CN101413136B

CN101413136B - 具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽

Info

Publication number: CN101413136B
Application number: CN2008102280177A
Authority: CN
Inventors: 冯乃祥
Original assignee: Shenyang Beiye Metallurgical Technology Co Ltd
Current assignee: Shenyang Beiye Metallurgical Technology Co Ltd
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: WO2010040270A1; CN101413136A; US20110056826A1

Abstract

一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽，包括电解槽槽壳、电解槽内衬、耐火材料、阴极炭块、内衬碳砖、炭素捣固糊、耐火混凝土和阴极碳棒，其特征在于：阴极炭块的顶面带有一个以上凸起结构，每个凸起结构与阴极炭块连成一体，各凸起结构的排列方式为平行阴极炭块轴向、垂直阴极炭块轴向或者两者混合排列。本发明的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽可以减缓电解槽内横向和纵向的阴极铝液流动速度和降低横向和纵向铝液面波动的高度，提高铝金属铝液面的稳定性，减少铝的溶解损失，降低铝电解生产电能消耗，延长了新型阴极结构电解槽的寿命。

Description

具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽

技术领域

本发明属于铝电解技术领域，特别涉一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽。

背景技术

目前，工业上的纯铝主要是用冰晶石—氧化铝熔盐电解的方法生产的。其专用设备为内衬有炭质材料的电解槽。此电解槽的钢制外壳与炭质内衬之间为耐火材料和保温砖。电解槽的炭质内衬一般由炭砖(或块)砌筑而成，炭砖(或块)的材质为具有较好的抗钠和电解质腐蚀性能的无烟煤或石墨质材料，或两者的混合物。在它们之间的连接处用上述炭素材料制成的炭糊进行捣固。在电解槽底部炭块的底部安置有钢棒，并伸出电解槽的槽壳之外，此钢棒常称为电解槽的阴极钢棒。在电解槽的上方悬挂有用石油焦制成的炭质阳极，电解槽的阳极之上安置有金属制成的阳极导杆，通过此阳极导杆可以将电流导入，在炭质阴极和电解槽的炭质阳极之间为温度在940～970℃的冰晶石—氧化铝电解质熔体和熔融的金属铝液。此金属铝液和电解质熔体是互不相溶的，且铝的密度大于电解质熔体的密度，因此铝在电解质熔体的下面与炭阴极接触。当直流电流从电解槽的炭质阳极导入，从炭质阴极导出时，由于电解质熔体是离子导电体，便使溶解有氧化铝的冰晶石熔体在两极发生电化学反应。此反应的结果是含氧离子在阳极上放电所生成的氧与炭阳极上的炭反应，其电解产物以CO₂的形式从阳极表面逸出。含铝的离子在阴极上放电，从阴极上获得3个电子，生成金属铝。此阴极反应是在电解槽中的金属铝液表面进行的。电解槽阴极表面与炭阳极底面之间的距离称为电解槽的极距。通常在工业铝电解槽中，电解槽的极距为4～5cm。极距在通常的工业铝电解生产中是一个非常重要的工艺和技术参数，太高或太低的极距都对铝电解生产影响，这是因为：

太低的极距会增加从阴极表面溶解到电解质熔体中的金属铝与阳极气体的二次反应，使电流效率降低；

太高的极距会增加电解槽的槽电压，使铝电解生产的直流电耗增加。

作为铝电解生产来说，希望电解槽有最高的电流效率和最低的电能消耗，铝电解生产中，其直流电耗可以用如下公式来表示：

W(度电/吨铝)＝2980×V_平/CE (1)

式中：V_平为电解槽的平均槽电压(伏)，CE为电解槽的电流效率(％)

从上式可以看出，为了降低铝电解生产的电能消耗，可以通过提高电解槽的电流效率和降低电解槽的平均槽电压来实现。

电解槽的槽电压降低0.1伏，可使电解槽的直流电耗降低320度电/吨铝左右。而电解槽的电流效率每提高1％，可使直流电耗降低150度电/吨铝左右。可见，在不影响电解槽电流效率的情况下，降低槽电压对铝电解生产的意义极其的重大。如果既能降低槽电压，又能提高电解槽的电流效率，那么对降低铝电解生产直流电耗的意义更大。

