CN104250831A - 节能、均化铝液水平电流的阴极结构 - Google Patents

节能、均化铝液水平电流的阴极结构 Download PDF

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杨晓东
刘雅锋
周东方
邱阳
刘铭
邹智勇
胡宏武
殷小宝
曹曦
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Abstract

本发明涉及一种铝电解槽阴极结构，尤其涉及一种节能、均化铝液水平电流的阴极结构。包括阴极炭块和导电棒，其特征在于导电棒凸出阴极炭块底面，凸出阴极炭块底面的导电棒被包覆材料包围，阴极炭块端部与导电棒之间填充绝缘体，阴极炭块其它部分与导电棒接触部位通过电连接体连接。本发明具有很强的实用性，在不改变阴极出电方式即侧面出电的条件下，既大幅度降低了阴极压降，又大幅度降低了铝液中的水平电流，提高电解槽的稳定性，使电解槽可以在低极距条件下高效平稳运行，有效地减少了吨铝能耗，具有显著的节能效果，同时，阴极电流分布更加均匀，延长了槽寿命。

Description

节能、均化铝液水平电流的阴极结构
技术领域
本发明涉及一种铝电解槽阴极结构，尤其涉及一种节能、均化铝液水平电流的阴极结构。 
背景技术
金属铝在工业上采用熔盐电解法进行生产，即电解溶解在熔融冰晶石为主要成分的电解质中的氧化铝，目前主要采用的方法为霍尔-埃鲁(Hall-Heroult)电解法。 
生产电解铝的直接设备为电解槽，电解槽主要有两大部分组成，一部分为阳极，通常由碳素材料制成；另一部分为阴极，由阴极炭块组与内衬材料砌筑而成。 
铝电解槽被串联在整个电解系列中，电流从阳极进入电解槽，通过熔融的电解质，穿过铝液，进入阴极炭块，电流通过装配在阴极炭块中的阴极钢棒收集，通过阴极母线导入下一台电解槽。 
现有的铝电解槽阴极结构为：在阴极炭块的底部装有阴极钢棒，阴极钢棒不凸出阴极炭块底部，阴极钢棒与炭块之间全部采用扎糊或浇磷铁的方式连接，每个阴极炭块装有1~4根阴极钢棒，阴极钢棒与阴极炭块同向水平放置，阴极钢棒的一端伸出电解槽的侧壁与阴极母线相连接。这种结构的电解槽，阴极导电结构存在一个非常大的缺点：由于阴极钢棒与阴极炭块同向水平放置，导致铝液中产生非常大的水平电流，该水平电流与铝液中垂直磁场共同作用产生电磁力，这种电磁力驱动铝液在电解槽中流动和波动，如果电解槽中的水平电流过大且分布不均，将会导致铝液与电解质界面波动过大，使电解槽在生产中产生严重的不稳定性，降低电流效率。此外，铝液中水平电流分布沿阴极炭块的长度方向分布不均匀，使得阴极炭块的端部处电流密度最大，从而显著加快此处阴极炭块的腐蚀，降低电解槽的寿命。 
为了提高电解槽的稳定性，通常的做法是在电解槽的设计中严格控制铝液中的垂直磁场分布，这不仅增加了阴极母线设计的难度，而且导致阴极配置复杂，母线用量大，投资增加。 
此外，通过改进阴极结构能够抑制部分水平电流的产生，但会增加阴极炭块组的压降，造成吨铝能耗的增加。 
发明内容
为了解决上述技术问题本发明提供一种节能、均化铝液水平电流的阴极结构，目的是大幅度降低铝液中的水平电流，使阴极电流密度更加均匀，从而提高铝电解槽生产的稳定性，使电解槽能够在较低极距下高效平稳运行，同时阴极电流密度均匀，降低阴极磨损的速率，延长阴极寿命。大幅度降低阴极压降，显著降低吨铝能耗。 
为了实现上述目的，本发明是这样实现的：节能、均化铝液水平电流的阴极结构，其特征在于包括阴极炭块和导电棒，其特征在于导电棒凸出阴极炭块底面，凸出阴极炭块底面的导电棒被包覆材料包围，阴极炭块端部与导电棒之间填充绝缘体，阴极炭块其它部分与导电棒接触部位通过电连接体连接。 
导电棒由均质材料或多层复合材料构成。 
导电棒横截面可以为矩形、圆形、半圆形、梯形、T型或L型。 
导电棒数量为1~40根。 
包覆材料部分或全部包围凸出阴极炭块底部的导电棒。 
电连接体可以为碳素糊料、铸铁、碳胶或粘结剂。 
绝缘体的宽度为10~200mm。 
所述的均质材料为钢、铜、铝、银。 
所述的多层复合材料为铜-钢复合、铝-钢复合、银-钢复合或铜-铝复合。 
本发明的优点和效果如下：本发明具有很强的实用性，在不改变阴极出电方式即侧面出电的条件下，既大幅度降低了阴极压降，又大幅度降低了铝液中的水平电流，提高电解槽的稳定性，使电解槽可以在低极距条件下高效平稳运行，有效地减少了吨铝能耗，具有显著的节能效果，同时，阴极电流分布更加均匀，延长了槽寿命。 
附图说明
图1为本发明实施例1的主视图。
图2为图1的A-A剖视图。 
图3为本发明实施例2的主视图。
图4为图3的A-A剖视图。 
图中：1、阴极炭块；2、导电棒；3、电连接体；4、多层复合材料；5、绝缘体；6、包覆材料。 
具体实施方式
下面结合附图对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。 
实施例1 
如图1和2所示本发明一种节能、均化铝液水平电流的阴极结构，导电棒2凸出阴极炭块1底面，凸出阴极炭块1底面的导电棒2被包覆材料6包围，阴极炭块1端部与导电棒2之间填充绝缘体5，阴极炭块1其它部分与导电棒2接触部位通过电连接体3连接，导电棒2由均质材料构成，导电棒2横截面为矩形，导电棒2的数量为四根，包覆材料6全部包围凸出阴极炭块1底部的导电棒2，电连接体3为铸铁，导电棒2的材质为钢，绝缘体的宽度为10~200mm。
实施例2 
如图3和4所示本发明一种节能、均化铝液水平电流的阴极结构，导电棒2凸出阴极炭块1底面，凸出阴极炭块1底面的导电棒2被包覆材料6包围，阴极炭块1端部与导电棒2之间填充绝缘体5，阴极炭块1其它部分与导电棒2接触部位通过电连接体3连接，导电棒2由多层复合材料4构成，导电棒2横截面为半圆形，导电棒2的数量为两根，包覆材料6部分包围凸出阴极炭块1底部的导电棒2，导电棒2底表面露出包覆材料6，电连接体3为碳素糊料，多层复合材料4为铜-钢复合材料，绝缘体的宽度为10~200mm。
实施例3 
实施例1中的导电棒2横截面为圆形，导电棒2的数量为8根，包覆材料6全部包围凸出阴极炭块1底部的导电棒2，电连接体3为碳胶，导电棒2的材质为铜，其它同实施例1相同。
实施例4 
实施例1中的导电棒2横截面为梯形，导电棒2的数量为8根，包覆材料6全部包围凸出阴极炭块1底部的导电棒2，电连接体3为碳胶，导电棒2的材质为铝，其它同实施例1相同。
实施例5 
实施例1中的导电棒2横截面为T，导电棒2的数量为8根，包覆材料6全部包围凸出阴极炭块1底部的导电棒2，电连接体3为碳胶，导电棒2的材质为银，其它同实施例1相同。
实施例6 
实施例2中的导电棒2横截面为L形，导电棒2的数量为40根，包覆材料6部分包围凸出阴极炭块1底部的导电棒2，导电棒2底表面露出包覆材料6，电连接体3为粘结剂，多层复合材料4为铝-钢复合材料，其它同实施例2相同。
实施例7 
实施例2中的导电棒2横截面为正方形，导电棒2的数量为1根，包覆材料6部分包围凸出阴极炭块1底部的导电棒2，导电棒2底表面露出包覆材料6，电连接体3为粘结剂，多层复合材料4为银-钢复合材料，其它同实施例2相同。
实施例8 
实施例2中的导电棒2横截面为正方形，导电棒2的数量为1根，包覆材料6部分包围凸出阴极炭块1底部的导电棒2，导电棒2底表面露出包覆材料6，电连接体3为粘结剂，多层复合材料4为铜-铝复合材料，其它同实施例2相同。

