CN101942676B - 一种异型阴极结构铝电解槽 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳、设置在底部的耐火保温材料、阳极和阴极碳块，在阴极碳块底部装设有阴极钢棒，其特征在于，所述阴极碳块上端沿纵向为圆角或者弧形角，阴极碳块顶部开设有横向凹槽。该异型阴极结构铝电解槽能够大大降低铝液中水平电流、使阴极碳块和阴极钢棒电流密度更均匀、阴极碳块和阴极钢棒中磁场分布更均匀、能够有效减缓铝液流速和铝液波动幅度，大大延长了电解槽的使用寿命。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种铝电解槽，特别是一种异型阴极结构铝电解槽。
二、背景技术
目前，工业上铝的提炼主要是冰晶石-氧化铝熔盐电解的方法生产，其专用设备为内衬有炭质材料的电解槽，此类电解槽的钢质外壳与炭质内衬之间为耐火材料和保温砖，电解槽的炭质内衬一般由具有较好的抗钠盐和抗电解质腐蚀性能的无烟煤或石墨材料或两者的混合物所制的碳砖砌筑而成，在炭块与炭块之间用碳素材料制成的碳糊进行捣固。
现有铝电解槽的阴极结构多采用在阴极碳块底部开设沟槽并装有阴极钢棒，阴极碳块纵向排放在电解槽底部，阴极碳块为规则长方体或者阴极碳块的上端部为凸形，阴极碳块与阴极碳块之间有一定距离的间缝。如中国专利CN201416037Y公开了一种新型铝电解槽，该电解槽的阴极结构包括槽壳和内衬，内衬的阴极碳块之间的距离被拉大，该间缝用扎固材料填充，扎固材料的高度低于阴极碳块的高度而使得阴极碳块之间出现沟槽，这种铝电解槽的阴极结构可以使铝液流到沟槽中，但阴极表面各点到阴极钢棒的距离差别很大，电解过程中电流密度和磁场强度分布不均匀，严重影响电流效率。再如中国专利ZL200710010523.4公开了一种异型阴极碳块结构电解槽，该阴极碳块上表面形成两个以上的凸起，阴极碳块之间用碳素捣糊填充形成沟槽，能达到减缓铝液流速和波动幅度的作用，同样，其阴极表面各点到阴极钢棒的距离差别很大，电解过程中电流密度和磁场强度分布不均匀，严重影响电流效率。因此，设计一种综合能耗更低、效率更高的电解槽及其阴极结构已为急需。
三、发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够大大降低铝液中水平电流、使阴极碳块和阴极钢棒电流密度更均匀、阴极碳块和阴极钢棒中磁场分布更均匀、能够有效减缓铝液流速和铝液波动幅度的新型阴极结构铝电解槽；同时，该新型阴极结构铝电解槽能够大大提高铝电解的稳定性，大大延长了电解槽的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明的具体方案是：一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳、设置在底部的耐火保温材料、阳极和阴极碳块，在阴极碳块底部装设有阴极钢棒，所述阴极碳块上端沿纵向为圆角或者弧形角，阴极碳块顶部开设有横向凹槽。这样，阴极碳块上端部沿纵向为圆角或者弧形角，或者阴极碳块上端部两边为对称圆角或者弧形角，这样，阴极碳块表面各点到阴极钢棒的距离趋向于相等，从而阴极碳块表面到阴极钢棒的电流密度分布均匀；在阴极碳块的顶部开设有横向凹槽，有利于铝液的流出，同时，横向凹槽的设置能够大大减少铝液中水平电流，大大降低极距。
本发明还在于所述阴极碳块沿纵向并列排放，阴极碳块之间的间缝用阴极捣糊扎固，相邻阴极碳块的相对圆角或弧形角与填充阴极碳块间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽。阴极碳块之间形成凹槽，可以缓减电解槽中铝液的流速，使铝液的流动变紊流为层流，减缓电解槽内电解质和铝液的波动，降低极距和槽电压。
本发明还在于所述横向凹槽与纵向凹槽深度相同。当横向凹槽与纵向凹槽的深度一致时，这种纵横交错且深度一致的沟槽，能够大大缓减电解槽中铝液的流速，减缓电解槽内电解质和铝液的波动，并确保铝液迅速流出。
本发明还在于所述横向凹槽与纵向凹槽正交。这样，互相正交的纵向凹槽和横向凹槽，可以使电解中铝液的流速大大减缓，变紊流为层流，且流动有规律，更容易操控。
本发明还在于所述横向凹槽为矩形槽或者梯形槽或者弧形槽。这样，可以根据需要选择阴极碳块顶部凹槽的形状，且每一种槽型都有其独特的有益效果，当凹槽为矩形槽时，在填充人造石墨碎时可以做到更加平整，横向电流分布和磁场分布不受影响，当凹槽为梯形槽时，其与纵向的梯形槽相互交叉，使电解槽的阴极上表面形成纵横交错的梯形槽网，能够有效缓减铝液的流速，改变铝液的流态，变紊流为层流，减缓槽内电解质和铝液的波动性，从而降低极距和槽压降，实现节能降耗。
本发明还在于所述阴极钢棒的横截面上部呈梯形或半圆形或弧线形。这样能保证阴极碳块上表面到钢棒的距离趋于相等，使电流和磁场分布均匀。
本发明还在于所述横向凹槽深度为20～180mm，所述纵向凹槽深度为20～180mm。
本发明还在于所述阴极碳块间缝距离为20～40mm。
本发明提供的一种异型阴极结构铝电解槽，还具有以下有益效果：
1、减少铝液中的水平电流；
2、改善铝液、阴极碳块和阴极钢棒中电流密度的分布和磁场的分布，使得电流密度分布更为均匀，磁场分布更为均匀。
3、能够大大减少因磁场作用而对铝液所产生的应力，从而有效缓减铝液流速，并改变铝液的流态，变紊流为层流，减缓了槽内电解质和铝液的波动幅度，从而降低极距和槽电压，使槽电压降低500mV～900mV。
4、能够实现吨铝直流电耗降低1100～1300Kwh，吨铝直流电耗降低到10500～11800Kwh。
四、附图说明
图1是铝电解槽的竖向横截面示意图。
图2、图6、图7是铝电解槽的竖向纵截面示意图。
图3是阴极碳块的立体图。
图4、图5是阴极碳块竖向横截面示意图。
图中，1、槽壳，2、耐火保温材料，3、阴极碳块，4、阴极钢棒，5、横向凹槽，6、纵向凹槽
五、具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明。
实施例1：
一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳1、设置在底部的耐火保温材料2、阳极和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极碳块3上端沿纵向为圆角，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。如图1所示，铝电解槽包括槽壳1、设置在槽壳1底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述钢棒4为两根钢棒，所述阴极碳块3上端沿纵向为圆角。如图2、3所示，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。
实施例2：
一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳1、设置在底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。如图1所示，铝电解槽包括槽壳1、设置在槽壳1底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4。如图5所示，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角。如图2、3所示，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。
实施例3：
