然后松开小盒卡具，通过电解车间天车将铝导杆及其下面固定住的高温旧阳极炭块一起移出铝电解槽；

(3)旧阳极炭块检查和底面处理：电解车间内的电解操作工在天车吊出的步骤(2)的旧阳极炭块还未放下时，在保持安全距离下，从旁边目测检查旧阳极炭块底面是否平整、炭块是否有裂纹、炭块厚度是否足够、底面是否带有粘接杂质，判断旧阳极炭块是否可以重复利用；

(4)新、旧阳极对位组装：用电解车间天车将步骤(3)的能够重复利用的高温旧阳极炭块吊入烧结排烟保温箱中，将旧阳极炭块对齐叠置于步骤(1)准备好的新阳极炭块之上，新、旧阳极之间夹有步骤(1)涂覆的烧结固化材料，新、旧阳极利用烧结排烟保温箱内的对位导向装置上下对齐位置，旧阳极炭块由于自身和导杆组的重力对烧结固化材料自然形成压力；

(5)烧结固化：新、旧阳极炭块组装好之后，将保温箱密封，加盖保温材料，利用高温旧阳极炭块的余热让夹在新、旧阳极之间的烧结固化材料进行烧结固化，使新、旧阳极炭块烧结连接成为一个整体，获得连接好新阳极炭块的阳极组件；

(6)吊入槽内：烧结固化完成后，打开保温箱，在电解槽需要更换阳极时，用电解车间天车将步骤(5)烧结固化成一个整体的含底部新阳极炭块的阳极组件连同铝导杆一起吊出保温箱、吊入铝电解槽内空缺阳极的位置，固定高度，使用小盒夹具将阳极组件放入铝电解槽内继续反应。

电解槽内所有在线阳极均可按照上述步骤(1)～(6)循环进行离线接续新阳极炭块继续使用旧阳极炭块，在传统铝电解工艺中在需要更换阳极时循环更换使用。在步骤(4)，旧阳极炭块吊到烧结排烟保温箱中准备好的新阳极炭块组的上面后，新、旧阳极利用烧结排烟保温箱内的对位导向装置上下对齐位置，确认旧阳极炭块与新阳极炭块组上下对齐位置后，将旧阳极炭块垂直对位叠加在新阳极炭块组的上表面；在步骤(5)，所述阳极组件在导电、承重、抗折抗压抗拉、反应活性的性能符合铝电解阳极炭块应用性能要求。

进一步地，所述阳极有原型炭块和异型炭块两种；所述旧阳极炭块为原型炭块，是顶部留有碗孔和梯台，能够在铝电解组装车间进行铁水浇筑导杆钢爪形成一体的传统阳极炭块；所述新阳极炭块为异型炭块，该新阳极炭块顶部不再留有碗孔和梯台，上部为增加烧结抓持力而开有水平槽的较平整表面；所述异型炭块上表面是较平整但不光滑的平面，为增加烧结抓持力、保持连接稳定，该异型炭块上表面开有深度≥0.5mm、宽度≥0.5mm的纵横槽纹或能够增加表面凹凸度的花纹；为增加烧结抓持力，还能够通过对原型阳极的底面进行开槽或拉毛处理。

进一步地，所述原型炭块完成与异型炭块烧结为一体后吊回到电解槽中继续参与反应，当异型炭块及烧结固化材料层消耗完后，再使用原型炭块重复进行烧结连接新的异型炭块，直至消耗到原型炭块已裂纹松动或其厚度可能会损伤传统钢爪而无法继续反应时，再将原型炭块按传统残极处理工艺进行更换。

进一步地，在步骤(1)，所述烧结固化材料由含有C、H、N、O元素的有机物质、树脂制成，该烧结固化材料具有能在150℃～900℃温度环境中烧结固化的特性，进行烧结固化后其导电性、承重、抗拉抗折抗压强度、杂质含量、反应活性方面均符合铝电解阳极炭块应用性能要求。

进一步地，在步骤(5)，所述烧结固化材料，主要是利用从电解槽中取出的≥200℃的高温旧阳极炭块的余热完成烧结，当旧阳极炭块的余温不足以将烧结固化材料完成烧结固化时，采用加热手段辅助完成烧结。

进一步地，在步骤(5)，所述阳极组件的高度能够根据铝电解槽空间、导电压降进行调整，利用新阳极炭块的预制高度和旧阳极炭块的残留厚度实现调整，能够调整的范围为300～1000mm。

