CN101899678A - 铝电解槽阴极导电结构 - Google Patents

Abstract

本发明铝电解槽阴极导电结构，应用于铝电解槽的构造与生产，由于用碳金属导电连接件，通过阴极碳块的通孔，在阴极碳块的中下部和与阴极大母线相连的阴极金属导电线路相连接，直接从碳块中下部向碳块的上部表面传导电流，该结构具有在电解槽内阴极和阳极之间铝液水平电流波动小，垂直电流分布部均匀，槽底电压降低，结构电阻值小，无功电耗少，导电效率高，槽壳侧部变形小，电解槽热平衡稳定程度高，电解铝液熔池形状稳定，电解槽使用寿命周期长等优点，应用于电解铝的生产，可以降低电解铝的电耗。

Description

铝电解槽阴极导电结构

技术领域：本发明铝电解槽阴极导电结构，应用与预焙铝电解槽的阴极导电结构的构造以及预焙铝电解槽的生产。

技术背景：现通用的铝电解槽阴极内衬导电结构由多个阴极碳块钢棒组砌筑在铝电解槽钢壳体内的侧部炉墙和底部保温层上捣固砌筑而成；阴极钢棒用捣固糊捣固砌筑在阴极碳块底部沿碳块长度方向加工出的阴极钢棒槽内组合构造而成阴极碳块钢棒组，阴极碳块钢棒组的两侧端砌筑在电解槽内的侧部炉墙内，其长度方向由两侧部炉墙向电解槽长度中心线方向延伸并水平布置构造在保温层上，阴极钢棒的两端通过碳块端部的侧部炉墙和电解槽碳块端部的侧部钢壳体上的窗口延伸至电解槽外，与布置在电解槽外侧部的阴极大母线相连接。这种由阴极钢棒通过碳块端部侧部钢壳体和侧部炉墙插入到阴极碳块内底部，向电解槽内进行导电、平衡阴极电流分布的铝电解槽阴极内衬导电结构，具有以下缺点和不足：

其一：阴极碳块和阴极钢棒由外向内的导电分布部均匀，致使电解槽内由阳极导入的垂直于水平面方向的电流密度分布不均匀，铝液水平发生偏流，电解槽膛内变化不规则。

其二：阴极碳块、阴极钢棒两者的热膨胀系数不一样，底部构造一起、对热应力的吸收释放的能力不一样，不仅阴极钢棒易发生变形，影响铁碳接触导电性能，还能引起电解槽壳的侧部变形，影响热平衡。

其三：阴极碳块和阴极钢棒之间采用捣固糊连接其电阻铝和电压降值较高，结构导电效率低，致使结构电阻耗增加。

其四：阴极碳块和阴极钢棒沿高度和长度方向的导电距离不一样，不仅使电解槽阴极的电流密度分布不均匀，而且还使得电解槽的阴极表面的电流密度分布较低，并难以提高，导致电解槽效率较低。

发明内容：为了克服现有铝电解槽阴极内衬导电结构的阴极导电从电解槽阴极碳块侧端部进电的上述缺点和拟补其不足，本发明特提供了一种新的铝电解槽底部进电式阴极导电结构技术方案。

铝电解槽阴极导电结构由砌筑在铝电解槽钢壳体内保温层上的阴极碳块.碳金属过渡导电连接件和金属导线所组成，其技术方案是：在阴极碳块内部构造有上下通孔，碳金属导电连接件通过其通孔与预制构造在电解槽阴极炭块底部保温防渗漏层内的阴极金属导电线路相连接。

依据上述技术方案：阴极金属导电线路预制构造在路电解槽内的防渗漏侧内，并通过阴极碳块下底部面的保温防渗漏层和电解槽侧部或底部的钢壳体与阴极大母线相连接。

依据上述技术方案：阴极金属导电线路和碳金属导电连接件的接线端与阴极炭块内下部进行导电连接，在阴极金属导电线路与碳金属导电连接件和阴极炭块的连接线端处构造有阴极金属导电端部接头。

依据上述技术方案：碳金属导电连接件和阴极炭块在与预制在电解槽内的保温防渗漏层的阴极金属导电线路端部接头进行导电连接时，通过阴极炭块的通孔可用螺栓进行连接，或通过阴极炭块的通孔用浇铸导电金属液的方式进行连接，在阴极炭块通孔内碳金属连接件的上方填充有捣固糊防渗漏料。

依据上述技术方案：阴极金属导电线路在铝电解槽内保温防渗漏层中可采用并联或串联的导电方式与阴极炭块进行导电连接，阴极金属导电线路可采用金属型材或软铜线连接构造组装而成。

