一种用泡沫铝新型工程材料制作铝电解槽集气装置的方法

摘要

本发明涉及铝电解冶金技术领域，具体涉及一种用泡沫铝新型工程材料制作铝电解槽集气装置的方法，用具有高比刚度和高比强度等优良力学性能，同时具有相对密度低、孔隙率高、比表面大以及优良的隔热、阻燃、抗冲击、抗腐蚀、耐高温、耐磨、电磁屏蔽、防水性、防汽性等多种物理性能于一体的闭孔泡沫铝板材、管材制作集气装置的水平盖板、端面罩板、侧面罩板、集气箱、支烟管与汇总烟管部件，提高集气装置的密封性能、保温隔热性能与电磁屏蔽性能，消除对环境与电解作业危害的同时综合利用烟气中的热资源创造有利条件。

说明书

技术领域

本发明涉及铝电解冶金技术领域，具体涉及一种用泡沫铝新型工程材料制作铝电解槽集气装置的方法。

背景技术

集气装置是铝电解槽上部结构的重要组成部分，其作用是捕集电解生产排出的烟尘，经净化回收处理后排放。它由集气罩与排烟管道组成，选用钢板制作集气罩的水平盖板、端面罩，选用铝合金板制作侧面罩、框架，选用钢管制作集气箱、支烟管与汇总烟管。采用全密闭集气、机械排烟技术，电解槽集气效率已达98%以上。但随着电解槽容量扩大，槽结构尺寸增加，使得大型铝电解槽的集气排烟问题变得愈来愈突出。纵观现有专利技术与文献报导，有以下技术问题尚待攻克：

一是烟气大量稀释问题。据理论计算与实测，生产1吨铝，将产出如表1所示的成分物质及其含量：

表1 铝电解烟气中各成分含量

烟气成分HFCO₂COSO₂沥青挥发物合计CO所占比重公斤/吨铝1710003307.9-15.5108.4147022.45%标准米³/吨铝195102642.8-5.4 80033%

表1是烟气成分的计算值，实测值比理论值高数十倍甚至数百倍。由于事故处理和排烟管泄漏，吸入大量空气，增大烟气处理量，净化处理设施与费用也相应增大，烟气中有用成分难以利用，如CO出炉时浓度20%以上，是一种与高炉煤气媲美的低热值煤气资源，因烟气稀释而无法利用，只好放空；由于受现有干式净化法的限制，高温烟气不能使用，沥青挥发物仍然混进载氟氧化铝中而影响其纯度。造成空气大量进入的原因是多方面的，与密闭罩结构形式、生产工艺操作因素有关，也与制作集气装置的材料有关。

二是烟气中大量低热资源的利用问题。根据某厂200KA的实测数据分析，电解过程中从烟气带走热量大致占整槽体系能量支出的20-30%，如表2所示：

表2  铝电解槽体系热损失分配表

 从表2可知，烟气带走的热量是电解槽热损失的主要源头之一，而现有技术研究的重点是液体与固体的热支出，而占热损失1/3的烟气研究甚少；而烟气捕集研究的重点也是在烟气危害造成的环保问题，对于烟气中热资源利用则关注不够，特别是因泄漏，空气大量进入排烟管道，使烟气温度，由出槽时900多度降至100多度，达不到有效利用的要求。有文献提出采用基于低沸点工质有机朗肯循环的铝电解槽烟气余热发电系统的方案，专利201110057622.4，提出一种利用铝电解生产烟气余热对氧化铝预热的方法，但这些都是低温烟气的利用方案，而高温烟气的捕集与利用尚未涉及。烟气在排烟管道中大幅降温，除因泄漏进入大量空气外，也与制作烟管的材料有关，现有水平盖板、侧面罩板，集气箱、支烟管、总烟管都是采用钢板、铝合金板制作，虽然都是易加工的耐高温材料，但也是导热性能好的材料，因不保温，必然带走大量热量，造成热资源的浪费。

三是集气装置空间的利用问题。现有集气装置占据的空间面积很大，但功能单一，只起集烟和排烟的功能作用，能否增加其功能呢？专利201210124341.0提出，为形成封闭的磁屏蔽回路的铝电解槽，在集气罩下方用铁磁性材料制作形态大小相近的磁屏蔽罩板，对上部母线进行磁屏蔽，构思虽好，但实施难度大，能不能用一种多功能材料，既具有密闭烟气功能，又具有优良的磁屏蔽功能呢？ 

