CN101805912B - 一种铝电解槽的阴极 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝电解槽的阴极，它由阴极炭块拼接构成，阴极炭块包括顶面有凹槽的凹形阴极炭块(1)和顶面水平的普通阴极炭块(2)；铝电解槽的阴极由凹形阴极炭块(1)拼接构成或由凹形阴极炭块(1)和普通阴极炭块(2)搭配拼接构成。本发明用带有突起和凹槽的阴极第一可降低铝液和电解质流动，减少流动给电解质电阻带来的扰动，使电解质体系电阻更加稳定，从而减少电解质通流损耗；第二根据传热理论，传热媒介体积和面积越小，则传热效率越低，因此在保持相同铝水平的基础上，由于高阴极占用部分铝液空间，从而减少了铝液体积和侧部散热面积，从而达到减少侧部热量散发的目的，节约能耗。

Description

一种铝电解槽的阴极

技术领域

本发明涉及一种铝电解槽的阴极，属于铝电解技术领域。

背景技术

最近10年来，我国以铝电解槽为核心的电解铝技术得到了充分发展，基本实现了电解槽容量系列化(200KA、300KA、400KA等多个级别)，和电解系列大型化(从10万吨到25万吨)。但是，铝电解是典型的高载能工业，吨铝综合电耗一般在14000kwh/t-Al以上，按2008年全国1500万吨原铝产能计，每年我国电解铝行业的总能耗应该在2100亿度以上。而电解铝生产的能量利用率在45％～48％，有很大节能挖潜空间。

目前，国内外大型预焙阳极电解槽内衬均采用相同规格的阴极炭块纵向排列配置，所有阴极炭块顶面均在同一水平面上，正常生产时，由于电磁力作用，电解槽中铝液层总是处于流动状态，铝液流速最快达到16cm/s，流场如图7。已知铝液的流动特别是铝液的不规则流动是电解槽不稳定的主要因素，而电解槽的不稳定就会使：①电解质体系不稳定，电化学反应效率降低；②电解槽噪声值升高，控制系统会抬高槽电压以控低噪声，以上两点均会导致吨铝电耗增加。同时随着电解槽容量大型化的发展，电解槽的炉膛和电流越来越大，导致流场问题也越来越严重：槽内电解液内温度和各种物料分布不均的概率增大；电解液流速增大；槽中在产铝量增加；槽内熔融流体在一些位置发生紊流的可能性增大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种可降低铝液层流速，减少铝液层能量散发，增强电解槽生产稳定性、降低能耗的铝电解槽的阴极，可以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：铝电解槽的阴极由阴极炭块拼接构成，阴极炭块包括顶面有凹槽的凹形阴极炭块和顶面水平的普通阴极炭块；铝电解槽的阴极由凹形阴极炭块拼接构成或由凹形阴极炭块和普通阴极炭块搭配拼接构成。

凹形阴极炭块包括顶面中部设有凹槽的凹槽阴极炭块和凹槽位于顶面一端的半凹槽阴极炭块。

凹形阴极炭块和普通阴极炭块交错配置。

拼接铝电解槽阴极时凹形阴极炭块布置于中部，普通阴极炭块或/和半凹槽阴极炭块布置于两端。

凹形阴极炭块和普通阴极炭块为通长阴极或中间断开阴极，中间断开阴极由两根短炭块拼接构成。

凹形阴极炭块的高度为450mm～550mm，凹槽深度为80mm～200mm。

凹槽阴极炭块的凹槽宽度为100mm～350mm；半凹槽阴极炭块突起部的宽度为80mm～350mm。

在阴极炭块上横向开设有横向槽，横向槽的宽度为100mm～250mm，横向槽的深度与凹形阴极炭块的开槽深度相同。

阴极炭块由石墨质或石墨化材料制作，两种材料制作的阴极炭块可单独使用也可搭配实用。

普通阴极炭块的顶面与凹形阴极炭块的凹槽端面齐高。

与现有技术比较，本发明根据电解槽生产能耗分布计算式“总能耗＝电化学反应分解消耗+整流机组电耗+母线、阳极和阴极通流损耗+电解质通流损耗+电解槽体系散热”知降耗可从电解质通流损耗和电解槽体系散热入手；同时结合“防波堤”原理(如图5，设置堤坝于流体底部，增加流动阻力，可有效降低流体流动速度)；将现有端面平整的铝电解槽的阴极调整为端面有突起和凹槽的阴极，这样有突起和凹槽的阴极第一可降低铝液和电解质流动，减少铝液流动给电解质电阻带来的扰动，使电解质体系电阻更加稳定，从而减少电解质通流损耗；第二根据传热理论，传热媒介体积和面积越小，则传热效率越低，因此在保持相同铝水平的基础上，由于高阴极占用部分铝液空间，从而减少了铝液体积和侧部散热面积，从而达到减少侧部热量散发的目的，节约能耗(如图6)。第三可以减缓铝液的高流速旋转漩涡的流动速度、增强电解液体系稳定性，减少散热，可进一步降低能耗。凹形阴极炭块包括顶面中部设有凹槽的凹槽阴极炭块和凹槽位于顶面一端的半凹槽阴极炭块；凹形阴极炭块和普通阴极炭块交错配置；凹形阴极炭块和普通阴极炭块为通长阴极或中间断开阴极，设置上述阴极炭块的多种形状，多种布置方式的目的是为了更好的适应各类电解槽，并破坏现有电磁力所产生的铝液内流速场的分布，达到进一步节能、降低能耗的效果(如图8)。凹形阴极炭块的高度为450mm～550mm，凹槽深度为80mm～150mm；凹槽阴极炭块的凹槽宽度为100mm～350mm；半凹槽阴极炭块突起部的宽度为80mm～350mm；在阴极炭块上横向开设有横向槽，横向槽的宽度为100mm～250mm，横向槽的深度与凹形阴极炭块的开槽深度相同；普通阴极炭块的顶面与凹形阴极炭块的凹槽端面齐高；此数据是申请人经过大量实验和计算机模拟后得到的，其目的是满足生产时的正常出铝、完成导流和引流；拼接铝电解槽阴极时凹形阴极炭块布置于中部，普通阴极炭块或/和半凹槽阴极炭块布置于两端；这样方便出铝和防止结壳与阳极粘接。同时本发明还具有对电解槽改动少、结构简单、节能效果好等优点，具有很好的经济效应、推广价值和实用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的横截面示意图；