依据上述技术方案：单块阴极碳块在电解槽内的水平投影面的形状，可以是矩形、圆形和方形；阴极碳块在电解槽炉内可沿电解槽大母线方向进行平行、垂直交叉布置；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进行布置；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；每个阴极碳块的上表面之间、捣固糊与阴极碳块上表面之间高差应构造成凹凸台槽形状。

依据上述技术方案：在铝电解槽内保温防渗漏层中，阴极金属导电线路的外部设置有硬质隔热保护套管。

依据上述技术方案：在铝电解槽内保温防渗漏层中预先按阴极金属导电线路得走向预制埋设好硬质隔热保护套管，硬质隔热保护套管的一端与阴极炭块的上下通孔相连，另一与大母线连接端先构造封死，采用从阴极炭块通孔向硬质隔热保护套管内浇铸金属液体的铸造方式，一次构造出阴极金属导电线路和碳金属连接件，并与阴极炭块构造进行导电连接。

依据上述技术方案：在铝电解槽底部保温层中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。

本发明铝电解槽阴极导电结构，应用于铝电解槽的构造与生产，由于用碳金属导电连接件，通过阴极碳块的通孔，在阴极炭块的中下部和与阴极大母线相连的阴极金属导电线路相连接，直接从碳块中下部向碳块的上部表面传导电流，该结构具有在电解槽内阴极和阳极之间铝液水平电流波动小，垂直电流分布部均匀，槽底电压降低，结构电阻值小，无功电耗少，导电效率高，槽壳侧部变形小，电解槽热平衡稳定程度高，电解铝液熔池形状稳定，电解槽使用寿命周期长等优点，应用于电解铝的生产，可以降低电解铝的电耗。

附图说明：

本发明铝电解槽阴极导电结构的技术方案和特点结合附图说明和实施例理解，则显示的更加明了。其中

图1为：铝电解槽阴极导电结构的实施例1阴极炭块立面剖示图，

图2为：图1的侧视断面图。

图3为：铝电解槽阴极导电结构实施例2阴极炭块立面剖示图，

图4为：图3的侧视断面图。

图5为：铝电解槽阴极导电结构实施例3的局部剖面示意图。

图6为：铝电解槽阴极导电结构实施例4的局部剖面示意图。

图7为：铝电解槽阴极导电结构实施例5的局部剖面示意图。

图8为：铝电解槽阴极导电结构实施例6的局部剖面示意图。

图9为：铝电解槽阴极导电结构实施例6工艺过程中的侧视剖面图。

图10为：铝电解槽阴极导电结构实施例6的侧视剖面图

图11为：铝电解槽底阴极导电结构实施例7的侧视剖面图。

图12为：铝电解槽底阴极导电结构实施例7阴极炭块以及导电连接的平

面示意图

其图中所示：1.阴极碳块、2.炭块通孔、3.阴极金属导电线路、4.端部接头、5.保护套管、6.碳金属导电连接件、7.保温防渗漏层、8.侧部炉墙、9.钢壳体、10.阴极大母线、11.捣固糊、12.夹紧螺栓、13.凹凸槽、14.热平衡调节管、15.钢壳体绝缘套、16.铝液、17.铸造金属。

具体实施方式：

铝电解槽阴极导电结构是在对现通用的阴极碳块钢棒组经过侧端部的炉墙和钢壳体与阴极大母线相连接，沿水平方向传导电流后，再向阴极碳块的上部表面传导电流的阴极内衬结构的改进和创新。

其核心技术是：在阴极碳块(1)的内部构造有上下连通孔(2)用于碳金属过电连接件(6)，通过其通孔(2)与预制构造在电解槽阴极炭块(1)底部保温防渗漏层(7)内的阴极金属导电线路(3)相连接，实现阴极大母线(10)对阴极炭块(1)的导电功能。为了使阴极表面的垂直电流密度分布均匀，铝电解槽阴极导电结构采用多点面导电分布，用导电率高的金属材料从阴极炭块(1)下部向上进行导电。克服传统的用阴极钢棒在阴极炭块(1)底部∏型钢棒槽内进行水平导电所存在的弊端，实现阴极炭块上部表面的垂直电流密度分布均匀。

实施例1；如图1、图2所示，阴极炭块阴极炭块(1)的内部构造有上下通孔(2)，其通孔的直径和形状，依据阴极金属导电线路(3)端部接头(4)与碳金属导电连接件(6)的构造形状而定：阴极炭块(1)与底部的阴极金属导电线路(3)端部接头(4)，采用浇铸金属液的铸造工艺相连接，其通孔(2)直径和形状，以满足铸造工艺连接为主，通孔(2)底部构造有铸造金属连接凹凸槽(13)

