CN101498010B - 一种铝电解槽阴极结构 - Google Patents

Abstract

一种铝电解槽新型阴极结构，包括槽壳、阴极炭块、阴极钢棒、内衬结构，其特征在于：(1)将阴极炭块和阴极钢棒分为长、短不同的两组；(2)长阴极炭块组安装、布置在电解槽中部并与电解槽短轴相平行；(3)短阴极炭块组安装、布置在电解槽两端并同长阴极炭块相垂直。本发明的铝电解槽新型阴极结构，其特点在于通过阴极结构和配置方式的改变以实现槽内磁场的自行补偿。即将长阴极炭块组在槽四个角部产生的垂直磁场用端头短阴极炭块组在角部产生的磁场来进行补偿。由于本发明实现了槽内自行补偿，电解槽周围的磁场便可实现简单配置，这不仅是确保了铝电解槽的稳定运行，还可大幅度地节省母线的用量，其经济效益是十分明显的。

Description

一种铝电解槽阴极结构

技术领域

本发明属于铝电解槽结构和电流供给装置的技术领域，即提供了一种大型铝电解槽的阴极结构和母线配置方案。

背景技术

随着铝电解槽系列电流强度的增大，槽内磁场强度越来越大。目前，磁流体的稳定性已成为了限制电解槽扩容和稳定生产的主要因素。为实现电解槽的磁流体的稳定，不得不采用大量的槽周围铝母线，以合理分配电流走向，实现槽内磁流体稳定。然而大型横向排列电解槽内部磁场的分布，其特征是由大型电解槽的结构特点所决定的，它们决定了电解槽外补偿母线的基本布置方式。如中国专利ZL89108211.5公开的《横向排列的大型铝电解槽的母线布局方法》和ZL89103887.6公开的《用于铝电解槽系列的汇流条装置》，均是采取进电侧大部分母线绕行在电解槽窄端面外侧，进电侧其余阴极母线通过电解槽底下汇集到下一个电解槽的方法来对磁场进行补偿。中国专利ZL200510200741.5公开的《铝电解槽阴极母线的配置方法》与上述专利方案基本相同，不同之点，仅仅是使进电侧流向烟道端的阴极母线的电流大于由进电侧流向出铝端的阴极母线的电流。而在电解槽的出电侧，采用小于进电侧断面的阴极母线，在将出铝端的阴极母线的电流送入到出铝端的立柱母母线中的同时；将烟道端的阴极母线的电流送入到中间立柱母线中，用以保证立柱母线的电流平衡。

上述方法的目的主要还是补偿铝电解槽内部四个角部的磁场；而对于邻列电解槽以及相邻车间回路电流相互产生磁场的不良影响，如果仅仅采用上述电解槽阴极母线非对称配置的方法来进行补偿是很困难的。中国专利ZL03133448.2公开了《一种铝电解槽系列母线的配置方法》，它增加了一个副电源，并且在每列电解槽的两侧附近，另设置一条从副电源引出的用来补偿磁场的母线。该母线的电流在其邻近的电解槽中所产生的磁场与相邻列电解槽在该处所产生的磁场方向相反，从而达到补偿两列电解槽相互产生的不利磁场影响的目的。现代的大型铝电解槽其电流强度已达到300-500KA、甚至更高的水平，如果采用上述方法，其副电源、补偿母线所需要的材料和所耗费的电能都会是极为巨大的，这显然在经济上是不划算的。看来还需要寻求更好的技术方案，才能取得令人满意的效果。

发明内容

为了寻求更好的解决补偿铝电解槽内部四个角部磁场和邻列电解槽以及相邻车间回路电流相互产生的磁场的不良影响，本发明提出了一种全新的设计方案。它不是采用改变阴极母线的配置方式的方法；而是对于阴极本身的结构和配置方式进行变革，以达到既能有效地对上述磁场进行补偿；又能大量节省材料和能耗的双重目的，从而产生较大的经济效益。

本发明提出了一种铝电解槽阴极结构，包括槽壳、阴极炭块、阴极钢棒、内衬结构，其特征在于：

(1)将阴极炭块和阴极钢棒分为长、短不同的两组；

(2)长阴极炭块组安装、布置在电解槽中部并与电解槽短轴相平行；

(3)短阴极炭块组安装、布置在电解槽两端并同长阴极炭块相垂直。

本发明的铝电解槽阴极结构，其长阴极炭块的安装、布置方式与传统结构的铝电解槽相同；而短阴极炭块则安装、布置在铝电解槽的两端头，其轴向与长阴极炭块相垂直。短阴极炭块的宽度可长阴极炭块的宽度相同；也可以不同。而短阴极炭块组的总宽度可以与长阴极炭块的长度相同；也可以不同。

