CN101545118B - 一种降低铝电解槽铝液中水平电流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了涉及霍尔-埃鲁电解法生产原铝技术以及实施该工业生产方法的设备铝电解槽，具体地说，本发明涉及一种降低铝电解槽铝液中水平电流的方法。它是在阴极炭块(1)下部扎固或浇铸至少一根阴极钢棒(3)，阴极炭块(1)下部铺设至少一块导电板或导电棒(5)，导电板或导电棒(5)与阴极炭块(1)中的阴极钢棒(3)部分连接，电流通过导电板或导电棒(5)和阴极钢棒(3)，从电解槽的侧面引出。本发明在不改变阴极出电方式的条件下，显著降低了铝液中的水平电流，阴极电流分布更加均匀，提高了电解槽的稳定性，延长了槽寿命，电解槽更容易操作和管理。

Description

一种降低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，实施该工业生产方法的设备铝电解槽，具体地说，本发明涉及一种降低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，电解槽主要有两大部分组成，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。

铝电解槽被串联在整个电解系列中，电流从阳极进入电解槽，通过熔融的电解质，穿过液态铝液，进入阴极炭块，电流通过装配在阴极炭块中的阴极钢棒收集，通过阴极母线导入下一台电解槽。

现有的铝电解槽阴极结构为，在阴极炭块的底部装有阴极钢棒，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沿阴极炭块的长度方向分布不均匀，使得阴极炭块的端部处电流密度最大，最大的电流密度是最小电流密度的3～4倍。从而显著加快此处阴极炭块的腐蚀，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。

为了减少水平电流带来的不利影响，在电解槽的设计中往往需要严格控制铝液中的垂直磁场分布，这不仅增加了阴极母线设计的难度，而且导致阴极配置复杂，母线用量大，投资增加。

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，而提出一种降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其目的是显著降低铝液中的水平电流，使阴极电流密度更加均匀，从而提高铝电解槽生产的稳定性，延长了阴极寿命，利于电解槽操作和电流效率的提高。

为了实现上述目的，本发明是这样实现的：一种降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，在阴极炭块下部扎固或浇铸至少一根阴极钢棒，阴极炭块下部铺设至少一块导电板或导电棒，导电板或导电棒与阴极炭块中的阴极钢棒部分连接，电流通过导电板或导电棒和阴极钢棒，从电解槽的侧面引出。

所述的导电板或导电棒通过焊接或连接体与阴极钢棒位于阴极炭块中间部分连接。

所述的每组阴极炭块下部铺设置1-50块导电板或导电棒。

所述导电板或导电棒与阴极钢棒对应位置被挖空，避免阴极钢棒的端部与导电板或导电棒相连。

所述每一个阴极钢棒对应一块导电板或导电棒。

所述的导电板或导电棒伸出阴极炭块后逐渐变窄、变厚，最后阴极炭块与阴极钢棒一起伸出电解槽的侧部。

所述的每组阴极炭块中采用糊料或铸铁扎固1-50根阴极钢棒。

所述的阴极钢棒是变截面的，是阶越式或渐变式。

所述的阴极钢棒的截面形状是圆形、半圆形、椭圆形、方形或三角形。

所述的导电板或导电棒的厚度是1-200mm。

所述的导电板或导电棒为导电钢棒、导电钢板、导电铜棒、导电铜板、导电合金板或导电合金棒。

所述的导电板或导电棒沿阴极炭块纵向设置。

所述的导电板或导电棒是沿阴极炭块纵向不是连续设置的，在阴极炭块的中央部位是断开的。

所述的导电板或导电棒沿阴极炭块纵向是连续设置的，是一整块导电板或导电棒。

所述的导电板或导电棒设置在阴极钢棒的下端。

本发明的优点和效果如下：本发明具有很强的实用性，在不改变阴极出电方式(侧面出电)的条件下，显著降低了铝液中的水平电流，阴极电流分布更加均匀，提高了电解槽的稳定性，延长了槽寿命，电解槽更容易操作和管理。

