CN101994129B - 一种干式铝电解槽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种干式铝电解槽，属于铝电解槽技术领域。一种干式铝电解槽，在阴极炭块间设有藏铝暗沟，藏铝暗沟在阴极炭块间缝处，暗沟可以在阳极下的任何位置；电解槽阴极炭块上开有数个凹槽，电解槽的大面和端部也开有凹槽，阴极炭块上的凹槽以及电解槽上的凹槽深度均低于或平齐于阴极炭块间藏铝暗沟，阴阴极炭块上的凹槽以及电解槽上的凹槽和藏铝暗沟彼此相互连通。本发明可以实现极间无铝液生产，从而大大降低了电磁场对电解槽稳定性的影响，可以进一步降低极距，即提高电流了电流效率、有降低了槽电压，达到了良好的节能降耗的效果。由于磁场对电解槽稳定性的影响大大降低，电解槽的母线设计可以大大简化，节省母线材料用量。
Description
技术领域
本发明涉及一种干式铝电解槽，属于铝电解槽技术领域。
背景技术
自1886年，Hall-Heroult熔盐电解法生产原铝技术诞生以来，电解法生产原铝的关键设备电解槽，主要使用炭素阳极和炭块作为阴极。目前应用最多的一种铝电解槽技术是，电解槽中电解析出的铝蓄积在槽底炭块阴极上部，形成铝液层，并作为阴极的一部分；另一种电解槽技术是，阴极炭块上表面没有铝液层，阴极炭块直接作为阴极参与电解，电解生成的铝液直接流到槽内的沟槽中，并迅速汇集到电解槽中的蓄铝池中，此种电解槽通常采用上表面涂层TiB2或TiB2复合层阴极炭块，以增强阴极炭块的湿润性。
两种电解槽都有其各自的缺点，第一种电解槽技术，铝液层作为阴极的一部分，这种电解槽存在一个普遍的问题就是电能效率较低，一般在45～50％之间，其余的电能都转化为热能散失掉了。这种电解槽由于本身结构的限制，以及磁场和电流对电解槽稳定性的影响，降低极距，电解槽就会变得不稳定，丢失电流效率，很难实现低极距条件下生产，这种铝电解槽的极距一般都在4～5cm左右，这也是此种电解槽技术电能效率低的主要原因。
为了实现低极距生产，提高电能效率，于是出现了第二种电解槽技术，称之为导流槽，这种电解槽阴极炭块直接作为阴极参与电解，阴极上表面为TiB2涂层或复合层，以增强阴极的湿润型，确保生成的铝液及时流到导流沟中，并通过汇铝沟汇集到电解槽端部蓄铝池中，这样就实现了极间无铝液生产，大大提高了电解槽的稳定性，因此可以实现低极距条件下稳定生产。这种电解槽虽然实现了低极距生产，但其缺点是蓄铝池的容量不足，会造成多次出铝的问题，给生产造成很大的负担；另外由于蓄铝池和阴极炭块间沟槽的存在，大大降低了阴极导电面积的利用率。由于以上缺陷的存在，目前这种导流槽很难被大规模的工业化应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种干式铝电解槽，目的是为了实现低极距条件下稳定生产，降低极间压降，提高铝电解槽的电能利用率；另一方面克服蓄铝池蓄铝量小，无法满足正常出铝要求的缺点，将铝藏于暗沟中，同时阴极导电面积的利用率也大大提高。
为了解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的。
一种干式铝电解槽，它包括上部结构和阴极结构，阴极结构包括槽壳和内衬，内衬是由阴极炭块、侧部内衬、底部内衬以及阴极炭块间扎糊组成，阴极炭块间设有藏铝暗沟，藏铝暗沟在阴极炭块间缝处，暗沟可以在阳极下的任何位置；电解槽阴极炭块上开有数个凹槽，电解槽的大面和端部也开有凹槽，阴极炭块上的凹槽以及电解槽上的凹槽深度均低于或平齐于阴极炭块间藏铝暗沟，阴极炭块上的凹槽以及电解槽上的凹槽和藏铝暗沟彼此相互连通。
