CN102465321B - 铝电解槽阴极导电装置 - Google Patents

Abstract

铝电解槽阴极导电装置，主要应用于铝电解槽导电系统的构造与安装，其特征是利用安装在铝电解槽钢壳体底部摇篮架工字梁上的钢底板处在同一水平电位上，平面展开导电面积以及结构空间较大、结构强度高，易于阴极导电部件在此布置与连接和进行磁场、电流分布的调整的特点，把具有承载功能的铝电解槽壳体底部钢底板，设置成一个铝电解槽阴极导电装置中的导电部件，将构造在铝电解槽阴极碳块底部阴极金属导电棒，构造连接在电解槽钢壳体底部钢底板上，再通过设置构造在钢壳体底部钢底板上的铝钢过度连接件，与阴极汇流铝母线进行导电连接。以达到节约导电材料，降低制作安装成本，更加合理的调整阴极电流密度和磁场分布的目的。

Description

铝电解槽阴极导电装置

技术领域：铝电解槽阴极导电装置主要应用于铝电解槽阴极导电结构的设计制作，以及电解铝的生产是铝电解解槽生产设备的阴极导电部分。

背景技术

铝电解槽采用低电压、大电流、直流串联供电系统进行电解铝生产。铝电解槽阴极导电结构是其导电设备系统的重要组成部分，承担着将铝电解槽内阴极电流导出并传输给下一台铝电解槽阳极大母线进行电解生产的功能。

现通用的铝电解槽阴极导电结构由，阴极碳块、阴极钢棒、铝钢过渡连接件，汇流阴极母线等部件组成，其导电方式是：在阴极碳块的底部开出阴极钢棒槽，阴极钢棒用捣固糊捣固在阴极碳块钢棒槽内构造成阴极钢棒组，阴极钢棒组构筑在铝电解槽钢壳体内的保温层防渗漏料层上，相邻两阴极碳块钢棒组之间采用缝间糊捣固连接填充，将多个阴极碳块钢棒组按垂直于侧部汇流铝母线的方向，捣固砌筑成的一个整体阴极碳块内衬导电层，阴极钢棒穿过侧部炉墙和电解槽钢壳体的窗口，经过铝钢爆炸焊片和软带板的过渡，再与阴极汇流大母线相连接。阴极钢棒和电解槽钢壳体之间为绝缘设计，在电解生产过程中，铝电解槽的钢壳体只是一个承载热负荷的一个容器。

现同通用的铝电解槽阴极熔池内衬结构，主要存在以下几个缺点：

1由于电解槽阳极和阴极导电系统的大电流会产生的强大的磁场，在磁场的作用下，致使铝电解槽阴极内衬上部的铝液层产生磁旋流波动，其磁旋流波动的冲击，使得铝液层垂直波动起伏较大，又引起电解质极距的波动，从而造成电解质极距的设定增高，致使电解槽的电流电压降设定也随之加高加大，电解铝的工艺电耗增加。

2由于阴极钢棒的和阴极碳块组的输出导电与大母线的连接端是设置在电解槽侧部钢壳体外，在电解槽内，阴极碳块是由内向外沿水平布置向外导电，致使电解槽内的垂直电流密度分部不均导电，水平损耗电流增加，电流效率下降。

3由于阴极钢棒要穿过电解槽槽壳的侧部钢壳体与阴极汇流大母线进行导电连接，需在电解槽侧部钢壳体上的同一水平线上开设许多窗口，才能实现阴极钢棒与阴极汇流大母线连接。电解槽钢壳体侧部开需窗口，致使电解槽槽壳结构的应力受到减弱，在热负荷的状态下，容易引起槽结构的变形，从而破坏了电解槽结构的应力平衡，造成事故的发生。

为了解决上述电解槽阴极导电结构存在的铝液磁旋流波动，电流密度分布不均和槽结构变形问题，目前人们提出了很多构思和技术方案，如在阴极碳块上开上下通孔，在通孔的底部与阴极钢棒实施导电连接后，再在电解槽底部钢底板上开孔洞，阴极钢棒穿过电解槽壳体的钢底板的孔洞，实施阴极钢棒与阴极汇流铝母线的导电连接，并串联接入下一台电解槽的阳极铝母线进行电解。