一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳1、设置在底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极碳块3上端沿纵向为圆角，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，所述阴极碳块3沿纵向并列排放，阴极碳块3之间的间缝用阴极捣糊扎固，相邻阴极碳块3的相对圆角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图1所示，铝电解槽包括槽壳1、设置在槽壳1底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极碳块3沿纵向并列排放，阴极碳块3之间的间缝用阴极捣糊扎固，相邻阴极碳块3的相对圆角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图2、3所示，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。
实施例4：
一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳1、设置在底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，所述阴极碳块3沿纵向并列排放，阴极碳块3之间的间缝用阴极捣糊扎固，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图1所示，铝电解槽包括槽壳1、设置在槽壳1底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4。如图2所示，所述阴极碳块3沿纵向并列排放，阴极碳块3之间的间缝用阴极捣糊扎固，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图2、3所示，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。
实施例5：
一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳1、设置在底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极碳块3上端沿纵向为圆角，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，所述阴极碳块3沿纵向并列排放，阴极碳块3之间的间缝用阴极捣糊扎固，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，所述横向凹槽5与纵向凹槽6深度相同。如图1所示，铝电解槽包括槽壳1、设置在槽壳1底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极碳块3沿纵向并列排放，阴极碳块3之间的间缝用阴极捣糊扎固，相邻阴极碳块3的相对圆角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图3所示，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，所述横向凹槽5与纵向凹槽6深度相同。
实施例6：
一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳1、设置在底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极碳块3上端沿纵向为圆角，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，所述阴极碳块3沿纵向并列排放，阴极碳块3之间的间缝用阴极捣糊扎固，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，所述横向凹槽5与纵向凹槽6深度相同，所述横向凹槽5与纵向凹槽6正交。如图1所示，铝电解槽包括槽壳1、设置在槽壳1底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极碳块3沿纵向并列排放，阴极碳块3之间的间缝用阴极捣糊扎固，相邻阴极碳块3的相对圆角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图3所示，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，所述横向凹槽5与纵向凹槽6深度相同，所述横向凹槽5与纵向凹槽6正交。
实施例7：
一种异型阴极结构铝电解槽，其阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，所述横向凹槽5为矩形槽。如图2、3所示，阴极碳块3顶部开设的横向凹槽5为矩形槽。
实施例8：
一种异型阴极结构铝电解槽，其阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，所述横向凹槽5为梯形槽。如图7所示，阴极碳块3顶部开设的横向凹槽5为梯形槽。
实施例9：
一种异型阴极结构铝电解槽，其阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，所述横向凹槽5为弧形槽。如图6所示，阴极碳块3顶部开设的横向凹槽5为弧形槽。
实施例10：
一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳1、设置在底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极钢棒4的横截面上部呈梯形。如图5所示，所述阴极钢棒4的横截面上部呈梯形。
实施例11：
一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳1、设置在底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极钢棒4的横截面上部呈半圆形。如图4所示，所述阴极钢棒4的横截面上部呈半圆形。
实施例12：
一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳1、设置在底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极钢棒4的横截面上部呈弧线形。如图4所示，所述阴极钢棒4的横截面上部呈弧线形。
实施例13：
一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳1、设置在底部的耐火保温材料2和阴极碳块3，在阴极碳块3底部装设有阴极钢棒4，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，所述阴极碳块3沿纵向并列排放，阴极碳块3之间的间缝用阴极捣糊扎固，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，如图1、3所示，铝电解槽内阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图2、3所示，所述阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。所述横向凹槽深度为20mm，所述纵向凹槽深度为20mm。
实施例14：
一种异型阴极结构铝电解槽，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，如图1、3所示，铝电解槽内阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图2、3所示，所述阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。所述横向凹槽深度为40mm，所述纵向凹槽深度为40mm。
