CN101660176A - 铝电解槽阴极熔池内衬结构 - Google Patents

Abstract

一种铝电解槽阴极熔池内衬结构，取消了阴极碳块底部的钢棒槽和阴极钢棒和钢棒捣固糊，降低了槽底电压降；在阴极碳块底部保温防渗漏层内设置阴极导电线路，对阴极碳块采用分段网点式连接导电方式，可使铝电解槽的垂直电流分布更加均匀，水平电流减少；其阴极内衬导电碳块，在相对两侧炉墙内可以采用多方位分段布置，不仅为电解槽的加宽设计和阴极构造的多样化创造了条件，还为阴极碳块断面结构多样化的实施创造了可能，有利于降低电解槽的构造成本；在阴极内衬上表面采用凹凸设计，或构造上铝液磁旋流调整块，可减少铝液与电解质界面之间的水平波动，达到降低电解极距和低电压设定效果，实现减少电解铝生产电耗的目的。

Description

铝电解槽阴极熔池内衬结构

技术领域

铝电解槽阴极熔池内衬结构主要应用于预焙铝电解槽的构造与电解铝的生产。

背景技术

现通用的铝电解槽阴极熔池内衬结构由电解槽钢壳体、底部防渗漏料层、侧部炉墙、捣固糊料、阴极碳块钢棒组砌筑所构成。先将阴极钢棒用捣固糊捣固在阴极碳块钢棒槽内构造成阴极钢棒组，在铝电解槽钢壳体内，保温层防渗漏料层上，环周侧部炉墙的中部，阴极碳块长度方向沿大母线方向垂直布置，相邻两阴极碳块钢棒组之间采用缝间糊捣固连接填充，将多个阴极碳块钢棒组捣固砌筑成的一个整体阴极碳块上部表面为水平的导电层，阴极钢棒的和阴极碳块的输出导电与大母线的连接端，设置在电解槽侧部炉墙钢壳体外。

在电解生产过程中，电解铝液熔池内的铝液和电解槽阴极碳块导电结构，共同成为铝电解槽的阴极导结构。电解产成的电解铝液，在铝电解过程中不仅有着导电和保护阴极碳块的作用，还有着调节电解槽温度，维持电解槽热平衡，加热阴极碳块，提高其导电性能的作用。

现同通用的铝电解槽阴极熔池内衬结构，主要存在以下几个缺点：

1、电解槽内的铝液置于阴极碳块上表面，电解槽阴极碳块上下部之间温度差较大，阴极内衬整体热平衡难以实现，造成阴极碳块的自身的电阻较高，槽底电压降升高；

2、电解槽熔池内作为阴极导电体的铝液只和阴极碳块内衬上表面接触，阴极碳块的导电面积较小，造成阴极碳块内衬整体结构导电效率低下，电解电流密度难以提高；

3、电解槽阴极碳块底部和阴极钢棒之间连接采用糊捣固结合，由于材料的理化性能不同，造成阴极槽底电压降过高；

4、两碳块连接处中缝易产生铝液和电解质的渗漏；造成置于阴极碳块底部的阴极钢棒熔断以及漏槽事故的发生，阴极碳块之间采用缝间糊捣固连接，不仅捣固工艺复杂，而且槽阴极内衬使用寿命较短。

5、电解槽阴极碳块上表面设置为水平面，在生产过程中，电解槽阴极内衬上部的铝液，在磁场的作用下，会产生铝液磁旋流，从而造成电解质极距的设定增高，槽电压设定加大，致使电解铝的工艺电耗增加。

6、由于阴极碳块和阴极钢棒的结构形式和尺寸规格所限，阴极碳块在电解槽内的长度方向排列构造能沿垂直与大母线方向垂直方向布置，在现有的有的阴极碳块和阴极钢棒的构造方式下，电解槽容量的扩大只能沿大母线长方向扩展其宽度方向的扩展受限。

7、由于阴极钢棒的和阴极碳块的输出导电与大母线的连接端设置在电解槽侧部钢壳体外，阴极碳块在电解槽内，是由内向外沿水平布置向外导电，致使电解槽内的垂直电流分部不均导电，水平电流增加，电流效率下降。

