一種穿孔陽極碳塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁電解生產領域，特別涉及一種陽極碳塊的穿孔結構。
【背景技術】
[0002]鋁電解生產過程中，由于碳素陽極材料的大截面，使得反應氣體被壓在陽極底部，從而形成一層覆蓋在底部的氣膜，阻礙了反應的有效進行，增加了無效能耗。這層反應氣體所形成的氣膜，在電解槽典型的4.0OV電壓中可占據(jù)0.25V，是無效功用，因此應想法驅除。目前廣泛采取的方法是在陽極上開槽，開槽后的陽極能取得不小的收益，但有下面3個缺陷導致實施效果打了很大折扣:
I由于陽極開槽后與周圍氣氛相接觸的面積增大許多，高溫區(qū)內布達爾反應增加，陽極的無謂消耗和碳渣量都有增加；
2由于鋁電解反應消耗了陽極，陽極高度以每天約1.5cm的速度在降低，而受限于陽極開槽的高度(15cm或30?33cm)，開槽陽極技術的使用期為10天或20?22天，在約I個月的陽極使用周期內，該技術并不能得到有效利用；
3開槽陽極上槽后由于上下400多度的溫差，在熱膨脹作用下，開槽陽極的溝槽根部是陽極開裂掉塊破損的薄弱環(huán)節(jié)。
[0003]針對于此，穿孔陽極技術不僅避免和解決了開槽陽極在使用中的問題，而且能有效及時地疏散積壓在陽極底部的氣體，避免局部氣體滯留，從而達到縮短極距，降低槽電壓，實現(xiàn)節(jié)能降耗之目的。
[0004]由重慶天泰鋁業(yè)公司牽頭中南大學、重慶科技學院、重慶中電碳素有限公司四家單位組成的“產學研聯(lián)盟”，已結出累累碩果。繼2011年I月29日3臺穿孔陽極技術電解槽試驗成功獲得科技成果鑒定后，“穿孔陽極電解技術工業(yè)擴大應用”于日前再獲鑒定。2009年7月，該“產學研聯(lián)盟”成立，共同研究開發(fā)穿孔陽極鋁電解技術。同年12月成功研制出穿孔陽極產品，并在公司三臺168kA電解槽上進行九個月的工業(yè)試驗，取得良好效果。2011年I月29日，由中國有色金屬協(xié)會組織專家進行了 “穿孔陽極技術試驗成果鑒定”，鑒定結果認為“整體技術達到國際領先水平”。
[0005]自2011年4月開始，在30臺171.5kA電解槽上進行了工業(yè)擴大應用。2012年2月11日，由中國有色金屬協(xié)會再次組織專家，進行了“穿孔陽極電解技術工業(yè)擴大應用”科技成果鑒定。鑒定結果認為:“該技術節(jié)電顯著，經濟效益和社會效益明顯，便于推廣，穿孔陽極屬國際首創(chuàng)，總體技術水平達到國際先進水平，建議推廣應用”。
[0006]目前，關于穿孔陽極技術的專利至少包括以下四項:
發(fā)明專利名稱:鋁電解用帶排氣孔陽極申請?zhí)?200810141325.6 ；
發(fā)明專利名稱:一種制作穿孔陽極的方法申請?zhí)?201010617877.7 ；
實用新型專利名稱:鋁電解用帶排氣孔陽極申請?zhí)?200820149120.8 ；
實用新型專利名稱:鋁電解用穿孔陽極申請?zhí)?201020055459.9。
[0007]穿孔陽極技術的優(yōu)點: 穿孔陽極在焙燒時可以使陽極生塊內部增加與外部的接觸，有利于焙燒時內部氣體、揮發(fā)份的逸出，使內外部溫差減少、溫度更均衡，減少內外熱應力；
穿孔陽極這個迥異于現(xiàn)行開槽陽極的驅除陽極氣體的技術，既能有效驅除陽極氣體，避免局部氣體滯留，從而達到縮短極距，降低槽電壓，實現(xiàn)節(jié)能降耗之目的，又避免了現(xiàn)行開槽陽極使用時間不長、因空氣氧化和二氧化碳的布達爾反應作用掉渣、結構破損缺陷。
[0008]穿孔陽極技術的缺點:
