CN104894602A - 电解槽阴极导电熔池结构及构造方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝电解槽阴极内衬导电熔池结构及构造方法主要用于铝电解槽阴极导电结构即铝电解槽阴极内衬的砌筑构造，其特征是：在阴极炭块钢棒组的阴极钢棒上设置有分段隔筋，将阴极钢棒侧壁与阴极炭块凹槽内壁之间的导电填充料缝隙，分为几个相对独立的填充区间段，用调整捣固糊料扎实密度，或调整捣固糊料成分，或导电填充物料性能的方法，获得设定阴极炭块上表面期望电阻值，并在此基础上，将阴极炭块钢棒组砌筑于铝电解槽阴极导电结构中，用调整改进整体阴极阴极某处的电流密度分布的方法，来改善相应处铝液中的电流密度，以减少或平衡阴极大母线电流磁场对电解槽内铝液磁旋流干涉影响实现电解槽阴极内衬导电熔池结构的优化设计与构造。
Description
技术领域：电解槽阴极导电熔池结构及构造方法主要用于铝电解槽阴极导电结构即铝电解槽阴极内衬的砌筑构造。
背景技术：现通用的铝电解槽阴极内衬导电熔池结构，采用多块至几十块由阴极炭块和阴极钢棒用捣固糊捣固组装而成的阴极钢棒组，平行排例砌筑在铝电解槽槽壳体内，与侧部槽帮炉墙一起，其阴极钢棒导出电端与构造在电解槽底部及侧部的阴极大母线相连接，构造成铝电解槽阴极内衬导电熔池结构。
阴极内衬导电熔池结构即是阴极导电结构，又是承装铝液及电解质熔液进行热电化学反应的熔池。在电解过程中，其阴极导电熔池结构的构造，有着极其重要的意义。
铝电解槽阴极内衬导电熔池的导电工作面积有几十平方米，它的阴极构造方式及电流的分布状况会对整个铝电解槽的电场、热场、磁场及电磁力强度、铝液及电解质液体的磁流体的流速、波动方向、范围、波幅，氧化铝物流场，极距设定等产生巨大的影响。从而直接影响铝电解槽的生产效能。
现通用的构造阴极内衬导电熔池所用的阴极钢棒组的设计及构造方式和缺点是；
(1)将底部开有通长凹槽的阴极炭块，底部开槽向上放置，再将阴极阴极钢棒置放于凹槽当中，在将捣固糊作为导电连接填充材料，采用分层捣固的方式，置于钢棒两侧与凹槽之间缝隙之中，将阴极炭块与阴极钢棒构造在一起，它的缺点：阴极炭块钢棒组，构造在铝电解槽壳中后，沿阴极炭块钢棒组的长度方向，从阴极炭块的表面中上点，到阴极钢棒端头的出电端，其电阻值会逐步虽导电距离的增加而增大，且阴极炭块上表面的过电流分布密度不均，电流分布一般是由阴极炭块中部向电解槽的边部减弱，很难达到所需理想状态，
(2).在用加热捣固糊分层捣固构造填充阴极炭块和阴极钢棒二者之间的缝隙时，多采用添一层热捣固糊料，用风镐铲扎固捣实一层后，再添一层热捣固糊料，再用风镐铲捣固扎固捣实一层的工艺方法进行。采用这种工艺构造的缺点是，热捣固糊料为散状颗粒粉混合黏结物料，在分层填入到宽度缝隙宽度约15毫米，长度约1，7米左右的缝隙中，用宽度约60毫米的风铲头进行扎实捣固时，在冲击力的挤压下，其捣固糊料会向两侧沿长度方向游动离散，实际生产中，虽采用多工位捣固的方式进行，礽会造成捣固糊料在缝隙间，扎固不实密度不均的现象发生。致使阴极钢棒组电流分布无序，构造电压降即构造电阻值较高。
现通用的构造阴极内衬导电熔池设计及构造方式和缺点是；阴极内衬导电熔池由采用上述设计构造、且高度基本相等的几十组阴极炭块钢棒组，与几组分流布置的阴极大母线相连接，平行并列砌筑构造在铝电解槽内，形成一个槽底内衬为几十平方米的偌大平底铝电解槽阴极导电结构。由于铝电解槽构造主体部件阴极钢棒组的电流分布无序，构造电阻值电压降较高，加之外部因素大母线的磁场影响，致使电解槽内金属铝液磁流体的电磁力运动方式及范围很难与电解质液达到稳定和谐的理想工作状态，高效低耗的电解氧化铝。