发明内容

为了克服现通用铝电解槽阴极熔池内衬结构存在的上述缺点，在电解槽设计时充分利用电解溶池内产成铝液自身的导电导热性能优于其他材料的特点，提高阴极碳块的导电率，减少铝液磁旋流波动对电解极距设定的负面影响，降低铝电解槽阴极熔池内衬结构的电阻值和电压降以及电耗损失，延长铝电解槽的使用寿命，降低铝电解槽阴极熔池内衬结构的制作生产和维修成本，结合铝电解槽结构大型化，功能多样化的发展趋势，和现有的新材料技术，本发明设计出铝电解槽阴极熔池内衬结构。

铝电解槽阴极熔池内衬结构由电解槽钢壳体，底部保温料层、侧部炉墙体、阴极碳块构和阴极导电金属线路等部件构造而成，改变现通用的铝电解槽阴极熔池内衬结构用阴极碳块钢棒组，在阴极碳块底部钢棒槽内用捣固糊安装阴极钢棒，用阴极钢棒在铝电解槽的侧部与大母线进行连接，进行阴极导电输出，构造铝电解槽阴极熔池内衬结构设计方案，在阴极碳块底部不开设阴极阴极钢棒槽，阴极碳块下底部不设置阴极钢棒，而采用的技术方案是：在阴极碳块底端部与阴极大母线之间，电解槽钢壳体和底部保温层或侧部炉墙内，构造有碳金属阴极导电连接线路，将阴极碳块和阴极大母线之间进行导电构造连接，形成一个使阴极碳块上部的电流，通过构造在电解槽钢壳体保温层内的碳金属阴极导电连接线路，再传导到阴极大母线的铝电解槽阴极导电回路系统结构。

依据上述技术方案，铝电解槽阴极熔池内衬结构用于实现阴极碳块和阴极大母线之间导电连接功能的碳金属阴极导电连接线路，由碳金属导电接头、金属连接导线和大母线复合连接件构造而成，其碳金属导电接头一端与阴极碳块的端部或底部进行导电构造连接，其大母线复合连接件一端与阴极大母线进行导电构造连接。

依据上述技术方案：铝电解槽阴极熔池内衬结构，电解铝液熔池阴极碳块底部的保温料层内，设置有碳金属阴极导电连接件保护管套，碳金属阴极导电连接件构造在电解槽侧部炉墙或保温料层保护套管内。

依据上述技术方案：铝电解槽阴极熔池内衬结构的碳金属过渡导电连接线路的碳金属导电接头，采用导电夹板接头或夹紧螺栓卡具接头的方式与阴极碳块端底部进行压接或夹紧连接，或在碳金属导电连接件上加工构造出螺纹，与阴极碳块端底部直接进行凹凸穿插永固性导电连接，碳金属阴极导电连接线路的金属导线可采用金属型材、软铜线导线构造而成，或采用铸造导电金属方式获得。

依据上述技术方案：铝电解槽阴极熔池内衬结构，碳金属导电过渡连接线路保护套管可预制构造在阴极碳块底端部的保温料层内作为浇铸金属模管，其保护套管与连接端孔处与阴极碳块上的导电连接通孔相对接，采用浇铸导电金属熔液的方式铸造构造出碳金属导电过渡连接线路，实现阴极碳块与阴极大母线之间的导电连接。

依据上述技术方案：铝电解槽阴极熔池内衬结构，在整体阴极内衬俯视投影面上，阴极碳块底端部与阴极大母线进行导电连接的碳金属阴极导电连接线路连接点为分段多点式连接结构，阴极碳块底部碳金属过渡导电线路，在铝电解槽内保温料层中，用并联或串联的导电连接线路方式与阴极炭块1底端部进行导电连接。

依据上述技术方案：铝电解槽阴极熔池内衬结构；其单块阴极碳块在电解槽炉墙阴极内衬上的水平投影面的形状为矩形、圆形或方形；其阴极碳块在电解槽炉墙内可沿电解槽大母线方向进行平行、垂直、交叉布置；其阴极碳块在相互对应的两侧炉墙内可布置成一整块或分成几段块进行布置；阴极碳块断面可以是矩形，或是圆形；阴极碳块上构造有用于与导电金属接头相连接的凹凸槽或导电连接工艺孔。

依据上述技术方案：铝电解槽阴极熔池内衬结构，其相邻两阴极碳块之间，阴极碳块和侧部炉墙之间的间隙用捣固糊料捣固扎实，砌筑构造在电解槽保温料层上，其阴极内衬上表面构造成阴极碳块上表面凸起，捣固糊上表面下凹，或用相邻阴极碳块构造成具有一定高差，相互错落的凹凸台状。