实施例2：如图3、图4所示，如图1、图2所示，阴极炭块阴极炭块(1)的内部构造有上下通孔(2)，阴极炭块(1)与底部的阴极金属导电线路(3)端部接头(4)，采用导电金属夹紧螺栓(12)连接，其孔可构造成上部孔大，下部孔小的凹台型，以利于夹紧螺栓(12)与底部的阴极金属导线端部接头(4)对阴极炭块(1)的夹紧导电连接。

实施例3；如图5所示，阴极金属导电线路(3)的上端与阴极炭块(1)通孔(2)下端内的碳金属导电连接件(6)相连接该端构造有阴极金属导电端部接头(4)，碳金属导电连接件(6)与端部接头(4)，采用夹紧螺栓(12)连接，对阴极炭块(1)构造成夹紧导电连接；阴极金属导电线路(3)预制埋设在电解槽保温防渗漏层(7)中；阴极金属导电线路(3)底部一端，穿过防渗漏保温层(7)和电解槽侧部的钢壳体(9)与阴极大母线(10)相连接；阴极金属导电线路(3)预制埋设在电解槽保温防渗漏层(7)的一段，外部设置有硬质隔热保护套管(5)，其作用一是防止电解质对导电金属材料的腐蚀，恒定温度；二是在构造时，先按阴极金属导电线路(3)的走向，将保护套管(5)预制埋设在保温防渗漏层(7)中，在完成保温防渗漏层(7)的施工工序后，再通过保护套管(5)进对阴极金属导电线路(3)进行穿线施工。阴极金属导电线路(3)的材料为软通导线。

实施例4：如图6所示，实施例4与实施例3的基本构造结构相同，其区别是阴极金属导电线路(3)底部一端，穿过防渗漏保温层(7)的保护套管(5)和电解槽底部钢壳体(9)与阴极大母线(10)相连接。阴极金属导电线路(3)的材料为金属型材。

实施例5：如图7所示，实施例5与实施例3的基本构造结构相同，其区别是：碳金属导电连接件(6)与端部接头(4)，采用铸造金属(17)的连接方式，对阴极炭块(1)构造成夹紧导电连接。

实施例6：如图8、图9、图10所示，阴极金属导电线路(3)和碳金属导电连接件(6)与阴极炭块(1)的连接，可以采用铸造的方法一次构造而成。

其方法是：先按阴极导电线路(3)的走向，将保护套管(5)预制埋设在保温防渗漏层(7)中，将保护套管(5)与大母线(10)相连接的一端延长至电解槽钢壳体(9)外与大母线(10)连接处，先临时封死，；将阴极炭块(1)底部的通孔(2)口与保护管(5)的上端口相连接(如图9所示)，采用在阴极炭块(1)的通孔(2)的上端，向阴极炭块通孔(2)和保护套管(5)内浇铸导电金属液的铸造工艺方法，一次将阴极金属导电线路(3)和碳金属导电连接件(6)与阴极炭块(1)进行导电连接构造在一起(如图8、图10所示)。铸造时阴极炭块(1)上的通孔(2)可视为浇铸冒口和排气口。

实施例7：如图11、图12所示：阴极金属导电线路(3)，在与阴极炭块(1)进行导电连接时，依据阳极导入的电流垂直密度的分布情况，可采用并联或串联的导电方式将阴极大母线(10)，通过阴极金属导电线路(3)与阴极炭块(1)进行导电连接。

单块阴极碳块(1)在电解槽内的水平投影面的形状，可以是矩形、圆形和方形；阴极碳块(1)在电解槽内可沿电解槽大母线(10)方向可进行平行、垂直交叉布置；阴极碳块(1)在相互对应的两侧炉墙(8)内可布置成一整块或分成几段进行布置；相邻两阴极碳块(1)之间、阴极碳块(1)和侧部炉墙(8)之间的间隙用捣固糊料捣固扎实；每个阴极碳块(1)的上表面之间、捣固糊(11)与阴极碳块(1)上表面之间高差应构造成凹凸台槽形状。如实施例图11、图12、所示。