通常的铝电解槽的端部内衬由氮化硅结合炭化硅侧块和角块直接对接而成。本发明的铝电解槽阴极结构，则在端部短阴极炭块区的上方设置有特殊保温区。由于阴极配置方式的改变造成电解槽角部的温度分布情况的改变，与传统电解槽相比较，两端部温度可能会有所降低，采用与大面不同的导热性差一些的炭块，使特殊保温区的温度维持在一个适当的范围，既可防止电解槽角部的“伸腿”增长；又有利于形成结壳。致于长、短阴极炭块组的砌筑方式以及捣糊的捣固方式均与传统电解槽的建造工艺相同。

本发明的铝电解槽阴极结构，其特点在于通过阴极结构和配置方式的改变以实现槽内磁场的自行补偿。即将长阴极炭块组在槽四个角部产生的垂直磁场用端头短阴极炭块组在角部产生的磁场来进行补偿。由于本发明实现了槽内自行补偿，电解槽周围的磁场便可实现简单配置，这不仅是确保了铝电解槽的稳定运行，还可大幅度地节省母线的用量，其经济效益是十分明显的。

附图说明

图1为本发明的铝电解槽阴极结构和配置方案的俯视图；图2为本发明中的短阴极炭块组同其上方的特殊保温区的结构示意图。上述各图中，1为短阴极炭块；2槽壳；3长阴极钢棒；4长阴极炭块；5内衬结构；6特殊保温区；7短阴极钢棒；9常规侧部内衬块；8特殊保温区保温型侧块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的铝电解槽阴极结构作进一步的说明和补充。

电解槽的阴极结构包括槽壳2和内衬结构5，先在阴极炭块组的下部铺设几层热绝缘材料，通常从上而下包括：干粉防渗料、粘土质隔热耐火砖、耐温硅酸钙板等材料。而后，将阴极炭块与导电钢棒组成阴极炭块组铺设在热绝缘材料层上。本发明的阴极炭块组分为长、短两种。将长阴极钢棒3置于长阴极炭块4中，以捣固的阴极炭糊固定为一体，再按照与电解槽短轴相平行的方向，从中部向两侧铺设；用同样的方法将短阴极钢棒7和短阴极炭块1固定为一体，然后按照与长阴极炭块相垂直的方向铺设在电解槽的两端。炭块组之间的缝隙以底部炭糊填充捣实。通常的铝电解槽的常规侧部内衬块9由氮化硅结合炭化硅侧块和角块直接对接而成，考虑到本发明的设计方案可能会要使两端的温度稍有降低，故在端部短阴极炭块区的上方设置特殊保温区，采用保温型侧块8，可防止温度过低，以避免角部的“伸腿”增长。

对于不同规模的铝电解槽来说，本发明的长、短阴极炭块组规格有所不同，下面列举一些具体的数据以作说明：

实施例1 300KA铝电解槽的阴极结构

对于300KA级铝电解槽来说，长阴极炭块长为3200-3850毫米，宽为450-700毫米；短阴极炭块长为1200-1800毫米，宽为450-700毫米。整个电解槽短阴极炭块组数(M)为：4～6组；长阴极炭块组数(N)为：24～30组。

实施例2 360KA铝电解槽的阴极结构

对于360KA级铝电解槽来说，长阴极炭块长为3200-3850毫米，宽为450-700毫米；短阴极炭块长为1200-1800毫米，宽为450-700毫米。整个电解槽短阴极炭块组数(M)为：4～6组；长阴极炭块组数(N)为：24～30组。

实施例3 400KA铝电解槽的阴极结构

对于400KA级铝电解槽来说，长阴极炭块长为3200-3850毫米，宽为450-700毫米；短阴极炭块长为1200-1800毫米，宽为450-700毫米。整个电解槽短阴极炭块组数(M)为：6～8组；长阴极炭块组数(N)为：24～32组。

实施例4 500KA铝电解槽的阴极结构

对于500KA级铝电解槽来说，长阴极炭块长为3200-3850毫米，宽为450-700毫米；短阴极炭块长为1200-1800毫米，宽为450-700毫米。整个电解槽短阴极炭块组数(M)为：6～8组；长阴极炭块组数(N)为：24～36组。

总之，本发明既不是采用改变母线配置方案；也不需要增设副电源和补偿母线，只是通过改变阴极结构及其配置方案，便能达到电解槽磁场自行补偿的效果，其效益显然是十分可观的，故具有极大的推广价值。

Claims (2)

1.一种铝电解槽阴极结构，包括槽壳、阴极炭块、阴极钢棒、内衬结构，其特征在于：

(1)将阴极炭块和阴极钢棒分为长、短不同的两组；

(2)长阴极炭块组安装、布置在电解槽中部并与电解槽短轴相平行；

(3)短阴极炭块组安装、布置在电解槽两端并同长阴极炭块相垂直。

2.按权利要求1所述的铝电解槽新型阴极结构，其特征在于所说的短阴极炭块组的上方设置有特殊保温区。

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