附图说明

图1是本发明实施例一的阴极结构示意图。

图2是图1的两块导电板或导电棒的俯视图。

图3是图2中的导电板或导电棒的结构示意图。

图4是图1的四块导电板或导电棒的俯视图。

图5是图4中的导电板或导电棒的结构示意图。

图6是图1的A-A剖面结构示意图。

图7是本发明实施例二的阴极结构示意图。

图8是本发明实施例三的阴极结构示意图。

图9是本发明实施例四的阴极结构示意图。

图10是本发明实施例1～4中采用连续的导电板或导电棒的结构示意图。

图11是图10采用连续导电板或导电棒的俯视图。

图12是图10采用一块连续导电板或导电棒的结构示意图。

图13是图10采用两块连续导电板或导电棒的结构示意图。

图14是传统阴极结构条件下铝液中的水平电流分布示意图。

图15是采用本专利阴极结构条件下铝液中的水平电流分布示意图。

图中，1、阴极炭块，2、糊料或铸铁，3、阴极钢棒，4、绝缘材料，5、导电板或导电棒，6、焊接或其它连接体。

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。

本发明降低铝电解槽铝液中水平电流的方法。它是这样实现的：在阴极碳块1中扎固或浇铸一定数量的阴极钢棒3，再在阴极碳块1下部铺设一定数量的水平导电板或导电棒5，通过焊接或其它连接体6将水平导电板或导电棒5与阴极钢棒3部分连接，通过调节导电板或导电棒5和阴极钢棒3的尺寸以及连接部位，达到降低铝液中水平电流的目的。

其具体实现方法如下方各事实例所示，本实施例仅仅列出了几种实现降低铝电解槽水平电流的方法，本专利的具体实施方式中也只针对附图，对本方法的实现措施进行了描述，但本专利保护范围不受本专利中实施例所限。

实施例一：

如图1至图6所示，是在通长设置的阴极炭块1中实现降低铝电解槽铝液中水平电流的实例，在阴极炭块1中采用糊料或铸铁2扎固或浇铸四根阴极钢棒，在阴极炭块1的下面直接铺设导电板或导电棒5，导电板或导电棒5通过焊接或其它连接体6与阴极钢棒3位于阴极炭块1中间部分连接，导电板或导电棒5设置在阴极钢棒3的下端，并额外增加了导电板或导电棒5，减少了阴极炭块1中部到阴极母线的电阻，从而承载了更多的电流，减少了阴极钢棒3端部电流相对集中的压力，铝液中的电流基本上垂直进入阴极炭块1。可以根据施工需要，阴极炭块1的下面可以铺设两块或四块导电板或导电棒5，如图3所示为铺设的两块导电板或导电棒5，导电板或导电棒5与阴极钢棒对应位置被挖空，避免阴极钢棒3的端部与导电板或导电棒5相连。图5所是为铺设的四块导电板或导电棒5，每一个阴极钢棒3对应一块导电板或导电棒5，同样导电板或导电棒5与阴极钢棒对应位置被挖空，避免阴极钢棒3的端部与导电板或导电棒5相连。导电板或导电棒5伸出阴极炭块后1逐渐变窄、变厚，最后与阴极钢棒3一起伸出电解槽的侧部。导电板或导电棒5为导电钢棒、导电钢板、导电铜棒、导电铜板、导电合金板或导电合金棒。阴极钢棒3的截面形状是圆形、半圆形、方形、三角形或其它任意形状，其尺寸是根据需要任意调整，此为本领域非常公知的技术，不再详细描述。

实施例二：

如图7所示，为实现降低铝电解槽铝液中水平电流的另一个实例。本实施例中在每个阴极炭块1中采用糊料或铸铁2扎固或浇铸四根阴极钢棒，与实施例1不同的是，阴极钢棒3是变截面的，可以是阶越式或渐变式，在阴极炭块1的端部比中部截面尺寸小。其它方式与实施例1基本相同，沟槽中的阴极钢棒3部分与导电板或导电棒5相连，导电板或导电棒5的形状同图3和图5所示。