但在阴极碳块上开上下通孔与阴极钢棒连接后，再在电解槽钢壳体底部开孔，实现阴极钢棒与阴极汇流大母线连接的导电方式，不仅使电解槽内衬的制作安装砌筑的施工过程复杂，构造成本加大，而且为了调整平衡磁场和电流分布，致使阴极导电部件之间的连接端网布置较乱较多，其调整效果不佳，并还存在电解槽内衬底部热散失较大等缺点。

发明内容

为了克服现通用铝电解槽阴极导电装置结构的磁场设计不合理，电流分布不均，电解槽槽壳热应力变型较大，以及电解槽底部钢底板开孔，实施阴极钢棒底部出电所带来的电流和磁场分布调整困难、构造施工复杂成本加大、保温层热散失较多等缺点，本发明提供了一种新的铝电解槽阴极导电装置结构设计方案，其技术方案是：

利用安装在铝电解槽钢壳体底部摇篮架工字梁上的钢底板处在同一水平电位上，平面连接导电面积及结构空间较大、结构强度高，容易阴极导电部件在此布置与连接，便于进行电流密度和磁场调整的特点，将构造在铝电解槽阴极碳块底部阴极金属导电棒，直接焊接构造在电解槽钢壳体底部钢底板上，再通过设置安装在钢壳体底部钢底板上的铝钢过度连接件，与阴极汇流铝母线或立柱母线进行连接，把具有承载功能的槽壳体底部钢底板，设计成铝电解槽阴极导电装置中的导电部件，与阴极导电装置的其他导电部件互为补偿，以达到节约导电材料，降低制作安装成本，更便于实现合理的调整阴极电流密度和磁场分布的目的。依据上述技术方案：

阴极金属导电棒与铝电解槽钢壳体底部的钢底板相连接，把铝电解槽的钢壳体底部的钢底板视作为阴极导电部件进行设计构造。。

在阴极金属导电棒与铝电解槽钢壳体底部的钢底板为整体钢板与之相连接时，铝电解槽钢壳体底部的钢底板和阴极金属导电棒之间设置有吸收热膨胀应力用的导电连接部件即连柔性联接件。

铝电解槽钢壳体底部钢底板，是由多块扣盖安装在铝电解槽钢壳体底部摇篮架工字梁上的钢底板单件组装成部件。

铝电解槽钢壳体底部钢底板上设置焊接有加强板或定位板。

钢壳体底部钢底板和工字梁之间设置安装有绝缘隔热垫层。

在钢壳体底部钢底板上构造有铝钢复合块，钢壳体底部钢底板通过铝钢复合块与阴极汇流铝母线或铝导线进行导电连接。

铝钢复合块应根据电解槽电流密度分布和磁场强度分布的状况，在钢壳体底部钢底板上进行调整组合布置，铝钢复合块之间可用铝导线进行连接，铝导线可进行平行或交叉连接，即串联连接或并联连接，用于调整电流和磁场分布的状况。

阴极碳块内设置构造有上下通孔，用于阴极金属导电棒与阴极碳块之间的导电连接方式实现。

在铝电解槽钢壳体内钢底板上，焊接有金属型钢加强板，该金属型钢加强板即可对槽壳体钢板起加强作用，又可用于调整电流密度和磁场分布，还可以与阴极导电金属棒相连接。

阴极汇流铝母线可用铝钢复合块与电解槽底部的钢底板进行导电连接，互为导电补偿设计，用于提高阴极汇流铝母线和钢底板的导电性能，减少导电材料成本。

采用本发明铝电解槽阴极导电结构装置技术方案，把阴极碳块底部的阴极金属导电棒，构造连接在铝电解槽槽壳体底部的钢底板上，将钢底板作为阴极导电装置的导电部件，与阴极汇流大母线进行连接，采用该技术方案不仅可以提高阴极汇流铝母线和电解槽钢壳体底板的导电性能，便于连接构造，降低制作安装成本，而且还可以使得铝电解槽阴极电流密度分布更加均匀，水平电流减少，磁场设计更加合理，可减缓铝液磁旋流的波动，降低极距电压，提高铝电解槽熔池内部温度，利于热平衡，从而实现节能电解铝生产电耗，降低生产成本的目的。

