CN101451249A - 一种消除铝电解槽铝液中水平电流的方法 - Google Patents

一种消除铝电解槽铝液中水平电流的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于霍尔－埃鲁电解法生产原铝的设备－铝电解槽技术领域。具体地说是涉及一种消除铝电解槽铝液中水平电流的方法。本发明是在阴极炭块的下部或下面设置导电体，导电体直接从槽底穿出。本发明能消除了铝电解槽铝液中的水平电流，使阴极炭块表面上电流密度分布更均匀，提高电流效率，大幅提高铝电解槽的稳定性，延长槽寿命。本发明具有很强的实用性。通过本方法可以从根本上解决铝液中水平电流的问题，对未来大型铝电解槽的开发具有十分重要的指导意义。

Description

一种消除铝电解槽铝液中水平电流的方法
技术领域
本发明涉及霍尔-埃鲁电解法生产原铝技术及实施该技术的设备-铝电解槽。具体地说是涉及一种消除铝电解槽铝液中水平电流的方法。
背景技术
金属铝在工业上采用熔盐电解法进行生产，即电解溶解在熔融的冰晶石为主要成分的电解质中的氧化铝，目前主要采用的方法为霍尔-埃鲁(Hall-Heroult)电解法。
生产电解铝的直接设备为电解槽，电解槽主要由两大部分组成，一部分为阳极，由碳素材料制成为块状；另一部分为阴极，由炭块与内衬材料砌筑而成。
现有的阴极结构是在阴极炭块的底部安装阴极钢棒，阴极钢棒与炭块之间采用扎糊或浇磷铁的方式连接，每个阴极炭块装有一根或两根阴极钢棒，阴极钢棒与阴极炭块同向水平放置，钢棒的一端伸出电解槽的侧壁与阴极母线相连接。这种结构的电解槽，阴极导电结构存在一个非常大的缺点：由于阴极钢棒与阴极炭块同向水平放置，导致铝液中产生非常大的水平电流，该水平电流与铝液中垂直磁场作用产生非常有害的电磁力，使电解槽在生产中产生严重的不稳定性，降低电流效率。同时铝液中水平电流还可导致阴极炭块表面上电流密度分布不均匀，使得阴极炭块的端部处电流密度最大，从而显著加快此处石墨化阴极炭块的腐蚀，降低电解槽的寿命。阴极电流密度分布问题和水平电流的存在，限定了现代大型电解槽的设计向宽的方向发展，导致长宽比严重失调。
随着电解槽容量的增大，电解槽宽度的增加，现有的阴极导电结构产生的水平电流就更大，阴极炭块表面上电流密度分布就更不均匀，铝电解槽生产的稳定性更加恶化，电流效率很难达到理想的要求，这就制约了大容量铝电解槽的开发，制约了铝工业生产技术的提高。
发明内容
本发明就是为了解决上述技术问题而提供一种消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，目的是消除铝液中的水平电流，使阴极电流密度分布更加均匀，提高了铝电解槽生产的稳定性，延长了阴极寿命，有利于电解槽操作和电流效率的提高。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：一种消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，在阴极炭块的下部或下面设置有导电体，导电体直接从槽底穿出。
在所述的阴极炭块的下面设置防渗材料，导电体穿过防渗材料从槽底穿出。
在所述的阴极炭块的下面设置防渗材料，导电体的一端镶嵌在阴极炭块内，导电体的另一端设置在防渗材料内，每两根或两根以上的连接导电体通过汇流导电体汇集到一根引出导电体，引出导电体直接从槽底穿出。
在所述的阴极炭块中固定一根或一根以上阴极钢棒，然后导电体与阴极钢棒连接，导电体直接从槽底穿出。
在所述的阴极炭块中固定一根或一根以上阴极钢棒，然后导电体与阴极钢棒连接，在阴极炭块和阴极钢棒的下面设置防渗材料，导电体穿过防渗材料从槽底穿出。
在所述的阴极炭块中固定一根或一根以上阴极钢棒，然后导电体与阴极钢棒连接，在阴极炭块和阴极钢棒的下面设置防渗材料，导电体的另一端镶嵌在阴极炭块内，导电体的一端设置在防渗材料内，每两根或两根以上的连接导电体通过汇流导电体汇集到一根引出导电体，引出导电体直接从槽底穿出。
所述的阴极钢棒的下表面与阴极炭块的下表面在同一水平面上，也可以不在同一水平面上。
所述的阴极钢棒水平方向设置。