图3为铝电解槽阴极的中部由凹槽阴极炭块相互拼接的结构示意图；

图4为铝电解槽阴极的中部由半凹槽阴极炭块相互拼接的结构示意图；

图5为“防波堤”阻流示意图；

图6为铝液层散热示意图；

图7为大面多点进电铝电解槽铝液流速分布图；

图8为采用本发明后大面多点进电铝电解槽铝液流速分布图。

具体实施方式

实施例：如图1至4所示：铝电解槽的阴极由多块阴极炭块1扎糊拼接而成的，但为克服现有技术的不足，申请人将阴极炭块分为顶面有凹槽的凹形阴极炭块1和顶面水平的普通阴极炭块2，其中凹形阴极炭块1又可分为顶面中部设有凹槽的凹槽阴极炭块和凹槽位于顶面一端的半凹槽阴极炭块；这样在扎糊阴极炭块时就可以有如下几种大的配置方式：a：全部采用凹槽阴极炭块制成阴极(如图3)；b：全部采用半凹槽阴极炭块制成阴极(如图4)；c：凹槽阴极炭块和半凹槽阴极炭块相互搭配制作阴极；d：凹槽阴极炭块和普通阴极炭块搭配制作阴极；e：半凹槽阴极炭块和普通阴极炭块搭配制作阴极；f：凹槽阴极炭块、半凹槽阴极炭块和普通阴极炭块相互搭配制作阴极。对于各种阴极炭块的放置位置可根据电解槽的类型和现有电磁力所产生的铝液内流速场的分布而定；但为了方便出铝和防止结壳与阳极粘接，拼接的铝电解槽阴极凹形阴极炭块1布置于中部，普通阴极炭块2或/和半凹槽阴极炭块布置于两端(如图1)。为满足生产时的正常出铝，所制作的凹形阴极炭块1的高度为450mm～550mm，凹槽深度为80mm～200mm，凹槽阴极炭块的凹槽宽度为100mm～350mm；半凹槽阴极炭块突起部的宽度为80mm～350mm；且制作的普通阴极炭块2的顶面与凹形阴极炭块1的凹槽端面齐高。同时为方便出铝和方便导流引流，在凹形阴极炭块1横向开设有横向槽3，横向槽3的宽度为100mm～250mm，横向槽3的深度与凹形阴极炭块1的开槽深度相同。

用来制作的阴极炭块的材料可以为石墨质或石墨化材料，且两种材料制作的阴极炭块可单独使用也可搭配实用；所用阴极炭块的规格为通长阴极或中间断开阴极，其中中间断开阴极由两根短炭块拼接构成。

Claims (5)

1.一种铝电解槽的阴极，它由阴极炭块拼接构成，其特征在于：阴极炭块包括顶面有凹槽的凹形阴极炭块（1）和顶面水平的普通阴极炭块（2）；铝电解槽的阴极由凹形阴极炭块（1）和普通阴极炭块（2）搭配拼接构成；搭配拼接的铝电解槽阴极有两种构成方式：a凹形阴极炭块（1）布置于中部，普通阴极炭块（2）或/和半凹槽阴极炭块布置于两端；b凹形阴极炭块（1）和普通阴极炭块（2）交错配置；凹形阴极炭块（1）包括顶面中部设有凹槽的凹槽阴极炭块和凹槽位于顶面一端的半凹槽阴极炭块。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽的阴极，其特征在于：凹形阴极炭块（1）和普通阴极炭块（2）为通长阴极或中间断开阴极。

3.根据权利要求1所述的铝电解槽的阴极，其特征在于：凹形阴极炭块（1）的高度为450mm～550mm，凹槽深度为80mm～200mm。

4.根据权利要求1所述的铝电解槽的阴极，其特征在于：凹槽阴极炭块的凹槽宽度为100mm～350mm；半凹槽阴极炭块突起部的宽度为80mm～350mm。

5.根据权利要求1所述的铝电解槽的阴极，其特征在于：在阴极炭块上横向开设有横向槽（3），横向槽（3）的宽度为100mm～250mm，横向槽（3）的深度与凹形阴极炭块（1）的开槽深度相同。

6. 根据权利要求1所述的铝电解槽的阴极，其特征在于：普通阴极炭块（2）的顶面与凹形阴极炭块（1）的凹槽端面齐高。

7. 根据权利要求1所述的铝电解槽的阴极，其特征在于：阴极炭块由石墨质或石墨化材料制作。

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