所述的阴极炭块间设有藏铝暗沟，阴极炭块间缝处藏铝暗沟及以上部分不扎糊。
所述的每块电解槽阴极炭块沿电解槽纵向开有1-100个凹槽。
所述的藏铝暗沟横向截面形状为圆形、方形、梯形或三角形等
所述的阴极炭块上的凹槽以及电解槽上的凹槽的横向截面形状为方形、梯形、三角形、品字形或圆形等。
所述的阴极炭块上表面为TiB2复合层。
所述的阴极炭块上表面为水平。
所述的阴极炭块宽度与阳极炭块一一对应，阴极炭块上表面为斜面或曲面。
本发明的特点和效果如下：
本发明的干式铝电解槽，藏铝暗沟在阴极间缝处，属于暗沟，对阴极导电面积没有任何影响，电解槽的阴极设有数个凹槽，凹槽位于阴极炭块的任意位置，电解槽的大面和端部根据不同槽型的需要也设有凹槽，所有凹槽与阴极炭块间的藏铝暗沟连通，阴极炭块采用TiB2复合层结构。本发明的干式铝电解槽采用以上新技术，电解过程中产生的液态铝能够及时地流到上述藏铝暗沟和凹槽中并储存起来，实现了极间无铝液生产，消除了磁场对电解槽稳定性的影响，电解槽可以在低极距条件下生产，达到了节能的目的。另外所有凹槽和藏铝暗沟都是连通的，因此可以保证铝液能够顺利地汇集到出铝端，保证了电解槽的正常出铝操作。本发明的干式铝电解槽，既实现了无铝液、低极距生产，又能在电解槽内储存适量的液态铝液，取代了传统导流槽中的蓄铝池，解决了目前导流槽蓄铝池容量太小，无法储存适量铝液的问题，保证了电解槽的正常出铝操作。所谓干式是指极间阴极表面无铝液层存在，槽内不设专门的蓄铝池，铝液全部储存在阴极炭块内部的藏铝暗沟中，并且满足正常的出铝要求，因此称之为干式槽。本发明干式铝电解槽，一方面实现了低极距条件下稳定生产，降低极间压降，提高了铝电解槽的电能利用率；另一方面又克服了蓄铝池蓄铝量小，无法满足正常出铝要求的缺点，同时阴极导电面积的利用率也大大提高。这种干式电解槽具有很强的实用价值。
附图说明
图1是本发明的干式铝电解槽阴极结构示意图。
图2是本发明的干式铝电解槽阴极设一个凹槽的结构示意图。
图3是本发明的干式铝电解槽阴极设三个凹槽的结构示意图。
图4是本发明的干式铝电解槽大面和端部设凹槽的结构示意图。
图5是本发明的干式铝电解槽阴极炭块上表面为斜面的结构示意图。
图中，1、侧部内衬，2、阴极钢棒，3、阴极炭块，4、电解槽阴极纵向凹槽，5、阴极炭块间扎糊，6、底部内衬，7、阴极炭块间藏铝暗沟，8、电解槽端部凹槽，9、硼化钛复合层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限。
如图1所示，干式铝电解槽的阴极结构由侧部内衬1、阴极炭块3、阴极炭间扎糊5、底部内衬6构成，阴极炭块3之间采用炭间糊扎固连接。为了增强阴极炭块3对铝液的可湿润性，本发明采用了TiB2复合层阴极炭块3，使生成的铝液及时流入藏铝暗沟7中。阴极炭块3间设藏铝暗沟7，位于阴极间缝处，先在阴极炭块3侧壁上设计圆形、方形、梯形或三角形等的凹槽，再用炭糊将阴极炭块3扎固连接，阴极炭块3间缝处藏铝暗沟7及藏铝暗沟7以上部分不扎糊，这样就形成了阴极间的藏铝暗沟7，属于暗沟，此暗沟可以在阳极下的任何位置，电解生成的铝液就会通过阴极炭块3上部间缝流到间缝处的凹槽藏铝暗沟7中储存起来，这样的暗沟既不影响阴极导电面积，又可以储存铝液。