[发明专利]一种全自动高效清洁的铝电解槽

说明书

技术领域

本发明属于铝电解槽，具体涉及一种全自动高效清洁的铝电解系统。

背景技术

1886年，美国人Hall和法国人Héroult各自独立发明了冰晶石-氧化铝熔盐电解炼铝法，即Hall-Héroult炼铝法，揭开了现代铝电解工业的序幕，该工艺以Al₂O₃颗粒为原料，采用Na₃AlF₆熔盐为电解质，炭素材料作为阳极和阴极，在直流电的作用下，在950℃的高温下，通过电解得到金属铝。

Hall-Héroult炼铝法是迄今工业生产金属铝的唯一方法，当前工业铝电解工艺先后经历了小型预焙槽、侧部导电自焙槽、上部导电自焙槽、大型不连续预焙及连续预焙槽、中间下料预焙槽几个发展阶段，大致可划分为以下几个阶段：

第一阶段，自1980年开始，通过母线结构设计优化技术，再配合以点式下料及电阻跟踪的过程控制技术，铝电解系列电流强度突破175kA的壁垒，电解槽能在更合理的氧化铝浓度范围内工作，实现电解温度的降低，为最终获得高电流效率和低电耗创造了条件。

第二阶段，80年代中叶起，电解槽更加大型化，点式下料可达到2公斤氧化铝/次，采用单个或多个废气的捕集系统，并应用微机的过程控制系统，对电解槽能量参数每5秒钟进行采样，通过自动供料系统，减少了灰尘对环境的影响。

第三阶段，90年代至今，电解槽的技术发展日渐繁荣，主要特点表现在：高电流效率、低能耗(电解过程的能量效率接近50％，其余的能量成为电解槽的热损失而耗散)、长寿命及高稳定性。

我国电解铝工业可自1954年第一家铝电解厂(抚顺铝厂)投产算起，而上世纪80年代，贵州铝厂从日本引进全套160kA中间下料预焙铝电解技术给我国铝工业的发展带来了新机遇，可视为我国现代铝电解技术的起点。此后，相继自主研制成功了180kA～600kA数十种类型电解技术，在槽型规模、节能降耗与自动控制上取得了较大的突破。

尽管如此，目前我国铝电解工业仍然存在系列难题，主要表现如下：1)目前电解的能耗依然维持在较高的水平，平均交流电耗仍然高达13000kWh/t-Al，能源利用率尚在50％左右徘徊，其中大部分浪费在低温(300℃左右)海量的烟气中；2)由于阳极中的硫含量日益增加，烟气中的污染物也日益增多，但其大多浓度十分低，治理极为困难，铝电解的环保压力日益增大；3)电解过程还存在诸多必须电解工介入的人工操作环节，如出铝和换极操作等，这些过程不但劳动环境恶劣，还会给电解槽的正常稳定运行带来长时间的影响，目前尚无自动化解决方案；4)现有铝电解控制系统尚为对电解槽的一个独立控制单元，缺乏对铝电解全流程的感知与控制，其水平较低。

这些难题产生的原因大致可归纳如下：首先，一直以来，电解槽上部为氧化铝与电解质构成的一层厚实覆盖料和结壳体，且由于近年来工艺条件的苛刻，上部覆盖料非常厚(部分企业甚至将覆盖料盖到了阳极钢爪处)，这直接导致换极操作过程复杂、环境恶劣、持续时间长，其自动化亦难以实现；其次，槽上部为一个半开放式系统，尽管有盖板，但大多密封极差，漏气严重，且由于经常的打壳换极操作，无法做到良好的密封，这导致大量的空气被吸入到烟气中(比例高达90％以上)，从而大幅冲淡了污染物的浓度、降低了烟气的温度，这是电解槽最大的能源浪费点及污染物难处理的根源。为此，有必要对电解槽上部覆盖料进行革新，甚至取消上部覆盖料，进而用一个代替的可快速操作的覆盖解决方案，既可以让电解能够在一个密闭体系内进行，又可以加速换极过程(无打壳等过程)，并提升烟气温度及富集污染物浓度，实现烟气中损耗热量的集中回收及污染物的集中处理，最终达成电解槽工艺中原铝生产的大幅降低及污染物的超低排放。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的铝电解槽存在的上述缺陷，提供一种新型的全自动高效清洁的铝电解系统，消除上部结壳对电解过程的妨碍作用，从而在大幅缩短换极时间的同时显著提高烟气温度并富集烟气中的污染物，在此基础上通过铝电解的全流程自动控制，实现铝冶炼全流程的高能效(能量利用率>70％，吨铝能耗<10000kWh)、超低排放(主要污染物排放降低90％以上)及车间减员80％以上。

本发明采用如下技术方案实现：