进一步地，在步骤(5)，所述烧结固化的时间为1～36h，对应旧阳极炭块的余热温度为900～150℃。

进一步地，在步骤(6)，按照传统阳极结构连接导杆钢爪的原型炭块在上、新接续的异型炭块在下、中间通过烧结材料完成烧结连接的阳极组件，放置于电解槽旁，轮换填补在电解槽阳极空位上。

进一步地，所述烧结排烟保温箱是能实现密闭保温和有组织收集烟气的箱型装置，其放置在铝电解槽作业通道边，能够供多台电解槽共用，其内部设置有一个或多个阳极炭块存放和烧结工位，箱体内衬保温材料，侧边和顶部开有便于带导杆的阳极组进出的活动门或盖板，顶部或侧部连接有排烟通道。

本申请工艺不改变原铝电解槽的结构设计，不影响原铝电解槽的主要工艺操作，结构简洁，操作简便，不增加原铝电解槽的改造成本。本申请离线接续工艺与其他在槽内接续阳极工艺操作不同，是不在铝电解槽内进行操作，而是离开生产线进行操作，故称为离线工艺。

在旧阳极检查和底面处理步骤中，当判断旧阳极可以重复利用时，进入下一步骤，若旧阳极不可重复利用时，按原有的换极工艺将其置于残极托盘内，按传统工艺处理；当旧阳极炭块仅仅是因为底面含有杂质而不能重复利用，工作人员可以用长杆工具清理掉旧阳极底面杂质，便可重复使用。

本申请离线接续过程中，传统原型阳极在被吊出电解槽后一般还有500℃以上的高温，利用原型阳极的余热使原型阳极与涂覆了烧结材料的新阳极进行烧结，在自然常温环境中原型阳极炭块降温过快余热浪费严重不足以形成烧结反应时，采用烧结排烟保温箱存放新阳极、在烧结排烟保温箱内进行烧结，满足完全烧结需要的余热温度及持续时间，达到完全烧结为整体阳极组件的效果；在烧结排烟保温箱内烧结，还可以避免产生的烟尘无组织排放、污染车间环境；不改变原电解槽的结构设计，不影响原电解槽的主要工艺操作，结构简洁，操作简便，不增加原电解槽的改造成本。

由于本发明采用了以上技术方案，具有以下有益效果：

(1)按现有铝电解工艺年产50万吨的电解厂为例，传统工艺每年将消耗25万吨阳极、产生约4万吨残极，新阳极价格按照每吨4000元、残极外卖价格按照每吨1500元估算，每年浪费残极价值高达1亿元。采用本发明技术每接续一次新阳极炭块，就减少一半的残极量，经过实际生产实践检验，平均每块原型阳极能够接续3次以上新阳极炭块，比传统工艺减少残极量80％以上，每年节约的阳极炭块费用高达8000万元以上。

(2)按现有铝电解工艺年产50万吨的电解厂为例，阳极导杆组在槽数量约20000件，阳极组装工序周转导杆组约8000件，每件导杆价值5000元。采用本发明技术每接续一次新阳极炭块，就减少一半的周转导杆组数量，经过实际生产实践检验，平均每块原型阳极能够接续3次以上新阳极炭块，比传统工艺减少周转导杆组约6000件，节约的导杆组费用高达3000万元以上。

(3)按现有铝电解工艺年产50万吨的电解厂为例，阳极组装车间全年3班倒班生产，车间工人数量150人以上，全车间年运行和维护费用约4000万元。采用本发明技术后，残极处理量仅为原有的20％以内，阳极组装车间的工作量也减至原有的20％以内，运行维护费用每年节约3000万元以上。

(4)本发明在生产过程中只需少量更换残极，尽可能多的接续使用阳极，离线接续过程采用保温箱进行保温、有组织排烟收尘，同时能让烧结固化材料充分利用旧阳极炭块的余热进行烧结固化，离线接续过程：传统原型阳极在被吊出电解槽后还有500℃以上的高温，利用原型阳极的余热使原型阳极与涂覆了烧结材料的新阳极进行烧结，在自然常温环境中原型阳极降温过快，余热浪费严重不足以形成烧结反应时，采用保温箱存放新阳极，在保温箱内进行烧结，满足完全烧结需要的余热温度及持续时间，达到完全烧结为整体阳极组件的效果。

(5)本申请不改变传统铝导杆与阳极炭块的连接方式，无需改造现有电解槽和电解车间辅助多功能机械任何结构，不必大幅度改变现有生产操作步骤，阳极炭块形状改动小制造容易，不必在电解槽上恶劣环境进行工作，不改变原电解槽的结构设计，不影响原电解槽的主要工艺操作，结构简洁，操作简便，降低了原电解槽的改造成本。