实施例三：

图8为实现降低铝电解槽铝液中水平电流的另一个实例，本实施例中在每个阴极炭块1中采用糊料或铸铁2扎固或浇铸八根阴极钢棒3，其它方式与实施例1基本相同，沟槽中的两根阴极钢棒3，其中一根与铺设在阴极炭块1底部的导电板或导电棒5相连，导电板或导电棒5的形状同图3和图5所示。

实施例四：

图9为实现降低铝电解槽铝液中水平电流的另一个实例，本实施例中在每个阴极炭块1中采用糊料或铸铁2扎固或浇铸四根阴极钢棒3，每根阴极钢棒3的截面从阴极炭块1中部到端部是逐渐减小的，其它方式与实施例1基本相同，沟槽中的两根阴极钢棒3部分与铺设在阴极炭块1底部的导电板或导电棒5相连，导电板或导电棒5的形状同图3和图5所示。

实施例五：

实施例1～4中，导电板或导电棒5沿阴极炭块1纵向不是连续的，在阴极炭块1的中央部位是断开的，同样实现本专利方法的导电板或导电棒5也可以如图10～图13所示沿阴极炭块1纵向是连续的，一整块导电板或导电棒5。

本发明每组阴极炭块下部可以铺设1-50块导电板或导电棒。每组阴极炭块中可以采用糊料或铸铁扎固1-50根阴极钢棒。

图14和图15的横向坐标的起点为电解槽的横向中心位置。

Claims (15)

1.一种降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于在阴极炭块(1)下部扎固或浇铸至少一根阴极钢棒(3)，阴极炭块(1)下部铺设至少一块导电板或至少一根导电棒(5)，导电板或导电棒(5)与阴极炭块(1)中的阴极钢棒(3)部分连接，电流通过导电板或导电棒(5)和阴极钢棒(3)，从电解槽的侧面引出。

2.根据权利要求1所述的降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的导电板或导电棒(5)通过焊接或连接体(6)与阴极钢棒(3)位于阴极炭块(1)中间部分连接。

3.根据权利要求1或2所述的降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的每组阴极炭块(1)下部铺设置1-50块导电板或1-50根导电棒(5)。

4.根据权利要求1或2所述的降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述导电板或导电棒与阴极钢棒没有连接部分的对应位置被挖空，避免阴极钢棒(3)的端部与导电板或导电棒(5)相连。

5.根据权利要求4所述的降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述每一个阴极钢棒(3)对应一块导电板或一根导电棒(5)。

6.根据权利要求1所述的降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的导电板(5)伸出阴极炭块后(1)逐渐变窄、变厚，导电板或导电棒与阴极钢棒(3)一起伸出电解槽的侧部。

7.根据权利要求1所述的降低铝电解槽水平电流的方法，其特征在于所述的每组阴极炭块(1)中采用糊料或铸铁(2)扎固1-50根阴极钢棒(3)。

8.根据权利要求1或7所述的降低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(3)是变截面的，是阶越式或渐变式。

9.根据权利要求8所述的降低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(3)的截面形状是圆形、半圆形、方形或三角形。

10.根据权利要求1或2所述的降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的导电板的厚度或导电棒(5)的直径是1-200mm。

11.根据权利要求1或2所述的降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的导电板或导电棒(5)为导电钢棒、导电钢板、导电铜棒、导电铜板、导电合金板或导电合金棒。

12.根据权利要求1或2所述的降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的导电板或导电棒(5)沿阴极炭块(1)纵向设置。

13.根据权利要求1或2所述的降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的导电板或导电棒(5)沿阴极炭块(1)纵向不是连续设置的，在阴极炭块(1)的中央部位是断开的。

14.根据权利要求1或2所述的降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的导电板或导电棒(5)沿阴极炭块(1)纵向是连续设置的，是一整块导电板或一整根导电棒(5)。

15.根据权利要求1或2所述的降低铝电解槽铝液中水平电流的方法，其特征在于所述的导电板或导电棒(5)设置在阴极钢棒(3)的下端。

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