依据上述技术方案：铝电解槽阴极熔池内衬结构，在铝电解槽阴极侧部炉墙和底部保温料层内构造有电解槽热平衡调节管，热平衡调节管的两端与电解槽钢壳体相连接。

依据上述技术方案：铝电解槽阴极熔池内衬结构，为了减少铝液磁旋流的波动，降低电解质极距，在铝电解槽阴极熔池内衬结构的上表面上构造有铝液磁旋流调整块或铝液电解质隔离墙。

铝电解槽阴极熔池内衬结构，具有以下优点：取消了阴极碳块底部的钢棒槽和阴极钢棒和钢棒捣固糊，降低了槽底电压降；在阴极碳块底部保温防渗漏层内设置阴极导电线路，对阴极碳块采用分段网点式连接导电方式，可使铝电解槽的垂直电流分布更加均匀，水平电流减少；其阴极内衬导电碳块，在相对两侧炉墙内可以采用多方位分段布置，不仅为电解槽的加宽设计和阴极构造的多样化创造了条件，还为阴极碳块断面结构多样化的实施创造了可能，有利于降低电解槽的构造成本；在阴极内衬上表面采用凹凸设计，或构造上铝液磁旋流调整块，可减少铝液与电解质界面之间的水平波动，达到降低电解极距和低电压设定效果，实现减少电解铝生产电耗的目的。

附图说明

结合实施例以及附图，对铝电解槽阴极熔池内衬结构构造特点的理解则会更加明了。

图1：铝电解槽阴极熔池内衬结构实施例的断面示意图

图2：铝电解槽阴极熔池内衬结构阴极内衬上表面断意图

图3：铝电解槽阴极熔池内衬结构阴极导电线路和接点平面示意图；

图4：铝电解槽阴极熔池内衬结构的铝电解槽截面示意图。

图5：铝电解槽阴极熔池内衬结构一种阴极碳块底部导电接头结构的示意图

图6：是图5的断面图

图7：铝电解槽阴极熔池内衬结构铝电解槽截面示意图。

图8：铝电解槽阴极熔池内衬结构铝电解槽底部局部剖视图

图9：铝电解槽阴极熔池内衬结构实施过程中铝电解槽底部剖面示意图

图10：是图9在导电保护管套中实施浇铸金属导体后电解槽底部剖面示意图

图11：在铝电解槽阴极熔池内衬结构底部构有造热平衡调节管的剖面示意图

上述图中序号所示：

1阴极碳块、2电解槽钢壳体、3侧部炉墙、4保温料层、5捣固糊、6阴极大母线、7导线保护套管、8碳金属导电接头、9金属连接导线、10母线复合连接件、11阴极内衬、12碳金属连接点、13磁旋流调整块、14连通隔墙、15铝液、16热平衡调节管.

具体实施方式

铝电解槽阴极熔池内衬结构是在现通用的铝电解槽阴极熔池内衬结构结构和材料基础上改进，其施工砌筑工艺仍可按现通用的铝铝电解槽阴极熔池内衬结构的要求和标准进行，铝电解槽阴极熔池内衬结构由电解槽钢壳体2，底部保温料层4、侧部炉炉墙3、阴极碳块1和碳金属阴极导电连接线路以及阴极大母线6等部件材料构造而成，其特点是在阴极碳块1底部不开设阴极阴极钢棒槽，阴极碳块1下底部不设置阴极钢棒，具体实施方案是：

在阴极碳块1底端部与阴极大母线6之间的电解槽钢壳体2和底部保温料层4或侧部炉墙3内，构造形成一个能使阴极碳块上部的电流，通过构造在电解槽钢壳体保温层内的碳金属阴极导电连接线路，传导到阴极大母线的铝电解槽阴极导电回路系统结构，如图1所示。

铝电解槽阴极熔池内衬结构用于实现阴极碳块和阴极大母线之间导电连接功能的碳金属阴极导电连接线路，由碳金属导电接头8、金属连接导线9和大母线复合连接件10构造而成，其碳金属导电接头8的一端与阴极碳块1的端部或底部进行导电构造连接，其大母线复合连接件10一端与阴极大母线6进行导电构造连接，如图1所示。

铝电解槽阴极熔池内衬结构，在电解铝熔池液下面的阴极碳块1底部的保温料层4内，设置有碳金属阴极导电线路保护套管7，碳金属阴极导电连接线路8、9构造在铝电解槽侧部炉墙3或保温防料层4保护套管7内。如图1、图5、图6、图7、图8所示。