(6)本发明利用烧结固化材料将新旧阳极在炭块余热的作用下烧结固化为一个整体，根据实际情况在必要时增加烧结排烟保温箱，例如在北方铝厂冬天温度降低时宜增加，南方铝厂环境温度普遍较高时可以不采用保温箱。

(7)本申请烧结固化材料由含有C、H、N、O元素的有机物质、树脂制成，制造成本与预焙阳极成本相近，同样可作为阳极参与铝电解的氧化还原反应，不污染铝液、不增加污染物排放、不增加电解铝厂生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本申请工艺旧阳极炭块烧结接续新阳极炭块时的结构示意图；

图2为背景技术所述现有技术铝电解槽示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式用实施举例的方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施例，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1

在一个正常生产的年产能为50万吨的电解铝厂，采用本发明的“一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺”技术，按照以下步骤操作：

(1)准备好新阳极炭块：将厚度为400mm的新阳极炭块放在铝电解槽旁边的烧结排烟保温箱中，在新阳极炭块的上表面涂覆烧结固化材料，形成平整的、覆盖完整上表面的烧结固化材料层，材料层厚度约5mm；

(2)吊出旧阳极炭块：在铝电解槽在线阳极中选取一件消耗到剩余厚度约300mm的旧阳极，按照传统换阳极时的工艺通过打开槽盖、扒料和结壳开口、松开小盒卡具、通过电解车间天车将铝导杆及其下面固定住的高温旧阳极炭块一起移出铝电解槽；

(3)旧阳极检查和底面处理：电解操作工在电解车间天车吊出旧阳极还未放下时，从旁边保持安全的距离目测检查旧阳极底面平整、炭块无裂纹、炭块厚度合适、底面带有少量粘接杂质，判断旧阳极炭块可以重复利用、并用长杆工具清理掉旧阳极底面杂质；操作工用红外测温枪检测旧炭块温度约700℃；

(4)新、旧阳极对位组装：用电解车间天车将高温旧阳极炭块吊入烧结排烟保温箱中，将旧阳极炭块叠置于上表面已涂覆好烧结材料的新阳极炭块之上；新、旧阳极上下对齐位置；旧阳极因为自身炭块和导杆组的重量对烧结固化材料层自然形成压力；

(5)烧结固化：新、旧阳极组装好之后，将保温箱密封，利用约700℃高温的旧阳极炭块的余热让夹在新、旧阳极之间的烧结固化材料进行烧结固化，烧结时间约3小时，使新、旧阳极炭块烧结连接成为一个厚度为705mm的整体，获得接续好新阳极炭块的阳极组件待用；

(6)吊入槽内：在电解槽需要更换阳极时，用电解车间天车将已烧结固化成一个整体的含底部新阳极炭块的阳极组件连同铝导杆一起吊出保温箱、吊入铝电解槽内空缺阳极的位置，固定高度，使用小盒夹具将阳极组件放入铝电解槽内继续反应。

(7)待该实施例阳极组件经过25天的在槽工作、底部新阳极炭块和烧结材料层均消耗完之后，又按照上述步骤(1)～(6)循环烧结接续新阳极，组成新的阳极组件，在电解工艺中循环更换使用。该组件共循环烧结使用了5次，直到与导杆钢爪连接的旧阳极炭块变薄到厚度只有150mm后，将其作为残极送至阳极组装车间处理。

本实施例与原有传统单阳极更换工艺对比：传统的单阳极厚度650mm、消耗500mm后剩余150mm厚度的残极，送至阳极组装车间处理，残极实际浪费率是23％；采用本发明技术后，传统原型阳极炭块厚度650mm、接续使用了5块400mm厚的新异型阳极炭块，共消耗5x400mm+5x5mm+500mm＝2525mm厚度的阳极炭块、剩余150mm厚度的残极，残极实际浪费率只有5.6％，在不增加和改造电解槽任何机构装置、不增加生产成本、不改变电解槽传统操作习惯的条件下，阳极炭块利用率提高了17.4个百分点，而且阳极组装车间的运行负荷率减少为原传统工艺的四分之一。

实施例2

在一个正常生产的年产能为50万吨的电解铝厂，采用本发明的“一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺”技术，按照以下步骤操作：