如图2所示，电解槽阴极沿电解槽纵向中心线开有一条凹槽4，位于阴极炭块3的中间部位，此凹槽4的深度低于或平齐于阴极炭块3间藏铝暗沟7；在出铝时铝液可以通过中间凹槽4汇集到出铝端，满足正常的出铝要求。阴极钢棒2安装在阴极炭块3的底部，阴极钢棒2从电解槽的侧部或底部穿出。干式铝电解槽的上部结构与现行工业生产中的电解槽基本相同，侧部内衬1和底部内衬6的结构以及材料选择可以根据不同容量电解槽的热平衡计算获得，并且与现行工业生产中应用的铝电解槽基本相同，这些已经成为比较成熟的技术，这里不再赘述。
本发明的干式铝电解槽，每块电解槽阴极炭块沿电解槽纵向开有1-100个凹槽。可以如图3所示，电解槽阴极炭块3上开有3个凹槽4，位于阴极炭块的中间部位和两个端部；如图4所示，电解槽的端部也开有凹槽8；所有凹槽4、8都与藏铝暗沟7相互连通。另外阴极炭块的宽度可以为任意宽度，如果阴极炭块与阳极炭块一样宽，阴极炭块的上表面可以做成斜面，更利于铝液的流动，斜面可以从炭块的纵向中心线向两侧倾斜，也可以从炭块的一侧向另一侧倾斜。
采用本发明的干式铝电解槽，既可以实现极间无铝液生产，消除电磁场对电解槽稳定性的影响，实现低极距条件下稳定生产。本发明的干式铝电解槽，藏铝暗沟在阴极之间，属于暗沟，可以位于阳极下的任何位置，又不影响阴极的导电面积；阴极炭块上开有凹槽，藏铝暗沟和凹槽的存在，一方面使电解生成的铝液及时流到藏铝暗沟和凹槽中，保证阴极炭块上表面没有铝液，另一方面藏铝暗沟和凹槽足够储存电解槽一天以上的产铝量，再有电解槽中的所有藏铝暗沟和凹槽都是连通的，电解槽在出铝过程中，铝液能够迅速汇集到出铝端，保证了正常的出铝操作和出铝量的要求。
本发明的干式铝电解槽，由于磁场变化对于电解槽稳定性的影响大大减小，从而可以极大的简化母线设计，减少母线的用量，缩短电解槽之间的距离，降低建设费用。
Claims (7)
1.一种干式铝电解槽，它包括上部结构和阴极结构，阴极结构包括槽壳和内衬，其特征在于内衬是由阴极炭块、侧部内衬、底部内衬以及阴极炭块间扎糊组成，阴极炭块间设有藏铝暗沟，藏铝暗沟在阴极炭块间缝处，暗沟可以在阳极下的任何位置，阴极炭块间缝处藏铝暗沟及藏铝暗沟以上部分不扎糊，这样就形成了阴极间的藏铝暗沟；电解槽阴极沿电解槽纵向开有凹槽，电解槽的大面和端部也开有凹槽，阴极炭块上的凹槽以及电解槽上的凹槽深度均低于或平齐于阴极炭块间藏铝暗沟，阴极炭块上的凹槽以及电解槽上的凹槽和藏铝暗沟彼此相互连通。
2.根据权利要求1所述的干式铝电解槽，其特征在于所述的每块电解槽阴极炭块沿电解槽纵向开有1-100个凹槽。
3.根据权利要求1所述的干式铝电解槽，其特征在于所述的藏铝暗沟横向截面形状为圆形、方形、梯形或三角形。
4.根据权利要求1所述的干式铝电解槽，其特征在于所述的阴极炭块上的凹槽以及电解槽上的凹槽的横向截面形状为方形、梯形、三角形、品字形或圆形。
5.根据权利要求1所述的干式铝电解槽，其特征在于所述的阴极炭块上表面为TiB2复合层。
6.根据权利要求1或5所述的干式铝电解槽，其特征在于所述的阴极炭块上表面为水平。
7.根据权利要求1或5所述的干式铝电解槽，其特征在于所述的阴极炭块宽度与阳极炭块一一对应，阴极炭块上表面为斜面或曲面。
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