铝电解槽阴极熔池内衬结构的碳金属过渡导电连接线路的碳金属导电接头8，可采用导电夹板接头或夹紧螺栓卡具接头的方式与阴极碳块端底部进行压接或夹紧连接，如图5，图6所示，或在硬质金属导电连接件9上加工构造出螺纹用于替代碳金属导电接头8，与阴极碳块端底部直接进行凹凸穿插永固性导电连接，如图8所示。

碳金属阴极导电连接线路的金属导线9可采用硬质金属型材构造如图8图7所示，或软铜线导线构造而成如图5图6所示，或采用金属铸造的方式获得如图9图10所示。

阴极碳块1底部端部与金属导线销连接的结合处可加工出凹凸台并钻孔，再用金属导电夹板夹住阴极碳块用加紧螺栓紧固的方式进行构造。

阴极碳块金属导电接头8可以构造成与阴极大母线直接相连接的形式，也可以在阴极碳块端部金属导电接头8上采用焊接加工出母线导电连接导线的方式将阴极碳块与阴极大母线进行连接。

碳金属导电过渡连接线路保护套管7可预制构造在阴极碳块底端部的防漏层4内作为浇铸金属模管，其保护套管7与阴极碳块1连接端孔处与构造在阴极碳块1上的导电连接通孔16相对接，如图9所示，采用浇铸导电金属熔液的方式铸造出碳金属导电过渡连接线路8和9，实现阴极碳块1与阴极大母线6之间的导电连接，如10所示。

铝电解槽阴极熔池内衬结构，其阴极碳块1底端部与阴极大母线6进行导电连接的碳金属阴极导电连接线路的连接点12为分段网状点式连接结构，如图3所示。阴极碳块1底部碳金属过渡导电线路在铝电解槽内保温防渗漏层4中可采用并联或串联的导电连接线路方式与阴极炭块1底端部进行导电连接。

阴极大母线不仅可以布置在电解槽壳体的侧端面，还可以布置在电解槽壳体的底部，直接阴极金属导线9相连，

铝电解槽阴极熔池内衬结构的阴极碳块，其单块阴极碳块1在电解槽炉墙熔池内阴极内衬11上的水平投影面的形状为矩形、圆形或方形；阴极碳块1在电解槽两侧炉墙3内可沿电解槽大母线6方向进行平行、垂直、交叉布置；阴极碳块1在相互对应的两侧炉墙3内可布置成一整块或分成几段块进行布置；如图3所示。

阴极碳块1断面可以是矩形，或是圆形；为了与阴极导线实现连接，在阴极碳块1上构造有用于与导电金属接头8相连接的凹凸槽或导电连接工艺孔16，如图6、图7、图8、图9所示。

铝电解槽阴极熔池内衬结构，其电解铝液熔池内相邻两阴极碳块1之间，以及阴极碳块1和侧部炉墙3之间的间隙，可用捣固糊料5捣固扎实，砌筑构造在电解槽保温防渗漏料层上，形成一个整体的阴极碳块1上表面凸起，捣固糊料5上表面下凹，或将相邻两阴极碳块1的上表面构造成具有一定高差，相互凹凸错落的阴极内衬11上表面，如图1、图2；图4所示。

为了减少电解铝液熔池内，铝液磁旋流的波动，降低电解质极距，在铝电解槽阴极熔池内衬结构11上铝液层内构造安装上，安装构造有铝液磁旋流调整隔离块13，或在铝电解槽阴极碳块内衬上构造安装上，铝液电解质连通隔墙14.，用减少铝液磁旋流和电解质的流动和波动强度，减少铝液15与电解质结合界面的水平波动的高度的，稳定降低电解质极距方法，达到降低电解质的电压降的方式，降低电解铝的电耗.

铝液磁旋流调整隔离块13和铝液电解质连通隔墙14中部设置有铝液流通孔，或构造铝液流通凹凸槽。用氮化硅结合碳化硅、锆英石等材料比重大于产成铝液的比重的耐高温，抗铝液抗电解质侵蚀的耐火材料预制加工而成块状，或沉降或固定的安装在电解铝液15熔池阴极内衬11上。

在铝电解槽铝电解槽阴极熔池内衬结构两侧的侧部炉墙3和底部保温层4中构造有电解槽热平衡调节管16，热平衡调节管16的两端与电解槽钢壳体2相连接。

Claims (10)

