CN102925924A - 电解槽出电结构 - Google Patents

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刘正
郭海龙
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Guiyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种电解槽出电结构，它包括阴极炭块（1）、阴极钢棒（2）、钢棒糊（3）、出电钢棒（4），出电钢棒（4）设置在电解槽底部，方向垂直向下。在阴极炭块（1）底部，横向放置的阴极钢棒（2）与垂直放置的出电钢棒（4）相连接。本发明既能降低电解槽阴极电压，同时又能大幅度地减小电解槽水平电流，对于增强电解槽的稳定性和降低电解槽的直流电耗有非常明显的作用，因此具有较高的实用价值，值得推广。

Description

电解槽出电结构
技术领域
本发明涉及一种电解槽出电结构，属于铝电解技术领域。
背景技术
铝电解槽的稳定性与水平电流及垂直磁场有密切的关系，最大限度地减小水平电流能明显提高电解槽的稳定性及电流效率，降低能耗。特别是在电解槽大型化和电流强化的大趋势下，电解槽稳定性的研究已成为电解槽的设计和生产中越来越重要的课题之一。
从理论上来说，电解槽的不稳定是由铝液中的水平电流和垂直磁场作用产生的电磁力引起的，即                                                
Figure 128927DEST_PATH_IMAGE001
写成三个方向的分量的形式则变成：
Figure 337185DEST_PATH_IMAGE002
             (1)
当
Figure 26924DEST_PATH_IMAGE003
则上述公式变为：
                 (2)
式中：
Figure 178736DEST_PATH_IMAGE005
是电磁力，
Figure 190686DEST_PATH_IMAGE006
是电流密度，
Figure 859564DEST_PATH_IMAGE007
是磁场强度；
Figure 915245DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 669575DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 219636DEST_PATH_IMAGE010
分别指电解槽的长轴方向、短轴方向和垂直方向。
从上面公式可以看出，当电解槽水平电流值均为0时，电磁力将不受垂直方向的磁场
Figure 289857DEST_PATH_IMAGE013
的影响。因此只要能把铝液层短轴方向的水平电流控制得很小，即使磁环境稍差一些，电解槽仍可以比较稳定地进行生产，也就是说电解槽受垂直磁场的影响将变小。
由于电解槽铝液层中长轴方向水平电流很小，基本可以不予考虑，因此重点关注的是
Figure 270768DEST_PATH_IMAGE015
，即铝液层短轴方向的水平电流，下文所说水平电流均指
Figure 605935DEST_PATH_IMAGE015
。
传统阴极结构铝电解槽中，以贵阳铝镁设计研究院设计的420kA电解槽为例，在电解槽阴极装置不做任何优化的情况下，阴极压降在292mV，水平电流最大值在5000A/m2左右，平均值在2721A/m2，如图1所示。
水平电流和阴极压降是一对矛盾，通常一方的减小会以另一方的增加为代价，为了达到既降低阴极压降，又减小水平电流的目的，统一电解槽阴极压降和水平电流之间的矛盾，本发明设计了一种底部出电阴极结构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种新的电解槽出电结构，以克服现有技术存在的水平电流大、电解槽运行稳定性差等不足。
为了解决所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：
它包括阴极炭块、阴极钢棒、钢棒糊、出电钢棒，出电钢棒设置在电解槽底部，方向向下。
在阴极炭块底部，横向放置的阴极钢棒与垂直放置的出电钢棒相连接。
阴极钢棒在出电端满足
Figure 142046DEST_PATH_IMAGE016
其中L为阴极钢棒2的长度，L1为出电钢棒4的宽度中心线到阴极钢棒2的长度中心线之间的距离，H为阴极钢棒2的高度，W为出电钢棒4的宽度。
本发明采用了电解槽底部出电阴极结构，把传统的从电解槽两侧出电改为从电解槽底部出电，达到既降低阴极压降又减小电解槽水平电流的目的。
应用范围：本发明既能降低电解槽阴极电压，同时又能大幅度地减小电解槽水平电流，对于增强电解槽的稳定性和降低电解槽的直流电耗有非常明显的作用，因此具有较高的实用价值，值得推广。
附图说明
图1为传统阴极结构水平电流分布示意图；
图2为本发明的结构示意图、主视图；
图3为图2的A—A剖视图；
图4为图2的B—B剖视图；
图5为发明的阴极结构水平电流分布示意图。
具体实施方式
本发明实施实例：
如图2、3、4所示，它包括阴极炭块1、阴极钢棒2、钢棒糊3、出电钢棒4，出电钢棒4设置在电解槽底部，方向向下。
在阴极炭块底部，横向放置的阴极钢棒2与垂直放置的出电钢棒4相连接，公式中，L为阴极钢棒2的长度，L1为出电钢棒4的宽度中心线到阴极钢棒2的长度中心线之间的距离，H为阴极钢棒2的高度，W为出电钢棒4的宽度。
本发明把电解槽传统的从侧部出电的阴极结构改为了从电解槽底部出电的阴极结构，这种方式缩短了电流流经电解槽的路径，因此可以达到降低阴极的目的。同时，由于采用了底出电，因此它能很好地抑制电流在电解槽中往外流，能够大幅度地降低水平电流。从计算结果来看，采用本结构以后，电解槽阴极压降由原来292mV降低至了235mV，同时铝液层的水平电流也得到了显著降低，其平均值由原来的2721 A/m2降低至了423A/m2（如图5所示）。

Claims (4)

1.一种电解槽出电结构，它包括阴极炭块（1）、阴极钢棒（2）、钢棒糊（3）、出电钢棒（4），其特征在于：出电钢棒（4）设置在电解槽底部，方向垂直向下。
2.根据权利要求1所述的电解槽出电结构，其特征在于：在阴极炭块（1）底部，横向放置的阴极钢棒（2）与垂直放置的出电钢棒（4）相连接。
3.根据权利要求1所述的电解槽出电结构，其特征在于：阴极钢棒在出电端满足                                                
Figure 115277DEST_PATH_IMAGE001
其中L为阴极钢棒2的长度，L1为出电钢棒4的宽度中心线到阴极钢棒2的长度中心线之间的距离。
4.根据权利要求1所述的电解槽出电结构，其特征在于：阴极钢棒在出电端满足
Figure 32417DEST_PATH_IMAGE002
其中，H为阴极钢棒2的高度，W为出电钢棒4的宽度。
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