現(xiàn)行穿孔陽極技術設計時是將陽極底掌氣體直接從連通陽極底部和表面的穿孔排出到陽極上表面，但由于在電解運行過程中陽極表面添加有> 16cm厚的氧化鋁覆蓋料層和電解質結殼層的影響，因此穿孔從陽極底部穿出到表面時，為避免穿孔被覆蓋料層等堵塞，而額外采取了用耐火材料管材(如氧化鋁材質的剛玉管、硅酸鋁材質的管材等)或金屬管材來接通外界的方法，增加了耐火物料消耗和勞動強度，而且增加的這些器物對電解槽的操作有著不小的負面影響。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術問題是:提供一種穿孔陽極碳塊，能夠有效排出反應氣體，降低其底面氣膜造成的壓降，同時陽極碳塊的加工方便，易于實施。
[0010]本發(fā)明采用的技術方案是:一種穿孔陽極碳塊，包括碳塊上表面的穿孔，碳塊側表面上還有與穿孔相通的側向穿孔。雖然原理上還是在陽極上穿孔，但是現(xiàn)有技術均是在碳塊的上表面，沿著垂直方向(或有一定傾斜角)開孔，陽極氣體只有上方的出口，因此易受陽極覆蓋料和結殼的影響。本發(fā)明增加了碳塊側表面上的側向穿孔(例如兩排側向穿孔)，側向穿孔與垂直方向的穿孔相通，于是側向穿孔可作為氣孔。如此可以避免現(xiàn)行穿孔陽極的不足(采用耐火材料管材或金屬管材來接通外界的做法)而直接使用，不必額外增加物料和人工損耗。
[0011]側表面穿孔的目的是要解決單一的垂直方向(或帶有傾角)穿孔排氣不暢或者額外接排氣管的不便，因此側向穿孔的核心是要保證在整個電解過程中都有足夠的通道使碳塊內氣體排出，且不易被堵塞。因此側向穿孔的數(shù)量多少，孔徑大小，穿孔的路徑為直線孔或曲線孔，都是要為連通碳塊和外部區(qū)域服務。簡單的說，側向穿孔可以是在側表面隨機的分布，兩行，三行甚至是無固定排列，所有孔徑可以相同，也可以不同，穿孔路徑既可以是直線，甚至是曲線。
[0012]側向穿孔為通孔、盲孔或通孔與盲孔的組合。由于只需要側向穿孔與穿孔連通即可達到排氣的作用，所以為了減少加工鉆孔的時間和成本，同時也考慮到碳塊的利用率，可以采用全盲孔，全通孔或者盲孔與通孔組合的方式。
[0013]側向穿孔的截面為圓形。圓形的截面主要是考慮到減少應力集中和加工鉆孔的方便。
[0014]側向穿孔的直徑大于、等于或小于穿孔的直徑?？讖降拇笮∪Q于排氣量的大小和穿孔加工時的難易程度。
[0015]側向穿孔有兩行，且其軸線均平行于碳塊的上表面。兩行側向穿孔中位置居上的側向穿孔中心距離碳塊下表面距離為45cm，位置居下的側向穿孔中心距離碳塊下表面距離為30cm。上述兩個距離是基于常用的陽極碳塊的高度在500?700mm之間，通過計算和實際觀察得來。兩行側向穿孔作為氣孔，從陽極碳塊下表面起的高度分別為30cm和45cm(這里均是指側向穿孔中心距離下表面距離)一與開槽陽極的溝槽高度一樣。因為氣孔的高度直接決定了穿孔陽極的可用時間，所以側向穿孔的高度按照下述因素設計:考慮到兩行側向穿孔(氣孔)在陽極進入電解槽后，下部要被電解質淹沒至少16cm，上部要被覆蓋料和電解質結殼蓋去約15cm，陽極裸露的部分為距離上、下表面16?26cm的這個范圍。隨著陽極的消耗(每日消耗高度典型值為1.5cm)，陽極高度是要不斷下降的，因此距離下表面高度45cm的位置居上的側向穿孔一開始可能被覆蓋料和電解質結殼蓋住，但是在陽極消耗并下降到位置居下(距離下表面30cm)的側向穿孔與電解質接觸后，這排高位側向穿孔便會接通發(fā)揮作用。
[0016]側向穿孔是在現(xiàn)有技術，即垂直方向上對陽極穿孔的基礎上的改進。而垂直方向上對陽極穿孔是在陽極成型時通過改造上壓塊增加穿孔桿來使生塊直接成型。
[0017]側向穿孔不能采用類似的方法，但其穿孔可利用機械鉆頭來僅限打孔，由于陽極碳塊的水平截面(即平行于下表面或上表面的截面)典型尺寸為1500mmX660mm，考慮可從較短的方向，即660mm這個上實施要難度相對較低。加工時間既可以在生塊