1铝电解槽阴极熔池内衬结构由阴极碳块(1)、电解槽钢壳体(2)，侧部炉墙体(3)、底部保温料层(4)、阴极大母线(6)，以及碳金属阴极导电连接线路构造而成，其特征是：在阴极碳块(1)与阴极大母线(6)之间，电解槽钢壳(2)体和底部保温层(4)或侧部炉墙(3)内，构造有碳金属阴极导电连接线路，将阴极碳块(1)和阴极大母线(6)之间进行导电构造连接，形成一个使阴极碳块(1)上部的电流，通过构造在电解槽钢壳体(2)保温层(4)内的碳金属阴极导电连接线路，再传导到阴极大母线(6)的铝电解槽阴极导电回路系统结构。

2依据权利要求1，铝电解槽阴极熔池内衬结构，其特征是：用于实现阴极碳块(1)和阴极大母线(6)之间导电连接功能的碳金属阴极导电连接线路，由碳金属导电接头(6)、金属连接导线(9)和大母线连接件(10)构造而成，其碳金属导电接头(8)端与阴极碳块(1)的端部或底部进行导电构造连接，其大母线连接件(6)端与阴极大母线6进行导电构造连接。

3依据权利要求1，铝电解槽阴极熔池内衬结构，其特征是；在阴极碳块(1)底部的保温料层(4)内，设置有碳金属阴极导电连接线路保护套管(7)，碳金属阴极导电连接件部分构造在护套管内(7)。

4依据权利要求1，铝电解槽阴极熔池内衬结构，其特征是；碳金属过渡导电连接线路的碳金属导电接头(8)，采用导电夹板接头或夹紧螺栓卡具接头或在碳金属导电连接件(8)上加工构造出螺纹，与阴极碳块(1)端底部进行紧固性导电连接，碳金属阴极导电连接线路的金属导线(9)采用金属型材、或软铜线导线构造而成，或采用铸造金属的方式获得。

5依据权利要求1，铝电解槽阴极熔池内衬结构，其特征是；碳金属导电过渡连接线路保护套管(7)，预制构造在阴极碳块(1)底端部的保温料层(4)内，作为浇铸金属模管，其保护套管(7)与阴极碳块(1)上的导电连接通孔相对接，采用向保护套管(7)内浇铸导电金属熔液的铸造工艺方式，构造出碳金属阴极导电连接线路，实现阴极碳块(1)与阴极大母线(6)之间的阴极导电连接。

6依据权利要求1，铝电解槽阴极熔池内衬结构，其特征是；在整体阴极内衬俯视投影面上，阴极碳块(1)底端部与阴极大母线(6)进行导电连接的碳金属阴极导电连接线路上的连接点(12)为分段多点式连接结构，阴极碳块(1)底部碳金属阴极导电线路，在铝电解槽内保温料层(4)中，用并联或串联的导电连接线路方式将阴极大母线(6)与阴极炭块(1)底端部进行导电连接。

7依据权利要求1，铝电解槽阴极熔池内衬结构，其特征是；其单块阴极碳块(1)在侧部炉墙(3)内阴极内衬上的俯视投影面上的形状为矩形、圆形或方形；其阴极碳块(1)在电解槽炉墙(3)内可沿电解槽大母线(6)方向进行平行、垂直、交叉布置；其阴极碳块(1)在相互对应的两侧炉墙(3)内可布置成一整块或分成几段块进行布置；阴极碳块(1)断面可以是矩形，或是圆形；阴极碳块(1)上构造有用于与导电金属接头(8)相连接的凹凸槽或导电连接工艺孔。

8依据权利要求1，铝电解槽阴极熔池内衬结构，其特征是；其相邻两阴极碳块(1)之间，阴极碳块(1)和侧部炉墙(3)之间的间隙用捣固糊料(5)捣固扎实，砌筑构造在电解槽保温料层(4)上，阴极内衬上表面构造成阴极碳块(1)上表面凸起，捣固糊料5上表面下凹，或用相邻阴极碳块(1)构造成具有一定高差，相互错落的凹凸台状。

9依据权利要求1，铝电解槽阴极熔池内衬结构，其特征是；在铝电解槽阴极侧部炉墙(3)和底部保温料层(4)内构造有电解槽热平衡调节管(16)，热平衡调节管(16)的两端与电解槽钢壳体(2)进行构造连接。

10依据权利要求1，铝电解槽阴极熔池内衬结构，其特征是；铝电解槽阴极内衬上表面的阴极碳块(1)或捣固糊(5)上构造有铝液磁旋流调整块(13)或铝液电解质隔离墙(14)。

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