本发明应用TRIZ理论与方法，经Pro/Innovator知识库查寻，采用多孔材料创新原理能有效攻克上述问题，而开发的一种用泡沫铝新型工程材料制作铝电解槽集气装置的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：采用具有高比刚度和高比强度等优良力学性能，同时具有相对密度低、孔隙率高、比表面大以及优良的隔热、阻燃、抗冲击、抗腐蚀、耐高温、耐磨、电磁屏蔽、防水性、防汽性等多种物理性能于一体的闭孔泡沫铝板材、管材制作集气装置的水平盖板、端面罩板、侧面罩板、排烟集气箱、排烟支管与排烟汇总管部件，提高集气装置的密封性能、保温隔热性能与电磁屏蔽性能，消除对环境与电解作业危害的同时综合利用烟气中的热资源创造有利条件。

为实现上述目的，采取以下技术方案：      

一是采用孔隙度≥80%、密度0.4-0.6 g／cm3、导热率0.15～0.25W/(mK)、耐温1000℃以上、比抗压强度6～34N/tex、抗弯强度6～15N/tex、线膨胀系数1.934×10K、吸能8J/cm3～30J/cm3、磁屏蔽效能80～110dB的闭孔泡沫铝板材、管材制作集气罩水平盖板、端头罩板、侧面罩板、框架以及排烟集气箱、排烟支管与排烟汇总管，达到质轻、保温、隔热、抗腐、电磁屏蔽、性价比高的多功能整体协调的技术效果。

二是水平盖板与端头罩板采用密度0.5g／cm3、厚度20㎜的泡沫铝板材制作，其长度与宽度根据不同的槽型尺寸确定；为提高气密性，一是水平罩块之间、端头罩块之间采用高温粘合剂连接为整体，二是质轻，每块水平罩块与端头罩块的重量比钢板制作的轻约2-3倍。

三是侧面罩板与框架采用密度0.5 g／cm3、厚度10-20㎜的泡沫铝板材制作，其长度与宽度根据不同的槽型尺寸确定，为提高气密性，增大每块面积，由原60块压缩为,28块，每侧各14块，每块重与铝合金重相当，人工开闭仍然十分快捷轻便。

四是集气箱、排烟支管、排烟汇总管采用0.5 g／cm³、厚度20-30㎜的泡沫铝板材制作／或管材定制，其长度与管外径根据电解槽型号与管网布局确定，排烟集气箱的进口气插入氧化铝覆盖料层，其出口与排烟支管、支烟管与汇总烟管之间连接采用高温粘合剂粘合，减少一次集气的泄漏，提高烟气的使用价值和有害烟尘的处理效果。

本发明与现有集气装置相比，具有以下特点：

一是实现集气与排气装置的轻量化，减轻工人开闭炉罩的劳动强度，为提高气密性创造了条件；

二是减少泄漏，提高烟气的富集浓度，为综合利用烟气中的多种资源开辟了新的途径；

三是同一装置实现多功能作用，集气罩既是收集烟尘的密闭装置，又是优良的电磁屏蔽罩，能够屏蔽来自上部母线90%以上的电磁波。

附图说明

图1是泡沫铝板材、管材制作的集气罩示意图，其中1为集气罩水平盖板，2为侧面罩板，3为排烟管，4为氧化铝下料管，5为电解槽槽体。

图2是泡沫铝板材、管材制作的排烟集气箱、排烟支管、排烟汇总管、排烟总管示意图，其中1为排烟集气箱，2为排烟支管，3为排烟汇总管，3为排烟总管。

具体具体实施方式

以某企业320KA铝电解槽为例，具体实施方式是：集气罩由水平盖板、侧头罩板、侧面罩板与框架组成，水平盖板、侧头罩板采用密度0.5g/cm3、厚20㎜的泡沫铝板材制作，水平盖板分为两个侧面，每侧面总长15750㎜，宽1600㎜,每侧采用粘合／或铆接方式将7块板材连接为一体,每块重18㎏；端面罩板长1100 ㎜，上底宽1200㎜，下底宽2000 ㎜，共4块，每块重17.6，侧面罩板采用密度0.5g/cm³、厚20㎜的泡沫铝板材制作，共28块，每块长1500㎜，宽500㎜，每块重5.4㎏；排烟集气箱、排烟支气管、排烟汇总管采用密度0.5g/cm³、厚20-30㎜的泡沫铝板材∕或管材制作，排烟汇总管外径为630㎜，内径为600㎜，每件长1000㎜，重约30㎏，管与管之间采用粘合连接，管的总长，根据管网布局而定，确保正常生产时，烟气不泄漏。