电解槽的极距是决定槽电压大小的重要工艺和技术参数，就目前的工业电解槽而言，其极距每降低1mm，约使槽电压降低35mV左右，从(1)式可以看出，在不降低电解槽电流效率的情况下，它可以使铝电解生产的直流电耗每吨铝降低100多度电。由此可见，在不影响电流效率的情况下，降低极距，对铝电解生产的电能消耗意义重大。通常工业铝电解槽的极距在4.0～5.0cm，其大小是用一个带勾的

15mm左右的冷钢纤竖直伸入电解槽的电解质熔体中并垂直地勾在阳极底掌面上约一分钟左右后，从电解槽中提出，利用铝与电解质的分界面，观测出铝液面与阳极底掌面之间的距离，因此用这种方法测出的极距并非是电解槽的真正极距，这是因为电解槽内的金属铝液面受电解槽内电磁场力和阳极气体从阳极逸出时，对金属铝液面作用产生波动。有文献报导，电解槽阴极铝液面波峰高度约在2.0cm左右。假如电解槽没有铝液波动，那么电解槽可在2.0～3.0cm的极距下进行电解生产。这样，可使槽电压降低0.7～1.0伏，从而达到使电解槽节电2000～3000度电/吨铝的目标。

基于这种理论，冯乃祥发明了一种其阴极炭块表面沿炭块的纵向方向，即系列电流方向相一致的方向，具有突起墙体的阴极炭块，及其由这种阴极炭块所砌成的一种异型阴极炭块结构铝电解槽。这种电解槽已在重庆天泰铝业大型电解槽上进行试验，试验电解槽的槽电压由原来的4.1伏降低到3.8伏，取得了明显的节电效果。但试验结果也发现：(1)这种电解槽的阴极结构具有能消减来自电解槽纵向方向，即与系列电流相垂直方向铝液波动的功能，但不能消减来自电解槽横向方向铝液的波动。(2)阴极炭块表面凸起的墙体与阴极炭块基体相结合的地方应力差较大，凸起容易在此处断裂，断裂的突起容易给电解槽的操作带来影响，并降低电解槽寿命。

发明内容

针对上述的异型阴极炭块结构铝电解槽的不足和所存在的问题，本发明提供一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽。

本发明的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽包括电解槽槽壳、保温材料、底部耐火砖和保温砖、阴极炭块、侧部碳砖、炭素捣固糊、耐火混凝土和阴极钢棒。其中阴极炭块的顶面带有一个以上凸起结构，每个凸起结构与阴极炭块连成一体，各凸起结构的排列方式为平行阴极炭块轴向、垂直阴极炭块轴向或者两者混合排列，其中垂直于阴极炭块轴向的凸起结构为横向凸起结构，平行于阴极炭块轴向的凸起结构为纵向凸起结构。

凸起结构阴极炭块的材质与传统的电解槽阴极炭块相同，由无烟煤、人造石墨碎或者无烟煤和人造石墨碎的混和料制成，或者是石墨化或半石墨化的阴极炭块。

凸起结构横截面为梯形或矩形梯形混合体，其中横截面为矩形梯形混合体时，矩形在梯形的上面。

阴极炭块上的凸起结构的横截面宽度根据阴极炭块基体的宽度设置，在阴极炭块基体的宽度为400mm的情况下，横向凸起结构横截面的上部宽度为150～250mm，下部的宽度为200～300mm；纵向凸起结构分为单行排列和双行排列，单行排列时，纵向凸起结构横截面的上部宽度为150～250mm，下部的宽度为200～300mm；双行排列时，纵向凸起结构横截面的上部宽度为80～120mm；纵向凸起结构横截面的高度为80～160mm，在阴极炭块基体宽度增加的情况下，凸起结构的横截面尺寸按比例增加。

当阴极炭块上的凸起结构全部为横向凸起结构时，相邻的两个阴极炭块上的各个横向凸起结构相互交错，横向凸起结构的长度与阴极炭块基体的宽度相同或小于炭块基体宽度40～60mm；同一阴极炭块上相邻横向凸起结构之间的最小距离为300～500mm；最靠近出铝口的阴极炭块上中间位置为两个横向凸起结构之间的空隙。