在铝电解槽阴极两侧的侧部炉墙(8)和底部保温层(7)中构造热平衡调节管(14)。热平衡调节管(14)的两端与电解槽钢壳体(9)相连接，热平衡管(14)的两端带有可以比闭合的封头，当电解槽阴极内衬局部过热时，可以打开相近的热平衡管(14)两端的封头，靠空气的的流通进行局部冷却，调节降温使之平衡；过冷则封死。用这种方法补充调节电解槽的热平衡，即能保证阴极内衬水平热应力的平衡，防止漏槽事故的发生，烧损导电部件，同时又能对钢壳体(9)起加固作用。

阴极炭块(1)内部通孔(2)的内壁加工制作有凹凸牙线槽，在阴极金属导电线路(3)通过端部接头(4)和碳金属导电连接件(6)将阴极炭块(1)进行导电连接后，用捣固糊(11)将阴极炭块(1)内部通孔(2)捣固扎实。

阴极金属导电线路(3)和电解槽钢壳体(9)之间，设置有钢壳体绝缘套(15)，用于二者之间的绝缘。

Claims (9)

1.铝电解槽阴极导电结构由砌筑在铝电解槽钢壳体内保温层上的阴极碳块(1)、碳金属过渡导电连接件(6)和阴极金属导电线路(3)所组成，其特征是：在阴极碳块(1)内部构造有上下通孔(2)，碳金属导电连接件(6)通过其通孔(2)与预制构造在电解槽阴极炭块(1)底部保温防渗漏层(7)内的阴极金属导电线路(3)相连接。

2.依据权利要求1所述的铝电解槽阴极导电结构其特征是：阴极金属导电线路(3)预制构造在路电解槽内的保温防渗漏层(7)内，并通过阴极碳块(1)下底部面的保温防渗漏层(7)和电解槽侧部或底部的钢壳体(9)与阴极大母线(10)相连接。

3.依据权利要求1所述的铝电解槽阴极导电结构其特征是：阴极金属导电线路(3)和碳金属导电连接件(6)的接线端与阴极炭块内下部进行导电连接，在阴极金属导电线路(3)与碳金属导电连接件(6)和阴极炭块(1)的连接线端处构造有阴极金属导电端部接头(4)。

4.依据权利要求1所述的铝电解槽阴极导电结构其特征是：碳金属导电连接件(6)和阴极炭块(1)在与预制在电解槽内的保温防渗漏层(7)的阴极金属导电线路端(3)的阴极导电端部接头(4)进行导电连接，通过阴极炭块(1)的通孔(2)可用夹紧螺栓(12)进行连接，或通过阴极炭块(1)的通孔(2)用浇铸铸造金属(17)的方式进行连接，在阴极炭块(1)通孔(2)内碳金属连接件(2)的上方填充有捣固糊(11)防渗漏料。

5.依据权利要求1所述的铝电解槽阴极导电结构其特征是：阴极金属导电线路(3)在铝电解槽内保温防渗漏层(7)中可采用并联或串联的导电方式与阴极炭块(1)进行导电连接，阴极金属导电线路(3)可采用金属型材或软铜线连接构造组装而成。

6.依据权利要求1所述的铝电解槽阴极导电结构其特征是：单块阴极碳块(1)在电解槽内的水平投影面的形状，可以是矩形、圆形和方形；阴极碳块(1)在电解槽炉内可沿电解槽大母线方向进行平行、垂直交叉布置；阴极碳块(1)在相互对应的两侧炉墙(8)内可布置成一整块或分成几段进行布置；阴极碳块(1)之间、阴极碳块(1)和侧部炉墙(8)之间的间隙用捣固糊料(11)捣固扎实；每个阴极碳块(1)的上表面之间、捣固糊(11)与阴极碳块(1)上表面之间高差应构造成凹凸台槽形状。

7.依据权利要求1所述的铝电解槽阴极导电结构其特征是：在铝电解槽内保温防渗漏层中(7)，阴极金属导电线路(3)的外部设置有硬质隔热保护套管(5)。

8.依据权利要求1所述的铝电解槽阴极导电结构其特征是：在铝电解槽内保温防渗漏层(6)中预先按阴极金属导电线路(3)得走向预制埋设好硬质隔热保护套管(5)，硬质隔热保护套管(5)的一端与阴极炭块(5)的上下通孔(5)相连，另一与大母线(5)连接端先构造封死，采用从阴极炭块(1)通孔(2)向硬质隔热保护套管(5)内浇铸金属117液体的铸造方式，一次构造出阴极金属导电线路3和碳金属连接件(6)，并与阴极炭块(1)构造进行导电连接。

9.依据权利要求1所述的铝电解槽阴极导电结构其特征是：在铝电解槽底部保温层(7)中构造有电解槽热平衡调节管(17)，热平衡调节管(17)的两端与电解槽钢壳体(9)相连接。

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