所述的导电体与阴极炭块或阴极钢棒垂直设置，导电体的一端通过磷生铁或扎糊镶嵌在阴极炭块内。
所述的阴极钢棒7为1-50根。
所述的阴极炭块的下部设置连接导电体，连接导电体的一端镶嵌在阴极炭块内，连接导电体的另一端伸出阴极炭块外两根或两根以上通过汇流导电体与引出导电体连接，引出导电体的下端从槽底穿出。
在所述的阴极炭块的下面设置防渗材料，连接导电体和汇流导电体设置在防渗材料内。
所述的汇流导电体与同一块阴极炭块内的连接导电体连接。
所述的汇流导电体与相邻阴极炭块内的连接导电体连接。
所述的汇流导电体与2-10根连接导电体连接。
所述的引出导电体位于阴极炭块的正下方。
所述的连接导电体、引出导电体和汇流导电体的截面形状为方形、三角形、圆形或椭圆形等。
所述的连接导电体与阴极炭块垂直设置，连接导电体的一端通过磷生铁或扎糊镶嵌在阴极炭块内。
所述的引出导电体位于阴极炭块之间。
所述的导电体为钢棒、钢板、铜棒、铜板、合金板、合金棒或其它任意导电材料制成。
每个阴极炭块的下部和下面设置1-100个连接导电体。
所述的导电体的截面形状为方形、三角形、圆形或椭圆形等。
本发明的优点和效果如下：
它能消除了铝电解槽铝液中的水平电流，使阴极炭块表面上电流密度分布更均匀，提高电流效率，大幅提高铝电解槽的稳定性，延长槽寿命。本发明具有很强的实用性。通过本方法可以从根本上解决铝液中水平电流的问题，对未来大型铝电解槽的开发具有十分重要的指导意义。
附图说明
图1是本发明实施例1阴极炭块与导电体的连接结构示意图。
图2是本发明实施例2阴极炭块与导电体的连接结构示意图。
图3是本发明实施例3阴极炭块与导电体的连接结构示意图。
图4是本发明实施例5阴极炭块与导电体的连接结构示意图。
图5是本发明实施例6阴极炭块与导电体的连接结构示意图。
图6是本发明实施例7阴极炭块与导电体的连接结构示意图。
图7是图3和图6的两根连接导电体汇流的A-A向剖视图。
图8是图3和图6的四根连接导电体汇流的A-A向剖视图。
图9是本发明实施例9阴极炭块与导电体的连接结构示意图。
图中，1、阴极炭块；2、磷生铁或扎糊；3、连接导电体；4、汇流导电体；5、引出导电体；6、防渗材料；7、阴极钢棒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限。
实施例1：
如图1所示，本发明消除铝电解槽铝液中水平电流的方法如下：在阴极炭块1的下部设置1～100个连接导电体3，连接导电体3为钢棒或钢板等任意导电材料，连接导电体3的一端通过磷生铁或扎糊2镶嵌在阴极炭块1内，连接导电体3与阴极炭块1可以垂直设置。连接导电体3的另一端直接从槽底穿出，使电流基本上垂直穿过铝液和阴极炭块1，这样就消除了铝液中的水平电流。
实施例2：
如图2所示，本发明消除铝电解槽铝液中水平电流的方法如下：在阴极炭块1的下部设置1～100个连接导电体3，连接导电体3为钢棒或钢板等任意导电材料，连接导电体3的一端通过磷生铁或扎糊2镶嵌在阴极炭块1内，连接导电体3与阴极炭块1可以垂直设置。连接导电体3的另一端直接从槽底穿出，使电流基本上垂直穿过铝液和阴极炭块1，这样就消除了铝液中的水平电流。为了防止电解质或铝液渗漏并腐蚀连接导电体3，在阴极炭块1的下面设置防渗材料6，防渗材料6可以使用防渗浇注料，它将靠近阴极炭块1一端的连接导电体3包裹起来，延长连接导电体3的寿命。连接导电体3的下端伸出防渗材料6并从槽底穿出。
实施例3：
如图3、图7和图8所示，本发明消除铝电解槽铝液中水平电流的方法如下：在阴极炭块1的下部设置2～100个连接导电体3，连接导电体3与阴极炭块1可以垂直设置，在阴极炭块1的下面设置防渗材料6，连接导电体3的一端通过磷生铁或扎糊2镶嵌在阴极炭块1内；连接导电体3的另一端设置在防渗材料6内，设置在防渗材料6这一端的连接导电体3两根或两根以上通过汇流导电体4与引出导电体5连接，引出导电体5的下端伸出防渗材料6并从槽底穿出。引出导电体5位于阴极炭块1的正下方。连接导电体3和汇流导电体4全被包裹在防渗材料6中，避免了电解质或铝液对其的腐蚀。连接导电体3、汇流导电体4和引出导电体5为钢棒或钢板等任意导电材料。汇流导电体与2-10根连接导电体连接。
实施例4：