当阴极炭块上的凸起结构全部为纵向凸起结构时，各个纵向凸起结构的轴线与阴极炭块基体的轴向平行，其长度按每个阴极炭块排列不少于两个纵向凸起结构设置，且位于两端的纵向凸起结构底部与阴极炭块两端的距离为30～50mm；纵向凸起结构位于阴极炭块基体中心的两侧，中间的两个纵向凸起结构之间的空隙正对出铝口，同一阴极炭块上相邻的纵向凸起结构之间的最小距离为100～200mm。

当阴极炭块上的凸起结构的排列方式为混合排列时，横向凸起结构与纵向凸起结构高度一致，横向凸起结构与纵向凸起结构之间的距离为30～100mm；位于阴极炭块基体中间位置的凸起结构为横向凸起结构，在与出铝口最靠近的阴极炭块上，位于出铝口附近的横向凸起结构与阴极炭块基体外侧面的最小距离为30～300mm；阴极炭块基体的外侧面为该阴极炭块面向出铝口槽内衬的侧面。其中混合排列的横向凸起结构和纵向凸起结构分为间断设置和连续设置，间断设置时，横向凸起结构和纵向凸起结构之间的距离为30～100m，连续设置时，横向凸起结构和纵向凸起结构连接在一起。

当阴极炭块上的凸起结构的排列方式为混合排列时，纵向凸起结构分为单行排列和双行排列，单行排列时，每个阴极炭块上的纵向凸起结构和横向凸起结构交错排列；双行排列时，每个阴极炭块上的每两个并列的纵向凸起结构为一组，每组纵向凸起结构和每个横向凸起结构交错排列，一组凸起结构之间的最小距离为30～100mm。其中混合排列的横向凸起结构和纵向凸起结构分为间断设置和连续设置，间断设置时，横向凸起结构和纵向凸起结构之间的距离为30～100mm，连续设置时，横向凸起结构和纵向凸起结构连接在一起。

位于出铝口附近的阴极炭块设置可保证出铝口操作方便。

本发明的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽结构中，凸起结构阴极炭块的制作方法为：采用现行的制作阴极炭块的材料，用振动成型的方法制作成所需形状的生坯料，然后经焙烧制得；或者先用振动成型的方法制作长方体坯料，再进行焙烧后，用机械加工制成所需形状。

本发明的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽结构为：电解槽槽壳内的侧部为侧部碳砖，电解槽内的槽底阴极由不少于8个表面具有凸起结构的阴极炭块构成，相邻阴极炭块的之间留有20～40mm的缝隙，其间用炭素捣固糊捣固；侧部碳砖之下，底部耐火砖和保温砖之上用耐火混凝土捣固，在侧部碳砖与阴极炭块之间用炭素捣固糊捣固；在阴极炭块的下面连接阴极钢棒，此阴极钢棒的两端伸出电解槽槽壳之外，用作电解槽的阴极。

由于本发明的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽在其槽底内衬上采用了其表面具有凸起结构的阴极炭块，此阴极炭块下部非凸起结构的炭块基体的宽度大于上面凸起结构的宽度，且炭素捣固糊只捣固在阴极炭块的非凸起结构的基体之间，因此在电解槽的底部出现了由上表面具有凸起的阴极炭块的凸起结构所形成的一排排凸起结构，这些凸起结构是电解槽阴极炭块的组成部分。

本发明中侧部碳砖材质为无烟煤、人造石墨碎、无烟煤与人造石墨碎的混和料或者炭化硅材料。

本发明的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽中，在相邻的两个阴极炭块之间设置沉淀槽，沉淀槽设置的方式为：在阴极炭块基体上表面的两个侧边设置角形沟槽，相邻的两个阴极炭块上相对的两个角形沟槽与炭素捣固糊的顶面共同形成凹形沉淀槽，在电解生产中沉淀槽内填充由冰晶石和氧化铝组成的沉淀物防止铝液熔化阴极钢棒，角形沟槽相对于阴极炭块基体的上表面深度为20～50mm，宽度为20～50mm，长度与阴极炭块长度一致；沉淀槽深度为20～50mm，宽度为80～140mm。