(1)准备好新阳极炭块：将厚度为450mm的新阳极炭块放在铝电解槽旁边的烧结排烟保温箱中，在新阳极炭块的上表面涂覆烧结固化材料，形成平整的、覆盖完整上表面的烧结固化材料层，材料层厚度约8mm；

(2)吊出旧阳极炭块：在铝电解槽在线阳极中选取一件消耗到剩余厚度约250mm的旧阳极，按照传统换阳极时的工艺通过打开槽盖、扒料和结壳开口、松开小盒卡具、通过电解车间天车将铝导杆及其下面固定住的高温旧阳极炭块一起移出铝电解槽；

(3)旧阳极检查和底面处理：电解操作工在电解车间天车吊出旧阳极还未放下时，从旁边保持安全的距离目测检查旧阳极底面平整、炭块无裂纹、炭块厚度合适、底面带有少量粘接杂质，判断旧阳极炭块可以重复利用、并用长杆工具清理掉旧阳极底面杂质；操作工用红外测温枪检测旧炭块温度约600℃；

(4)新、旧阳极对位组装：用电解车间天车将高温旧阳极炭块吊入烧结排烟保温箱中，将旧阳极炭块叠置于上表面已涂覆好烧结材料的新阳极炭块之上；新、旧阳极上下对齐位置；旧阳极因为自身炭块和导杆组的重量对烧结固化材料层自然形成压力；

(5)烧结固化：新、旧阳极组装好之后，将保温箱密封，利用约600℃高温的旧阳极炭块的余热让夹在新、旧阳极之间的烧结固化材料进行烧结固化，烧结时间约4.5小时，使新、旧阳极炭块烧结连接成为一个厚度为708mm的整体，获得接续好新阳极炭块的阳极组件待用；

(6)吊入槽内：在电解槽需要更换阳极时，用电解车间天车将已烧结固化成一个整体的含底部新阳极炭块的阳极组件连同铝导杆一起吊出保温箱、吊入铝电解槽内空缺阳极的位置，固定高度，使用小盒夹具将阳极组件放入铝电解槽内继续反应。

(7)待该实施例阳极组件经过29天的在槽工作、底部新阳极炭块和烧结材料层均消耗完之后，又按照上述步骤(1)～(6)循环烧结接续新阳极，组成新的阳极组件，在电解工艺中循环更换使用。该组件共循环烧结使用了4次，直到与导杆钢爪连接的旧阳极炭块变薄到厚度只有140mm后，将其作为残极送至阳极组装车间处理。

本实施例与原有传统单阳极更换工艺对比：传统的单阳极厚度650mm、消耗510mm后剩余140mm厚度的残极，送至阳极组装车间处理，残极实际浪费率是21.5％；采用本发明技术后，传统原型阳极炭块厚度650mm、接续使用了4块450mm厚的新异型阳极炭块，共消耗4x450mm+4x8mm+510mm＝2342mm厚度的阳极炭块、剩余140mm厚度的残极，残极实际浪费率只有5.7％，在不增加和改造电解槽任何机构装置、不增加生产成本、不改变电解槽传统操作习惯的条件下，阳极炭块利用率提高了15.8个百分点，而且阳极组装车间的运行负荷率减少为原传统工艺的四分之一。

实施例3

在一个正常生产的年产能为50万吨的电解铝厂，采用本发明的“一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺”技术，按照以下步骤操作：

(1)准备好新阳极炭块：将厚度为350mm的新阳极炭块放在铝电解槽旁边的烧结排烟保温箱中，在新阳极炭块的上表面涂覆烧结固化材料，形成平整的、覆盖完整上表面的烧结固化材料层，材料层厚度约5mm；

(2)吊出旧阳极炭块：在铝电解槽在线阳极中选取一件消耗到剩余厚度约350mm的旧阳极，按照传统换阳极时的工艺通过打开槽盖、扒料和结壳开口、松开小盒卡具、通过电解车间天车将铝导杆及其下面固定住的高温旧阳极炭块一起移出铝电解槽；

(3)旧阳极检查和底面处理：电解操作工在电解车间天车吊出旧阳极还未放下时，从旁边保持安全的距离目测检查旧阳极底面平整、炭块无裂纹、炭块厚度合适、底面带有少量粘接杂质，判断旧阳极炭块可以重复利用、并用长杆工具清理掉旧阳极底面杂质；操作工用红外测温枪检测旧炭块温度约800℃；

(4)新、旧阳极对位组装：用电解车间天车将高温旧阳极炭块吊入烧结排烟保温箱中，将旧阳极炭块叠置于上表面已涂覆好烧结材料的新阳极炭块之上；新、旧阳极上下对齐位置；旧阳极因为自身炭块和导杆组的重量对烧结固化材料层自然形成压力；

