本发明专利技术涉及用于电解槽，特别是用于生产铝的电解槽中的壁的侧壁砖，用于制造这种侧壁砖的方法，这种侧壁砖的用途，和具有这种侧壁砖的电解槽。侧壁砖(28)是层状体，其包含具有较高热导率的层和具有较低热导率的层，其中所述热导率的差至少为5W/(m·K)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于还原铝的电解槽中的壁的侧壁砖本专利技术涉及用于电解槽，特别是用于生产铝的电解槽中的壁的侧壁砖(Seitenstein)，用于制造这种侧壁砖的方法，和这种侧壁砖的用途以及具有这种侧壁砖的电解槽。电解槽被用于通过电解来生产铝，这在工业中常规上通过Hall_H6roult方法来进行。在Hall-H6roult方法中，将由氧化铝和冰晶石构成、优选由约15%?20%氧化铝和约85%?80%冰晶石构成的熔体电解。冰晶石NaJAlF6]由此用于将纯氧化铝的2045°C的熔点降低到含有冰晶石、氧化铝和外加物质例如氟化铝和氟化钙的混合物的约960°C，使得可以在约960°C的降低的温度下进行熔体电解。在这种方法中使用的电解槽具有由形成阴极的多个毗连的阴极块、例如24个毗连的阴极块构成的底部。在所述毗连的阴极块之间形成间隙。所述阴极块和可被填充的所述间隙的布置一般被称为阴极底部。所述阴极底部被由多个侧壁砖形成的壁封闭，并且所述壁与所述阴极底部一起形成内槽，所述内槽容纳铝层和熔体层并且其被外钢槽封闭。毗连的阴极块之间以及阴极块与侧壁砖之间存在的间隙或间隔在常规上用碳和/或含碳材料如无烟煤或石墨的捣打料以及粘合剂如煤焦油沥青进行填充。其充当针对熔融成分的密封并且补偿例如由于阴极块在电解槽启动期间受热时的膨胀而出现的机械应力。为了承受在电解槽操作期间普遍存在的热和化学条件，所述阴极块在常规上由均一的含碳材料构成，并且所述侧壁砖在常规上由均一的含碳材料或碳化硅构成。所述阴极块的底面设置有凹槽，在每个凹槽中布置有至少一个电流导轨，经阳极供应的电流通过所述电流导轨从电解槽传送出来。在阴极底部下面，也就是说在阴极块与容纳阴极的钢槽的底部之间，在常规上设置有耐火材料衬里，其使钢槽底部与阴极底部热绝缘。由单独的阳极块形成的阳极布置在位于阴极上面的熔融铝层上方约3cm?5cm处，含有氧化铝和冰晶石的熔体位于所述阳极与铝表面之间。在约960°C下进行电解期间，形成的铝由于其密度与熔体相比较大而沉降在熔融层下方，也就是说作为阴极块的顶面与熔融层之间的中间层。在电解期间，溶解在熔融冰晶石中的氧化铝被流过的电流分解成铝和氧。根据电化学观点，熔融铝层是真正的阴极，因为铝离子在其表面处被还原成元素铝。然而，在下文中术语阴极将被理解为不是指根据电化学观点的阴极即熔融铝层，而是指形成阴极底部并由一个或多个阴极块构成的部件。为了确保电解槽的高生产率，现代电解槽在例如高达600kA的高电解电流强度下操作。这些高电流强度导致在电解过程期间的热量产生增加。由于高的热量产生，已发现，难以以如下方式适配来自电解槽的热耗散:使得在整个电解槽中实现在电解的稳定性和效率方面以及在电解槽的使用寿命方面的最佳热状况，电解的能源效率例如因热量产生较高的电解槽区域中的过多热能损失而降低。电解操作的可靠性和经济性以及电解槽的使用寿命因此由于电解槽中的不利热状况而受损。虽然可以经由钢槽底部通过布置在阴极底部与钢槽之间的耐火衬里来调节在电解槽中产生的过量热量、即维持熔融过程所不需要的热量的耗散，所述耐火衬里在常规上由耐火砖或板构成，所述耐火砖或板放置在钢槽中并且在钢槽底部区域中堆叠在彼此顶部上，但经由利用阴极底部和侧壁砖形成的内槽的相对薄侧壁进行热耗散对于液态铝层和发生电解的熔融层的区域中的温度条件也发挥了重要的作用。所述侧壁中的热流与电解槽中的热状况特别相关，因为侧壁在常规上与电解槽中的各种成分和介质接触，即特别是与液态铝层、布置在其上的液态熔融层、在所述液态熔融层上方存在的固化熔体或硬壳层和在电解槽期间由其中所含的多种元素产生的气体气氛接触。所产生的热能的量必须以限定方式部分地耗散，但同时也必须避免过多的热损失，所述热损失意味着能量损失并因此损害电解过程的经济性。在已知电解槽中，由于侧壁的垂直构造和所产生的结构要求，在相对薄的侧壁区域中不存在如在钢槽底部区域中所提供的另外的堆叠耐火砖衬里，使得经由侧壁的热耗散不能以与底部区域中的相同的简单方式进行适配。