本发明的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽的结构同现行工业铝电解槽相似，所不同的是在电解槽底部阴极炭块的形状与结构上与现行电解槽截然不同，除此之外，具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽其侧部和底部较比现行的电解槽具有更好的保温设计。

采用本发明的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽生产金属铝的方法如下：

1、提供具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽；

2、用火焰焙烧或先火焰后铝液焙烧的焙烧方法实施对本发明的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽焙烧，焙烧终了时按与现行的电解槽启动方法启动电解槽。

3、在电解槽启动后的正常生产技术管理中，电解槽中的铝液水平从凸起结构的上表面算起，其高度在出铝后为10～50mm。正常的生产中电解槽的极距为25～40mm，槽电压为3.3～3.9伏。

4、在电解过程中，阴极炭块基体之间炭素捣固糊上面的氧化铝电解质沉淀槽中，充满主要由冰晶石和氧化铝组成的沉淀物，此沉淀物在电解温度下熔化封闭烧结后的炭素捣固糊之间的裂缝，可以防止铝液熔化阴极钢棒，导致电解槽破损。除次以外，在正常生产中，本发明提供的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽所有的其它工艺和技术条件与现行的阴极结构的铝电解槽均相同，这些技术条件是：电解质水平15～25cm，电解质分子比2.0～2.8，氧化铝浓度1.5～5％，电解质温度935～975℃。

在上述的工艺技术条件下，在电解槽阴极上所发生的电解反应为：

Al³⁺(络合的)+3e＝Al。

采用本发明的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽可以减缓电解槽内阴极铝液的流动速度和降低铝液纵向的和横向的波动高度，达到提高铝电解槽的金属铝液面的稳定性，减少铝的溶解损失，提高电流效率和减少极距，降低槽电压和铝电解生产电能消耗，以及能提高凸起的墙体与基体之间相连接处的强度，减少其破损，提高其使用寿命的目的。凸起结构的梯形或梯形矩形混合体的设置方式可以保证凸起结构有足够的强度。本发明具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽示意图；

图2为图1的B-B面示意图；

图3为本发明实施例2的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽示意图；

图4为图3的B-B面示意图；

图5为本发明实施例3的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽示意图；

图6为图5的B-B面示意图；

图7为本发明实施例4的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽示意图；

图8为图7的B-B面示意图；

图9为本发明实施例5的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽示意图；

图10为图9的B-B面示意图；

图11为本发明实施例中梯形横向凸起结构横截面示意图；

图12为本发明实施例中梯形矩形混合体横向凸起结构横截面示意图；

图13为本发明实施例中单行排列梯形纵向凸起结构横截面示意图；

图14为本发明实施例中单行排列梯形矩形混合体纵向凸起结构横截面示意图；

图15为本发明实施例中双行排列梯形纵向凸起结构横截面示意图；

图16为本发明实施例中双行排列梯形矩形混合体纵向凸起结构横截面示意图；

图中1、电解槽槽壳，2、保温材料，3、底部耐火砖和保温砖，4、阴极炭块，5、侧部碳砖，6、炭素捣固糊，7、耐火混凝土，8、阴极钢棒。

具体实施方式

实施例1

采用的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽如图1和图2所示，该铝电解槽的外面是一个钢制的电解槽槽壳1；电解槽槽壳1的保温材料2为石棉板，在保温材料2的底部石棉板之上铺设底部耐火砖和保温砖3；在底部耐火砖和保温砖3之上为上表面具有凸起结构的阴极炭块4和阴极钢棒8。

电解槽内的侧部为侧部碳砖5，电解槽内的槽底阴极内衬由不少于8个底部安装有阴极钢棒8的带有凸起结构的阴极炭块4构成，每个阴极炭块4横放在电解槽中，即阴极炭块4的长度方向与电解槽的长度方向垂直，相邻阴极炭块4的之间留有20～40mm的缝隙，其间用炭素捣固糊6捣固。侧部碳砖5之下，底部耐火材料和保温材料3之上用耐火混凝土7捣固，在侧部碳砖5与阴极炭块4之间用炭素捣固糊6捣固。在阴极炭块4的下面有槽，用于安装阴极钢棒8，阴极钢棒8的两端伸出电解槽槽壳1之外，用作电解槽的阴极。