实施例1-3中所述的连接导电体3、汇流导电体4和引出导电体5可以根据需要做成任意形状，如方形、三角形、圆形或椭圆形等。其它结构同实施例1-3。
实施例5：
如图4所示，在阴极炭块1中用磷生铁或扎糊2固定一根或一根以上阴极钢棒7，然后连接导电体3与阴极钢棒7连接，连接导电体3直接从槽底穿出，使电流基本上垂直穿过铝液和阴极炭块1，这样就消除了铝液中的水平电流。其它结构同实施例1。阴极钢棒7一般为1-50根。
上述的阴极钢棒7的下表面与阴极炭块1的下表面在同一水平面上，也可以不在同一水平面上。阴极钢棒7可以水平方向设置。
实施例6：
如图5所示，在阴极炭块1中用磷生铁或扎糊2固定一根或一根以上阴极钢棒7，然后连接导电体3与阴极钢棒7连接，连接导电体3直接从槽底穿出，使电流基本上垂直穿过铝液和阴极炭块1，这样就消除了铝液中的水平电流。其它结构同实施例2。阴极钢棒7一般为1-50根。
上述的阴极钢棒7的下表面与阴极炭块1的下表面在同一水平面上，也可以不在同一水平面上。阴极钢棒7可以水平方向设置。
实施例7：
如图6所示，实施例3中，在阴极炭块1中用磷生铁或扎糊2固定一根或一根以上阴极钢棒7，然后连接导电体3与阴极钢棒7连接，连接导电体3直接从槽底穿出，使电流基本上垂直穿过铝液和阴极炭块1，这样就消除了铝液中的水平电流。其它结构同实施例3。阴极钢棒7一般为1-50根。
上述的阴极钢棒7的下表面与阴极炭块1的下表面在同一水平面上，也可以不在同一水平面上。阴极钢棒7可以水平方向设置。
实施例8：
实施例5-7中所述的连接导电体3、汇流导电体4和引出导电体5可以根据需要做成任意形状，如方形、三角形、圆形或椭圆形等。其它结构同实施例1-3。
实施例9：
如图9所示，在阴极炭块1的下部设置1～100个连接导电体3，连接导电体3为钢棒或钢板等任意导电材料，连接导电体3的一端通过磷生铁或扎糊2镶嵌在阴极炭块1内，连接导电体3的另一端伸出阴极炭块1外两根或两根以上通过汇流导电体4与引出导电体5连接，引出导电体5的下端从槽底穿出。同样为了防止电解质或铝液渗漏，延长导电体的寿命，连接导电体3和汇流导电体4可以包裹在防渗材料6中，保护导电体免于其腐蚀。
上述汇流导电体4可以与同一块阴极炭块1内的连接导电体3连接。汇流导电体4也可以与相邻阴极炭块1内的连接导电体3连接。
上述引出导电体5位于阴极炭块1之间。
实施例10：
实施例1-9中的连接导电体3、汇流导电体4以及引出导电体5为导电体为钢棒、钢板、铜棒、铜板、合金板、合金棒或其它任意导电材料制成。其它同实施例1-9。

Claims (23)

1、一种消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于在阴极炭块的下部或下面设置有导电体，导电体直接从槽底穿出。
2、根据权利要求1所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于在所述的阴极炭块的下面设置防渗材料，导电体穿过防渗材料从槽底穿出。
3、根据权利要求1所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的阴极炭块的下面设置防渗材料，连接导电体的一端镶嵌在阴极炭块内，连接导电体的另一端设置在防渗材料内，每两根或两根以上的导电体通过汇流导电体汇集到一根引出导电体上，引出导电体直接从槽底穿出。
4、根据权利要求1所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于在所述的阴极炭块中固定一根或一根以上阴极钢棒，然后导电体与阴极钢棒连接，导电体直接从槽底穿出。
5、根据权利要求1所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于在所述的阴极炭块中固定一根或一根以上阴极钢棒，然后导电体与阴极钢棒连接，在阴极炭块和阴极钢棒的下面设置防渗材料，导电体穿过防渗材料从槽底穿出。
6、根据权利要求1所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于在所述的阴极炭块中固定一根或一根以上阴极钢棒，然后连接导电体与阴极钢棒连接，在阴极炭块和阴极钢棒的下面设置防渗材料，连接导电体的一端镶嵌在阴极炭块内，连接导电体的另一端设置在防渗材料内，每两根或两根以上的连接导电体通过汇流导电体汇集到一根引出导电体，引出导电体直接从槽底穿出。