Claims (9)

1.节能、均化铝液水平电流的阴极结构，其特征在于包括阴极炭块和导电棒，其特征在于导电棒凸出阴极炭块底面，凸出阴极炭块底面的导电棒被包覆材料包围，阴极炭块端部与导电棒之间填充绝缘体，阴极炭块其它部分与导电棒接触部位通过电连接体连接。
2.根据权利要求1所述的节能、均化铝液水平电流的阴极结构，其特征在于导电棒由均质材料或多层复合材料构成。
3.根据权利要求1所述的节能、均化铝液水平电流的阴极结构，其特征在于导电棒横截面可以为矩形、圆形、半圆形、梯形、T型或L型。
4.根据权利要求1所述的节能、均化铝液水平电流的阴极结构，其特征在于导电棒数量为1~40根。
5.根据权利要求1所述的节能、均化铝液水平电流的阴极结构，其特征在于包覆材料部分或全部包围凸出阴极炭块底部的导电棒。
6.根据权利要求1所述的节能、均化铝液水平电流的阴极结构，其特征在于电连接体可以为碳素糊料、铸铁、碳胶或粘结剂。
7.根据权利要求1所述的节能、均化铝液水平电流的阴极结构，其特征在于绝缘体的宽度为10~200mm。
8.根据权利要求2所述的节能、均化铝液水平电流的阴极结构，其特征在于所述的均质材料为钢、铜、铝、银。
9.根据权利要求2所述的节能、均化铝液水平电流的阴极结构，其特征在于所述的多层复合材料为铜-钢复合、铝-钢复合、银-钢复合或铜-铝复合。
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