凸起结构阴极铝电解槽中每个阴极炭块上的凸起结构为横向凸起结构，同一阴极炭块上相邻横向凸起结构之间的距离为300～500mm；相邻两个阴极炭块上的横向凸起结构交错设置。

阴极炭块4的横向凸起结构横截面如图11所示，横向凸起结构横截面为梯形，上表面部分宽度为150～250mm，下部与炭块基体连接部分宽度为200～300mm，长度与阴极炭块基体宽度相同。

其中在与出铝口最靠近的阴极炭块上，出铝口正对两个横向凸起结构之间的空隙。

凸起结构阴极炭块的制作方法为：采用现行的制作阴极炭块的材料，用振动成型的方法制作成所需形状的生坯料，然后经焙烧制得；或者先用振动成型的方法制作长方体坯料，再进行焙烧后，用机械加工的制成所需形状。

采用该具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽，用火焰焙烧或先火焰后铝液焙烧的焙烧方法实施对本发明的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽焙烧，焙烧终了时按与现行的电解槽启动方法启动电解槽。

在电解槽启动后的正常生产技术管理中，电解槽中的铝液水平从凸起结构的上表面算起，其高度在出铝后为10～50mm，正常的生产中电解槽的极距为25～40mm，槽电压为3.3～3.9伏。

铝电解槽的底表面两个阴极炭块基体之间炭素捣固糊上面的氧化铝电解质沉淀槽中，填充部分粉状氧化铝和粉状冰晶石，在电解温度下，冰晶石熔化而封闭槽底糊中的裂纹和裂缝，防止铝液从这些裂纹和裂缝中进入槽底，熔化阴极钢棒，导致电解槽破损。除上述所指出的两点外，在正常生产中，本发明提供的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽所有的其它工艺和技术条件与现行的阴极结构的铝电解槽均相同，这些技术条件是：电解质水平15～25cm，电解质分子比2.0～2.8，氧化铝浓度1.5～5％，电解质温度935～975℃。

通过测试，本发明的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽在工作时金属铝液面稳定，电能消耗低，使用寿命明显提高。

实施例2

采用的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽如图3和图4所示，电解槽整体结构同实施例1，不同点在于阴极炭块上的凸起结构为横向凸起结构和纵向凸起结构混合排列，每个阴极炭块基体上的横向凸起结构和纵向凸起结构交错排列，其中横向凸起结构为1个，长度与阴极炭块基体的宽度相同；纵向凸起结构长度按每个阴极炭块基体排列2个凸起结构设置，在一个阴极炭块上，位于两端的纵向凸起结构底部与阴极炭块两端的距离为30～50mm；其中同一阴极炭块上相邻横向凸起结构和纵向凸起结构之间的距离为30～100mm。

阴极炭块4的横向凸起结构横截面如图12所示，纵向凸起结构横截面如图14所示，凸起结构横截面为矩形梯形混合体，每个凸起结构的上表面宽度为150～250mm，其下部与阴极炭块基体相连接部分的宽度为200～300mm，凸起结构的高度为80～160mm，下部梯形的高度为凸起结构总高度的1/3以上。

在与出铝口最靠近的阴极炭块上，位于出铝口附近的横向凸起结构位于阴极炭块中心，与阴极炭块基体外侧面的最小距离为200～300mm：其中阴极炭块基体的外侧面为该阴极炭块面向出铝口槽内衬的侧面。

阴极炭块基体与阴极炭块基体之间的炭素捣固糊6上面有一个氧化铝电解质的沉淀槽，沉淀槽深为30～60mm，宽80～120mm，长度贯通于阴极炭块与阴极炭块之间的接缝。沉淀槽沟在电解生产过程中被氧化铝电解质沉淀填充。

采用该具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽工作方法同实施例1。

实施例3

采用的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽如图5和图6所示，电解槽整体结构同实施例1，不同点在于阴极炭块上的凸起结构为混合排列，每个阴极炭块基体上的凸起结构按横向凸起结构和纵向凸起结构交错排列，其中横向凸起结构为3个，长度与阴极炭块基体的宽度相同；纵向凸起结构长度按每个阴极炭块基体排列4个凸起结构设置，在一个阴极炭块上，且位于两端的纵向凸起结构底部与阴极炭块两端的距离为30～50mm；其中同一阴极炭块上相邻凸起结构之间的距离为30～100mm。