在常规上由含碳材料或碳化硅构成的均一侧壁在与侧壁的平面垂直的方向上的热传导性质方面是均匀的，并且只允许有限控制操作期间侧壁中的热流和等温曲线。这种在侧壁与阴极块之间的间隙在常规上用碳和/或含碳材料如无烟煤或石墨的捣打料以及粘合剂如煤焦油填充。这种间隙通常是手工或半自动捣打的，由此可能出现捣打失误，这可导致对间隙的破坏，或者在最坏的情况下甚至是电解槽整体的过早损坏。这种破坏通常只发生在电解槽的启动期间或操作期间。在相应的间隙更大、更宽或更厚时都将会出现破坏的风险。更宽或更厚的间隙另外也意味着更高的操作费用和对于环境和管理电解槽的人员的更高负担，因为在常规的捣打料中存在有害于健康的物质。已知通过预烧碳或石墨的倾斜层来替换在侧壁砖与阴极块之间需要的一些或全部的捣打料。如果仅替换一些捣打料，则使捣打料间隙的厚度降低多于50%?99%，优选多于75%?99%，特别优选多于90%?99%。此外也有可能的是，例如为了产生用于扩大阳极表面的空间，这个层不填充整个体积的原始捣打料层。在大部分情况下，保持具有例如50mm厚度的薄的垂直的周围捣打料间隙。可将例如氮化硅结合碳化硅的垂直布置的侧壁砖连接至这个倾斜层。这种包含侧壁砖和倾斜层的构造在下文被称为“复合侧壁砖”。在现代电解槽中已经使用了其中将氮化硅结合碳化硅粘接结合至倾斜层的复合侧壁砖。常规使用的粘接剂可能包含有害于健康的物质，这又意味着对于环境和管理电解槽的人员的更高的负担。另外，粘接剂材料的施用需要另外的操作步骤。如果由于不合适的粘接剂材料或其不当施用而出现粘接失误，则粘接结合的接头可失效。这种复合侧壁砖的侧壁砖由均一材料制成并且因此不允许在侧壁砖自身的热导率方面出现任何差异。所述粘接剂材料或粘接结合的接头也可能影响电解槽中的热流。因为粘接结合的接头本身是非常薄的，所述接头中的不规则处可损害相应的局部热流。在电解槽启动期间的粘接剂材料的碳化可导致其粘着力降低，这可意味着预烧碳或石墨的倾斜层与垂直的侧壁砖之间的结合弱化。如果所述结合失效，即以上倾斜层和垂直的侧壁砖不再彼此连接，则热流以不确定方式受损并且不能再充分地确保必要的热耗散。这可导致电解槽过热，并且在最坏的情况下，导致其过早损坏，即电解槽的寿命或使用寿命降低。也可在形成侧壁的单独的侧壁砖之间使用呈薄的粘接层形式的粘接剂材料。DE 3506200公开了用于电解槽的壁的侧壁砖，该侧壁砖是具有逐层构造的复合体，其包含含碳材料的内层和硬质陶瓷材料的外层，这两个层彼此紧密连接。从而可以实现几乎不受阻碍的从内部到外部的热流。然而，当使用这样的侧壁砖时，耐磨损性，特别是耐磨蚀磨损性和/或耐腐蚀磨损性，仍然是不够的。因此，利用已知的电解槽不可能实现最佳的工艺条件，特别是当在高的电解电流强度下操作时情况如此，其结果是由此可实现的电解过程的稳定性和经济性是有限的并且电解槽的使用寿命受损。因此，本专利技术的一个目的是提供用于电解槽的壁的侧壁砖，当将其用于电解槽中时，确保了在电解操作期间最佳的工艺条件和相应的高经济性和稳定性以及电解槽的长使用寿命。特别地，所述侧壁砖以如下方式通过电解槽的侧壁调节热耗散:电解期间在电解槽中普遍存在最佳热状况，并且本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于电解槽中的壁的侧壁砖，所述电解槽特别是用于生产铝，其中所述侧壁砖(28)为层状体，所述层状体包含具有较低热导率的层(36)和具有较高热导率的层(38)，在920℃～1000℃的温度下测得的较低热导率与较高热导率之间的差至少为5W/m·K，其特征在于所述层(36，38)中的至少一个掺杂有硅(粉末)、氧化的陶瓷材料或非氧化的材料。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·希尔特曼，詹努兹·图马拉，加赞法尔·阿巴斯，托马斯·弗罗梅尔特，赖纳·施米特，马库斯·普费弗，
申请(专利权)人：西格里碳素欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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