附图说明

图1一种铝电解槽阴极导电装置结构小端面的局部截面图。

图2一种铝电解槽阴极导电装置结构小端面的的局部截面图。

图3一种铝电解槽阴极导电装置结构大端面的局部断面图。

图4为图3的平面图

图5一种铝电解槽阴极导电装置结构大端面的局部的断面图

其图中所示：1电解槽摇篮架、2侧部壳体、3工字梁、4钢底板5阴极钢棒、6阴极碳块、7铝钢复合片、8汇流铝母线、9柔性连接件10保温隔热层、11侧部炉墙、12加强板、13铝导线、14绝缘层。

具体实施方式

铝电解槽阴极导电装置技术方案实施的目的是：减缓电解槽熔池内铝液因磁场设计不合理而产生的波动，降低铝电解的极距电压降；减少阴极的水平电流，电流密度分布均匀；减少热损失，提高铝电解槽的保温性能，防止槽壳体的变形，减少铝电解槽阴极导电装置构造成本。

铝电解槽阴极导电装置技术方案是在现有的预焙铝电解槽槽结构基础上实现的。

在铝电解槽摇篮架(1)和侧部钢壳体(2)制作完成，安装在基础横梁就位后，将制作好的钢底板(4)，扣盖安装固定在摇篮架(1)的下部支撑构件小横梁工字梁(3)上，钢底板(4)和工字梁(3)上翼板之间可以进行焊接连接，也可进行安装上绝缘层，使钢底板与整个铝电解槽摇篮架(1)和侧部钢壳体(2)形成绝缘状态(如图5所示)；整个铝电解槽的钢底板(4)，可以分成几个单元块来进行加工制作，设计制作时把它考虑成为导电部件，结合率电解槽的电流密度和磁场影响进行设计，几个单元块的钢底板(4)在工字梁(3)拼接安装时，钢底板(4)之间留有一定的间隙，已防止钢底板(4)在电解状态下的热应力变形。(如图4、图5所示)

在铝电解槽底部钢底板(4)整体安装完成后，阴极金属导电棒即阴极钢棒(5)按图纸设计的要求确定的位置，焊接安装在槽底部钢底板(4)上，(当然也可以先焊接在钢底板(4)上，在进行与工字梁(3)的组装)。阴极钢棒(5)焊接安装工作完成后，便可进行铝电解槽阴极内衬保温隔热层(10)、阴极碳块(6)、和侧部炉墙(11)的砌筑工作，当电解槽阴极内衬砌筑工作完成后，将插入阴极碳块(6)上下通孔底部的阴极钢棒(5)通过其通孔实施导电连接当阴极钢棒(5)与阴极碳块(6)导电工序完成后，其碳块上部通孔用捣固糊扎固封死。(如图1、图2所示)

在上述工序完成后便可在铝电解槽的底部，根据电解槽电流密度的分布，磁场强度的分布，阴极汇流铝母线(8)的走向，在铝电解槽的底部，将铝钢复合片(7)焊接安装在钢底板(4)的下部或与之相连的金属件上；最后用铝导线实施铝钢复合片(7)与汇流铝母线的连接，完成铝电解槽阴极导电装置的制作和安装工作(如图3、图5所示)。

Claims (3)

1.铝电解槽阴极导电装置，其特征是：把安装在铝电解槽钢壳体底部摇篮架(1)工字梁(3)上的钢底板(4)设计制作成阴极导电装置的组成部件，阴极碳块(6)内设置构造有上下通孔，用于实现阴极钢棒(5)与阴极碳块(6)之间的导电连接，阴极钢棒(5)与铝电解槽钢壳体底部的钢底板(4)相连接，在钢底板(4)上构造有铝钢复合片(7)，钢底板(4)作为阴极导电部件，通过铝钢复合片(7)以及铝导线，把钢底板(4)和阴极汇流铝母线(8)进行导电连接，阴极钢棒(5)焊接安装工作完成后，便可进行铝电解槽阴极内衬保温隔热层(10)、阴极碳块(6)、和侧部炉墙(11)的砌筑工作。

2.依据权利要求1铝电解槽阴极导电装置，其特征是：钢壳体底部的钢底板(4)和工字梁(3)之间安装有绝缘层(14)。

3.依据权利要求1铝电解槽阴极导电装置，其特征是：铝电解槽钢壳体底部的钢底板(4)上设置焊接有加强板(12)。