(5)烧结固化：新、旧阳极组装好之后，将保温箱密封，利用约800℃高温的旧阳极炭块的余热让夹在新、旧阳极之间的烧结固化材料进行烧结固化，烧结时间约2.5小时，使新、旧阳极炭块烧结连接成为一个厚度为705mm的整体，获得接续好新阳极炭块的阳极组件待用；

(6)吊入槽内：在电解槽需要更换阳极时，用电解车间天车将已烧结固化成一个整体的含底部新阳极炭块的阳极组件连同铝导杆一起吊出保温箱、吊入铝电解槽内空缺阳极的位置，固定高度，使用小盒夹具将阳极组件放入铝电解槽内继续反应。

(7)待阳极组件经过22天的在槽工作、底部新阳极炭块和烧结材料层均消耗完之后，又按照上述步骤(1)～(6)循环烧结接续新阳极，组成新的阳极组件，在电解工艺中循环更换使用。该组件共循环烧结使用了6次，直到与导杆钢爪连接的旧阳极炭块变薄到厚度只有150mm后，将其作为残极送至阳极组装车间处理。

本实施例与原有传统单阳极更换工艺对比：传统的单阳极厚度650mm、消耗500mm后剩余150mm厚度的残极，送至阳极组装车间处理，残极实际浪费率是23％；采用本发明技术后，传统原型阳极炭块厚度650mm、接续使用了6块350mm厚的新异型阳极炭块，共消耗6x350mm+6x5mm+500mm＝2630mm厚度的阳极炭块、剩余150mm厚度的残极，残极实际浪费率只有5.4％，在不增加和改造电解槽任何机构装置、不增加生产成本、不改变电解槽传统操作习惯的条件下，阳极炭块利用率提高了17.6个百分点，而且阳极组装车间的运行负荷率减少为原传统工艺的四分之一。

本发明与所有已公开的其他作用相近的技术中需要改造电解槽结构、需要在电解槽关联部位增加各种机构装置、需要改变炭块形状增加阳极炭块制造难度、基本都是在线连接阳极等特点有本质上的不同。

本发明利用旧炭块的余热在电解槽外离线烧结连接，不改造现有电解槽和电解车间辅助多功能机械任何结构、不改变现有生产操作习惯、阳极炭块形状改动小制造容易、不必在电解槽上恶劣环境进行操作，本发明公开的是一种全新的完全不同于以往技术的创新工艺。

综上所述，本发明无需改造现有电解槽和电解车间辅助多功能机械任何结构、不必大幅度改变现有生产操作习惯、阳极炭块形状改动小制造容易、不必在电解槽上恶劣环境进行操作，在生产过程中仅需少量更换残极，大量接续使用新阳极，使得铝电解生产过程中阳极炭块尽可能消耗，大幅减少残极产生，解决了现有铝电解工艺产生大量残极、因残极所含氟电解质带来的严重环境污染、阳极组装车间工作繁重、周转导杆组占用大量资金等问题。本发明的离线接续过程为：传统原型阳极在被吊出电解槽后还有500℃以上的高温，利用原型阳极的余热使原型阳极与涂覆了烧结材料的新阳极进行烧结，在自然常温环境中原型阳极降温过快余热浪费严重不足以形成烧结反应时，采用烧结排烟保温箱存放新阳极、在烧结排烟保温箱内进行烧结，满足完全烧结需要的余热温度及持续时间，达到完全烧结为整体阳极组件的效果；在烧结排烟保温箱内烧结，还可以避免产生的烟尘无组织排放、污染车间环境；不改变原电解槽的结构设计，不影响原电解槽的主要工艺操作，结构简洁，操作简便，不增加原电解槽的改造成本。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在没有背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)准备好新阳极炭块：将新阳极炭块放在铝电解槽旁边的烧结排烟保温箱中，在新阳极炭块的上表面涂覆烧结固化材料，形成平整的、覆盖完整上表面的烧结固化材料层，获得新阳极炭块；

(2)吊出旧阳极炭块：根据铝电解槽工艺操作的需要，在铝电解槽在线阳极中选取消耗到剩余厚度为150mm～500mm旧阳极炭块，按传统换阳极工艺，先打开槽盖、扒料和结壳开口，然后松开小盒卡具，通过电解车间天车将铝导杆及其下面固定住的高温旧阳极炭块一起移出铝电解槽；