实施例15：
一种异型阴极结构铝电解槽，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，如图1、3所示，铝电解槽内阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图2、3所示，所述阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。所述横向凹槽深度为50mm，所述纵向凹槽深度为50mm。
实施例16：
一种异型阴极结构铝电解槽，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，如图1、3所示，铝电解槽内阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图2、3所示，所述阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。所述横向凹槽深度为80mm，所述纵向凹槽深度为80mm。
实施例17：
一种异型阴极结构铝电解槽，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，如图1、3所示，铝电解槽内阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图2、3所示，所述阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。所述横向凹槽深度为100mm，所述纵向凹槽深度为100mm。
实施例18：
一种异型阴极结构铝电解槽，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，如图1、3所示，铝电解槽内阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图2、3所示，所述阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。所述横向凹槽深度为120mm，所述纵向凹槽深度为120mm。
实施例19：
一种异型阴极结构铝电解槽，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，如图1、3所示，铝电解槽内阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图2、3所示，所述阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。所述横向凹槽深度为150mm，所述纵向凹槽深度为150mm。
实施例20：
一种异型阴极结构铝电解槽，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，如图1、3所示，铝电解槽内阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6。如图2、3所示，所述阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。所述横向凹槽深度为180mm，所述纵向凹槽深度为180mm。
实施例21：
一种异型阴极结构铝电解槽，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，阴极碳块3在电解槽底部纵向并排放置，阴极碳块3与阴极碳块3之间设置间缝，所述间缝用阴极捣糊填充扎固，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，如图1、3所示，铝电解槽内阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，所述阴极碳块3的间缝距离为20mm。如图2、3所示，所述阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。
实施例22：
一种异型阴极结构铝电解槽，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，阴极碳块3在电解槽底部纵向并排放置，阴极碳块3与阴极碳块3之间设置间缝，所述间缝用阴极捣糊填充扎固，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，如图1、3所示，铝电解槽内阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，所述阴极碳块3的间缝距离为30mm。如图2、3所示，所述阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。
实施例23：
一种异型阴极结构铝电解槽，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，阴极碳块3在电解槽底部纵向并排放置，阴极碳块3与阴极碳块3之间设置间缝，所述间缝用阴极捣糊填充扎固，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，如图1、3所示，铝电解槽内阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，所述阴极碳块3的间缝距离为35mm。如图2、3所示，所述阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。
实施例24：
一种异型阴极结构铝电解槽，所述阴极碳块3上端沿纵向为弧形角，阴极碳块3在电解槽底部纵向并排放置，阴极碳块3与阴极碳块3之间设置间缝，所述间缝用阴极捣糊填充扎固，相邻阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5，如图1、3所示，铝电解槽内阴极碳块3的相对弧形角与填充阴极碳块3间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽6，所述阴极碳块3的间缝距离为40mm。如图2、3所示，所述阴极碳块3顶部开设有横向凹槽5。
Claims (7)
1.一种异型阴极结构铝电解槽，包括槽壳、设置在底部的耐火保温材料、阳极和阴极碳块，在阴极碳块底部装设有阴极钢棒，其特征在于，所述阴极碳块上端沿纵向为圆角或者弧形角，阴极碳块顶部开设有横向凹槽，所述横向凹槽为梯形槽或者弧形槽。
2.根据权利要求1所述的一种异型阴极结构铝电解槽，其特征在于，所述阴极碳块沿纵向并列排放，阴极碳块之间的间缝用阴极捣糊扎固，相邻阴极碳块的相对圆角或者弧形角与填充阴极碳块间缝的阴极捣糊构成纵向凹槽。
3.根据权利要求2所述的一种异型阴极结构铝电解槽，其特征在于，所述横向凹槽与纵向凹槽深度相同。
4.根据权利要求3所述的一种异型阴极结构铝电解槽，其特征在于，所述横向凹槽与纵向凹槽正交。
5.根据权利要求1所述的一种异型阴极结构铝电解槽，其特征在于，所述阴极钢棒的横截面上部呈梯形或者半圆形或者弧线形。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种异型阴极结构铝电解槽，其特征在于，所述横向凹槽深度为20～180mm，所述纵向凹槽深度为20～180mm。
7.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种异型阴极结构铝电解槽，其特征在于，所述阴极碳块间缝距离为20～40mm。
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