阴极炭块4的纵向凸起结构横截面如图13所示，横向凸起结构横截面如图11所示，凸起结构横截面为梯形，每个凸起结构的上表面宽度为150～250mm，其下部与阴极炭块基体相连接部分的宽度为200～300mm，凸起结构的高度为80～160mm，其中位于阴极炭块中心位置的横向凸起结构的上表面宽度为150～200mm。

实施例4

采用的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽如图7和图8所示，电解槽整体结构同实施例1，不同点在于阴极炭块上的凸起结构为纵向凸起结构，且纵向凸起结构位于阴极炭块基体的顶面正中。每个纵向凸起结构为2个，位于两端的纵向凸起结构与阴极炭块两端之间有30～50mm的距离，同一阴极炭块上相邻纵向凸起结构之间的距离为100～200mm。

阴极炭块4的纵向凸起结构如图14所示，横截面为梯形矩形混合体，上表面部分宽度为150～250mm，下部与炭块基体连接部分宽度为200～300mm，凸起结构的高度为80～160mm，下部梯形的高度为凸起结构总高度的1/3以上。

纵向凸起结构位于阴极炭块基体中心的两侧，两个纵向凸起结构之间的空隙正对出铝口。

实施例5

采用的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽如图9和图10所示，电解槽整体结构同实施例1，不同点在于阴极炭块上的凸起结构为混合排列，其中横向凸起结构为1个，长度与阴极炭块基体的宽度相同；纵向凸起结构长度按每个阴极炭块基体排列4个凸起结构设置，按双行排列，每两个并列的纵向凸起结构为一组，共两组纵向凸起结构，每组纵向凸起结构与1个横向凸起结构交错排列。

每个阴极炭块基体上的凸起结构为5个，位于两端的纵向凸起结构与阴极炭块两端之间有30～50mm的距离，横向凸起结构与每组纵向凸起结构之间的距离为30～100mm。

位于阴极炭块中间位置的凸起结构为横向凸起结构。位于出铝口端的横向凸起结构与阴极炭块基体外侧面的最小距离为200～300mm；其中阴极炭块基体的外侧面为该阴极炭块面向出铝口槽内衬的侧面。

阴极炭块的纵向凸起结构如图16所示，横向凸起结构如图12所示，横截面为梯形矩形混合体，纵向凸起结构上表面部分宽度为80～120mm，横向凸起结构横截面上表面宽度为150～200mm，纵向凸起结构和横向凸起结构的高度为80～160mm，每组纵向凸起结构之间的距离为30～100mm，下部梯形的高度为凸起结构总高度的1/3以上。

Claims

1.一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽，包括电解槽槽壳、电解槽内衬、耐火材料、阴极炭块、内衬碳砖、炭素捣固糊、耐火混凝土和阴极碳棒，其特征在于：阴极炭块的顶面带有一个以上凸起结构，每个凸起结构与阴极炭块连成一体，各凸起结构的排列方式为垂直阴极炭块轴向，或者平行阴极炭块轴向与垂直阴极炭块轴向两者混合排列，其中垂直于阴极炭块轴向的凸起结构为横向凸起结构，平行于阴极炭块轴向的凸起结构为纵向凸起结构。

2.根据权利要求1所述一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽，其特征在于所述的凸起结构横截面为梯形或矩形梯形混合体，其中横截面为矩形梯形混合体时，矩形在梯形的上面。

3.根据权利要求1所述一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽，其特征在于所述的阴极炭块上的凸起结构的横截面宽度根据阴极炭块基体的宽度设置，在阴极炭块基体的宽度为400mm的情况下，横向凸起结构横截面的上部宽度为150～250mm，下部的宽度为200～300mm；纵向凸起结构分为单行排列和双行排列，单行排列时，纵向凸起结构横截面的上部宽度为150～250mm，下部的宽度为200～300mm；双行排列时，纵向凸起结构横截面的上部宽度为80～120mm；纵向凸起结构横截面的高度为80～160mm，在阴极炭块基体宽度增加的情况下，凸起结构的横截面尺寸按比例增加。