(3)旧阳极炭块检查和底面处理：电解车间内的电解操作工在天车吊出的步骤(2)的旧阳极炭块还未放下时，在保持安全距离下，从旁边目测检查旧阳极炭块底面是否平整、炭块是否有裂纹、炭块厚度是否足够、底面是否带有粘接杂质，判断旧阳极炭块是否可以重复利用；

(4)新、旧阳极对位组装：用电解车间天车将步骤(3)的能够重复利用的高温旧阳极炭块吊入烧结排烟保温箱中，将旧阳极炭块对齐叠置于步骤(1)准备好的新阳极炭块之上，新、旧阳极之间夹有步骤(1)涂覆的烧结固化材料，新、旧阳极利用烧结排烟保温箱内的对位导向装置上下对齐位置，旧阳极炭块由于自身和导杆组的重力对烧结固化材料自然形成压力；

(5)烧结固化：新、旧阳极炭块组装好之后，将保温箱密封，加盖保温材料，利用高温旧阳极炭块的余热让夹在新、旧阳极之间的烧结固化材料进行烧结固化，使新、旧阳极炭块烧结连接成为一个整体，获得连接好新阳极炭块的阳极组件；

(6)吊入槽内：烧结固化完成后，打开保温箱，在电解槽需要更换阳极时，用电解车间天车将步骤(5)烧结固化成一个整体的含底部新阳极炭块的阳极组件连同铝导杆一起吊出保温箱、吊入铝电解槽内空缺阳极的位置，固定高度，使用小盒夹具将阳极组件放入铝电解槽内继续反应。

2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺，其特征在于：所述阳极有原型炭块和异型炭块两种；所述旧阳极炭块为原型炭块，是顶部留有碗孔和梯台，能够在铝电解组装车间进行铁水浇筑导杆钢爪形成一体的传统阳极炭块；所述新阳极炭块为异型炭块，该新阳极炭块顶部不再留有碗孔和梯台，上部为增加烧结抓持力而开有水平槽的较平整表面；所述异型炭块上表面是较平整但不光滑的平面，为增加烧结抓持力、保持连接稳定，该异型炭块上表面开有深度≥0.5mm、宽度≥0.5mm的纵横槽纹或能够增加表面凹凸度的花纹；为增加烧结抓持力，还能够通过对原型阳极的底面进行开槽或拉毛处理。

3.根据权利要求2所述的一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺，其特征在于：所述原型炭块完成与异型炭块烧结为一体后吊回到电解槽中继续参与反应，当异型炭块及烧结固化材料层消耗完后，再使用原型炭块重复进行烧结连接新的异型炭块，直至消耗到原型炭块已裂纹松动或其厚度可能会损伤传统钢爪而无法继续反应时，再将原型炭块按传统残极处理工艺进行更换。

4.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺，其特征在于：在步骤(1)，所述烧结固化材料由含有C、H、N、O元素的有机物质和树脂制成，该烧结固化材料具有能在150℃～900℃温度环境中烧结固化的特性，进行烧结固化后其导电性、承重、抗拉抗折抗压强度、杂质含量、反应活性方面均符合铝电解阳极炭块应用性能要求。

5.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺，其特征在于：在步骤(5)，所述烧结固化材料，主要是利用从电解槽中取出的≥200℃的高温旧阳极炭块的余热完成烧结，当旧阳极炭块的余温不足以将烧结固化材料完成烧结固化时，采用加热手段辅助完成烧结。

6.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺，其特征在于：在步骤(5)，所述阳极组件的高度能够根据铝电解槽空间、导电压降进行调整，利用新阳极炭块的预制高度和旧阳极炭块的残留厚度实现调整，能够调整的范围为300～1000mm。

7.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺，其特征在于：在步骤(5)，所述烧结固化的时间为1～36h，对应旧阳极炭块的余热温度为900～150℃。

8.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺，其特征在于：在步骤(6)，按照传统阳极结构连接导杆钢爪的原型炭块在上、新接续的异型炭块在下、中间通过烧结材料完成烧结连接的阳极组件，放置于电解槽旁，轮换填补在电解槽阳极空位上。

9.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺，其特征在于：所述烧结排烟保温箱是能实现密闭保温和有组织收集烟气的箱型装置，其放置在铝电解槽作业通道边，能够供多台电解槽共用，其内部设置有一个或多个阳极炭块存放和烧结工位，箱体内衬保温材料，侧边和顶部开有便于带导杆的阳极组进出的活动门或盖板，顶部或侧部连接有排烟通道。