CN102121117B - 铝电解槽阴极凸台结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝电解槽阴极凸台结构，阴极凸台(2)设置于阴极炭块(1)顶面上或者设置于两个阴极炭块(1)之间的间缝(3)上。阴极凸台间距为400mm～900mm；通长型的阴极凸台的长度比阴极炭块长出100～250mm，其两端头直接嵌入侧部周围糊(5)内；镶嵌对接型的阴极凸台长度在3000～3200mm范围内，两端头分别使用约束炭块(4)固定，而约束炭块嵌入侧部周围糊(5)内；阴极凸台截面为长方形或等腰梯形。本发明适用于当前所有电解槽型。在普通电解槽边部扎固时，方便、快捷地将条状凸台植入电解槽阴极上表面，形成“阻流效应”，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。

Description

铝电解槽阴极凸台结构

技术领域

本发明涉及一种应用于铝电解槽的槽内衬阴极凸台结构，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纵向排列配置，所有阴极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，流场如图5，电解液流动，特别是不规则流动是电解槽不稳定主要原因之一，原因如下：①电解质体系不稳定，使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，以上两点均导致吨铝电耗增加。随着容量大型化的发展，电解槽的炉膛和电流越来越大，导致如下流场问题也越来越严重：槽内电解液内温度和各种物料的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。

槽中的铝液是电解槽的散热媒介，增减在产铝量一直是生产中调节电解槽热平衡的主要手段之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种铝电解槽阴极凸台结构，以便在普通电解槽边部扎固时，方便、快捷地将阴极凸台植入电解槽阴极上表面，而不需改造原有阴极和内衬，阴极凸台植入后能有效形成“阻流效应”，从而达到降低铝液层流速，减少铝液层能量散发，增强电解槽生产稳定性，降低能耗，以克服现有技术存在的不足。

本发明是这样构成的：阴极凸台设置于阴极炭块顶面上或者设置于两个阴极炭块之间的间缝上；所述的阴极凸台可以采用通长型结构，即通长型的阴极凸台，其长度比阴极炭块长出100～250mm，两端头直接嵌入侧部周围糊内；所述的阴极凸台也可以采用镶嵌对接型结构，即镶嵌对接型的阴极凸台，其长度在3000～3200mm范围内，两端头分别使用约束炭块固定，而约束炭块嵌入侧部周围糊内。

所述的阴极凸台之间的间距为400mm～900mm。针对不同槽型，可稀疏配置，也可密集配置。

所述的阴极凸台的截面为长方形或等腰梯形，其高度a为80mm～200mm，宽度b为100～400mm。

阴极凸台的材质可选择采用石墨质炭块，或采用全石墨化炭块。

本发明的原理为，电解槽生产能耗分布如下：

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。

本发明的降耗即从电解质通流损耗和电解槽体系散热入手。根据“防波堤”原理，设置堤坝于流体底部，增加流动阻力，可有效降低流动速度。而将槽底各种阴极交叉配置，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，使阳极底掌与铝液镜面的距离（极距）降低，从而减少电流在电解质中的通流损耗；另外，根据传热理论，传热媒介体积和面积越小，则传热效率越低。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。

与现有技术的同规格阴极纵向排列、所有阴极顶面均处于同一水平面的阴极结构和配置方式比较，本发明有如下优点：①减缓铝液流动速度，降低局部紊流发生的概率，增强电解槽生产的稳定性；②减少槽中在产铝量，减少铝液散热体积和面积，减少资金积压；③增强电解液体系稳定性，减少散热后，可降低能耗。

与现有技术的在整块阴极上直接锯切凸台成形、镶嵌凸台成形、凸台扎糊成形等凸台成形方式比较，本发明可以在普通电解槽边部扎固时，方便、快捷地将条状凸台植入电解槽阴极上表面，而不需改造原有阴极和内衬，凸台植入后同样能形成“阻流效应”，获得节能降耗效益，另外，与上述各种凸台成形方式比较，本发明凸台与阴极之间无直接连接，通流量减少，减少了凸台电化学腐蚀，可提高凸台寿命。

本发明可适用于当前所有电解槽型。

附图说明

图1 为本发明示意图、立体图；

图2 为本发明示意图、横截面图；

图3为本发明示意图、纵截面图；

图4为本发明的阴极凸台示意图、梯形截面示意图；

图5为本发明的阴极凸台示意图、长方形截面示意图；

图6为本发明的铝液层散热示意图。

具体实施方式

本发明的实施例：如图1、2、3所示，它主要包括：阴极炭块1、阴极凸台2、约束炭块4，阴极凸台2置于电解槽阴极炭块1的顶面上，或者置于阴极间缝3上，阴极凸台间距在400mm～900mm范围内，针对不同槽型，可稀疏配置，也可密集配置。

阴极凸台2的植入方式有两种。方式1：通长型结构的阴极凸台，其长度比阴极炭块长出100～250mm，两端头直接嵌入侧部周围糊5内；方式2：镶嵌对接型的阴极凸台，其长度在3000～3200mm范围内，两端头分别使用约束炭块4固定，而约束炭块嵌入侧部周围糊5内。

阴极凸台2的截面为长方形或等腰梯形，如图4、5所示。

阴极凸台2的高度a在80mm～200mm范围内，宽度b（等腰梯形为平均宽度）在100～400mm范围内，如图4、5所示。

阴极凸台2的材质采用石墨质炭块，或采用全石墨化炭块。

本发明的阴极凸台可以通过电解槽换极操作逐根植入。每根阴极凸台的植入步骤如下：

步骤1：

当大修槽完成侧部块砌筑和阴极间缝扎固后，将本发明阴极凸台炭块按既定配置方案（密集度）放置于阴极上表面。

步骤2：

按原方法扎固槽内衬周围糊，周围糊可维持原设计高度，或提高2～10cm。

步骤3：

 使用本发明阴极凸台的电解槽可按铝液焙烧、电加热柭烈罕荷铡⑵尤葨铝液等方法进行焙烧启动。

根据“防波堤”原理，设置堤坝于流体底部，增加流动阻力，可有效降低流动速度。而将槽底各种阴极交叉配置，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，使阳极底掌与铝液镜面的距离（极距）降低，从而减少电解质通流损耗。

根据传热理论，传热媒介体积和面积越小，则传热效率越低。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，如图6所示意。

Claims (5)

1.一种铝电解槽阴极凸台结构，它包括阴极炭块（1），其特征在于：阴极凸台（2）设置于阴极炭块（1）顶面上或者设置于两个阴极炭块（1）之间的间缝（3）上；阴极凸台可以采用通长型结构，即通长型的阴极凸台（2），其长度比阴极炭块（1）长出100～250mm，两端头直接嵌入侧部周围糊（5）内；阴极凸台也可以采用镶嵌对接结构，即镶嵌对接型的阴极凸台（2），其长度在3000～3200mm范围内，两端头分别使用约束炭块（4）固定，而约束炭块（4）嵌入侧部周围糊（5）内。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽阴极凸台结构，其特征在于：阴极凸台（2）之间的间距为400mm～900mm。

3.根据权利要求1所述的铝电解槽阴极凸台结构，其特征在于：阴极凸台（2）的截面为长方形或等腰梯形。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的铝电解槽阴极凸台结构，其特征在于：阴极凸台（2）高度a为80mm～200mm，宽度b为100～400mm。

5.根据权利要求1所述的铝电解槽阴极凸台结构，其特征在于：阴极凸台（2）的材质采用石墨质炭块或全石墨化炭块。