4.根据权利要求1所述一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽，其特征在于当阴极炭块上的凸起结构全部为横向凸起结构时，相邻的两个阴极炭块上的各个横向凸起结构相互交错，横向凸起结构的长度与阴极炭块基体的宽度相同或小于炭块基体宽度40～60mm；同一阴极炭块上相邻横向凸起结构之间的最小距离为300～500mm；最靠近出铝口的阴极炭块上中间位置为两个横向凸起结构之间的空隙。

5.根据权利要求1所述一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽，其特征在于当阴极炭块上的凸起结构的排列方式为混合排列时，横向凸起结构与纵向凸起结构高度一致，横向凸起结构与纵向凸起结构之间的距离为30～100mm；位于阴极炭块基体中间位置的凸起结构为横向凸起结构，在与出铝口最靠近的阴极炭块上，位于出铝口附近的横向凸起结构与阴极炭块基体外侧面的最小距离为200～300mm；阴极炭块基体的外侧面为该阴极炭块面向出铝口槽内衬的侧面；其中混合排列的横向凸起结构和纵向凸起结构分为间断设置和连续设置，间断设置时，横向凸起结构和纵向凸起结构之间的距离为30～100mm，连续设置时，横向凸起结构和纵向凸起结构连接在一起。

6.根据权利要求1所述一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽，其特征在于当阴极炭块上的凸起结构的排列方式为混合排列时，纵向凸起结构分为单行排列和双行排列，单行排列时，每个阴极炭块上的纵向凸起结构和横向凸起结构交错排列；双行排列时，每个阴极炭块上的凸起结构为四个纵向凸起结构和一个横向凸起结构，每个阴极炭块上的两个并列的纵向凸起结构为一组，每两组纵向凸起结构和位于阴极炭块正中的横向凸起结构交错排列，一组凸起结构之间的最小距离为30～100mm；其中混合排列的横向凸起结构和纵向凸起结构分为间断设置和连续设置，间断设置时，横向凸起结构和纵向凸起结构之间的距离为30～100mm，连续设置时，横向凸起结构和纵向凸起结构连接在一起。

7.根据权利要求1所述一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽，其特征在于所述的电解槽槽壳内的侧部为侧部碳砖，电解槽内的槽底阴极由不少于8个具有凸起结构的阴极炭块构成，相邻阴极炭块的之间留有20～40mm的缝隙，其间用炭素捣固糊捣固，侧部的内衬碳砖之下，底部耐火砖和保温砖之上用耐火混凝土捣固，在侧部碳砖与阴极炭块之间用炭素捣固糊捣固；在阴极炭块的下面连接阴极钢棒，此阴极钢棒的两端伸出电解槽槽壳之外，用作电解槽的阴极；在相邻的两个阴极炭块之间设置沉淀槽，沉淀槽设置的方式为：在阴极炭块基体上表面的两个侧边设置角形沟槽，相邻的两个阴极炭块上相对的两个角形沟槽与炭素捣固糊的顶面共同形成凹形沉淀槽，在电解生产中沉淀槽内填充由冰晶石和氧化铝组成的沉淀物防止铝液熔化阴极钢棒，角形沟槽相对于阴极炭块基体的上表面深度为20～50mm，宽度为20～50mm，长度与阴极炭块长度一致；沉淀槽深度为20～50mm，宽度为80～140mm。

8.根据权利要求1所述一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽，其特征在于所述的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽在正常生产时，电解槽中所有阴极表面的凸起结构都要浸没于铝液中，铝液的上面为电解质熔体，铝液面的高度要高于凸起的上表面在出铝后为10～50mm；电解槽的工作电压在3.3～3.9伏。

9.根据权利要求1所述一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽，其特征在于所述的具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽的制作方法为：采用现行的制作阴极炭块的材料，用振动成型的方法制作成所需形状的生坯料，然后经焙烧制得；或者先用振动成型的方法制作长方体坯料，再进行焙烧后，用机械加工制成所需形状。