內襯是電解槽設計與建造中最受關注的部分。現在世界上鋁電解槽內襯的基本構造可分為“整體搗固型”、“半整體搗固型”與“砌筑型”三大類。
(1)整體搗固型。內襯的全部炭素體使用塑性炭糊就地搗固而成,其下部是用作保溫與耐火材料的氧化鋁,或者是耐火磚與輕質耐火磚。
(2)半整體搗固型。底部炭素體為陰極炭塊砌筑,側部用塑性炭糊就地搗固而成,下部保溫及耐火材料與整體搗固型的類似。
(3)砌筑型。砌筑型底部用炭塊砌筑,側部用炭塊或碳化硅等材料制成的板塊砌筑,下部為重質耐火磚與輕質耐火磚及其他耐火、保溫和防滲材料。根據底部炭塊及其周邊間縫隙處理方式的不同,砌筑型又分為“搗固糊接縫”和“黏結”兩種類型。前種類型是在底部炭塊砌筑時相互之間及其與側塊之間留出縫隙,然后用糊料搗固;后種類型則不留縫隙,塊問用炭膠糊黏結。
上述的整體搗固型與半整體搗固型被工業實踐證明槽壽命不長,而且電解槽焙燒時排出大量焦油煙氣和多環芳香族碳氫化合物,污染環境,因此已被淘汰。砌筑型被廣泛應用。砌筑型中的黏結型降低了“間縫”這一薄弱環節,被國外一些鋁廠證明能獲得很高的槽壽命,但對設計和材質的要求高。因為電解槽在焙燒啟動過程中,沒有間縫中的炭素為炭塊的膨脹提高緩沖(搗固糊在碳化過程中會收縮),因此若設計不合理或者炭塊的熱膨脹與吸鈉膨脹太大,便容易造成嚴重的陰極變形或開裂。
內襯的基本類型確定后,具體的結構將按最佳物理場分布原則進行設計。當容量、材料性能以及工藝要求不同時,所設計出來的內襯結構便應該不同,但一旦陰極結構設計的大方案確定(例如選用“搗固糊接縫的砌筑型”),則不論是小型還是大型槽,其內襯的基本結構方案可以是相似的。區別往往體現在具體的結構參數上,而對于同等槽型和容量的電解槽,結構參數上的區別往往由設計理念、物理場優化設計工具和筑槽材料性能上的差異所引起。
我國目前均采用搗固糊接縫的砌筑型。下圖是我國大型預焙鋁電解槽內襯基本結構方案的一個實例。
? ? ? ? ?內襯底部構成為:
1)底部首先鋪一層65mm的硅酸鈣絕熱板(或先鋪一層lOmm厚的石棉板,再鋪一層硅酸鈣絕熱板)。
2)在絕熱板上千砌兩層65mm的輕質耐火磚(總厚度,或者為加強保溫而干砌三層65mm的輕質耐火磚有種設計方案是在絕熱板上鋪一層5mm厚的耐火粉,用以保護絕熱板,然后在其上干砌筑輕質耐火磚)。
3)鋪設一層厚130~195mm的干式防滲料(具體厚度視輕質耐火磚的層數而定,即兩層輕質耐火磚對應厚度,三層輕質耐火磚對應195mm厚度),或者在三層輕質耐火磚上用耐火粉找平后鋪一層lmm厚鋼板防滲漏,再用灰漿砌兩層65mm的耐火磚。
4)在于式防滲料上(或耐火磚上)安裝已組裝好陰極鋼棒的通長陰極炭塊組。
5)陰極炭塊之間有35mm寬的縫隙,用專制的中間縫糊扎固。
內襯側部(底部干式防滲澆注料或耐火磚以上的側部)的構成及特點為:
1)對于與底部炭塊端部對應的側部,靠鋼壁砌筑一道65mm的輕質耐火磚,或者布設石棉板和40~60mm高溫硅酸鈣板;然后在該保溫層與底部炭塊之間澆注絕熱耐火混凝土(高強澆注料);并留出軋制人造伸腿的空隙。
2)在澆注料上方砌筑一層耐火磚,再在該耐火磚上方砌筑一層123mm厚的側部炭塊(或氮化硅黏結的碳化硅磚),并使其背貼炭膠到鋼殼壁上。
3)側部炭塊頂上用80mm寬、lOmm厚的鋼板緊貼住炭塊頂部焊接在槽殼上,防止炭塊上抬。
4)底部炭塊與側部砌體之間的周邊縫用專制的周圍糊扎成200mm高的人造坡形伸腿。
大型中間下料預焙槽從工藝上要求底部應有良好的保溫,以利于爐底潔凈;側部應有較好的散熱,以促成自然形成爐膛。側部炭塊下的澆注料(或耐火磚砌)做成階梯形,以抑制伸腿過長。
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