7、根据权利要求3或6所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于在所述的汇流导电体设置在防渗材料内。
8、根据权利要求4、5或6所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的阴极钢棒的下表面与阴极炭块的下表面在同一水平面上。
9、根据权利要求4、5或6所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的阴极钢棒水平方向设置。
10、根据权利要求4、5或6所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的连接导电体与阴极钢棒垂直设置。
11、根据权利要求4、5或6所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的阴极钢棒7为1-50根。
12、根据权利要求1所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的阴极炭块的下部设置连接导电体，连接导电体的一端镶嵌在阴极炭块内，连接导电体的另一端伸出阴极炭块外两根或两根以上通过汇流导电体与引出导电体连接，引出导电体的下端从槽底穿出。
13、根据权利要求11所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于在所述的阴极炭块的下面设置防渗材料，连接导电体和汇流导电体设置在防渗材料内。
14、根据权利要求11所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的汇流导电体与同一块阴极炭块内的连接导电体连接。
15、根据权利要求11所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的汇流导电体与相邻阴极炭块内的连接导电体连接。
16、根据权利要求3、6或11所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的汇流导电体与2-10根连接导电体连接。
17、根据权利要求3、6或11所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的引出导电体位于阴极炭块的正下方。
18、根据权利要求3、6或11所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的连接导电体、引出导电体和汇流导电体的截面形状为方形、三角形、圆形或椭圆形。
19、根据权利要求1、2、3、11或12所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的连接导电体与阴极炭块垂直设置，连接导电体的一端通过磷生铁或扎糊镶嵌在阴极炭块内。
20、根据权利要求11所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的引出导电体位于阴极炭块之间。
21、根据权利要求1、2、3、4、5、6、10、11或12所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的导电体为钢棒、钢板、铜棒、铜板、合金板或合金棒。
22、根据权利要求21所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的导电体的截面形状为方形、三角形、圆形或椭圆形。
23、根据权利要求1所述的消除铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的每个阴极炭块的下部或下面设置1-100个导电体。
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