发明内容：为了克服铝电解槽阴极内衬导电熔池结构设计及构造工艺所存在的，阴极钢棒组结构电流分布无序不均，阴极大母线电流磁场与阴极钢棒组工作面，即阴极内衬导电熔池的上表面，电流分布状态不和谐统一，造成电解槽熔池内铝液磁流体的运动方式及范围，对电解质液电解氧化铝生成铝液的工作状态的负面影响，提高铝电解槽的电流效率，降低铝电解槽的槽电压，降低电解铝的生产电耗，本发明将公开一种电解槽阴极导电熔池结构及构造方法：
经过对铝电解槽磁流体动力稳定性的研究，得出这样的结论：
电解槽阴极导电熔池的铝液表面形状和金属的流动速度都是由磁流体动力稳定性所决定的。电解槽阴极导电熔池的热场、磁场、电磁力强度、铝液磁流体的流速、波动方向、范围、波幅，氧化铝物流场、以及电解质液体氧化铝的电解效率，都与阴极导电熔池的电流分布及电流密度有关。但也与铝液池的形状有关，而铝液池的形状又取决于阴极表面和槽帮的构造形状。
用改进阴极某处的电流密度来改善相应处铝液中的电流密度，因而改善磁场与此处电流相互作用的条件。因为铝液中的磁场是由外部母线流动的电流与槽内电流相互叠加作用的结果。换句话说，改变阴极碳块钢棒组的几何形状、导电率即导电机理，会使槽内铝液的电流重新分布，从而改变拉普拉斯力(电磁力)f=J×b[N／m3]，对电解质液极距设定等电解工艺参数的影响。
依据上述理论研究的指导，在铝电解槽阴极大母线确定或优化设计时，可用改变调整铝电解槽阴极熔池内表面电流分布密度的方法，综合考虑阴极大母线电流及磁场的影响，结合铝电解槽热场及物流场及氧化铝在电解质液的分布状况和熔解强度，提出以下设计方案及技术措施，对铝电解槽的阴极内衬导电熔池进行设计构造。
电解槽阴极导电熔池结构及构造方法，主要用于铝电解槽阴极内衬的砌筑构造，主要由阴极炭块钢棒组、阴极大母线构造而成，其特征是：在阴极钢棒上，焊接构造上分段隔筋，阴极钢棒上的分段隔筋，将阴极钢棒外侧壁与阴极炭块凹槽内侧壁之间的间隙，沿长度方向，分为几个相对独立填充区间段，用导电填充料填充其对应填充区间段的间隙，用调整导电填充物料及构造工艺的方法，即调整导电填充物料与阴极钢棒侧壁与阴极炭块凹槽侧壁导电界面电阻值的方法，以获取设定阴极钢棒组炭块上表面设定电阻值，并将该已知设定电阻值得阴极钢棒组，砌筑在铝电解槽槽壳体中。
依据上述技术方案：为获得阴极炭块钢棒组较低的连接电阻值，在阴极钢棒与阴极炭块之间用分段隔筋分割的几个相对独立的填充区间段内，可采用分段分层构造捣固工艺，将几个段位的相对独立填充区间段，用捣固糊料作为填充料，进行导电构造连接，在用风镐进行捣固扎实连接构造时，利用设置在阴极钢棒上的分段隔筋，可以限制物料流动范围，减少捣固填充糊料的离散流动，提高捣固糊料密实度的特点，使捣固糊料与阴极钢棒侧壁与阴极炭块凹槽侧壁导电界面结合部的电阻值减少，阴极炭块钢棒组的构造电压降降低。
依据上述技术方案：为在获得阴极炭块钢棒组的阴极炭块上表面所设定得电流密度分布，可用调整阴极炭块上表面对应填充区间段捣固糊料扎实密度、调整对应填充区间段捣固糊料理化成分、调整对应填充区间段导电填充物料成分的方法获得，即用调整导电填充物料与阴极钢棒侧壁与阴极炭块凹槽侧壁的界面导电结合电阻值的方式，构造出阴极炭块上表面设定电流密度的期望电阻值
依据上述技术方案：为在获得阴极炭块钢棒组的阴极炭块表面所设定得电流密度分布，即可以用调整每个填充区间段捣固糊料扎实密度的方法获得，也可用调整每个填充区间段捣固糊料理化指标的方法获得。还可用调整每个填充区间段导电填充物料成分的方法获得，即用调整设定导电填充物料与阴极钢棒侧壁与阴极炭块凹槽侧壁的界面导电结合电阻值的方式，构造出可设定阴极炭块上表面期望电阻值的阴极炭块钢棒组
依据上述技术方案：采用设定阴极炭块上表面期望电阻值的阴极炭块钢棒组，通过调整每个阴极炭块或每个炭块填充区间段的阴极炭块上表面电流密度分布，致使阴极炭块上表面的电流密度分布与铝电解槽阴极大母线的电流、磁场的期望值相匹配，以获得铝电解槽阴极导电熔池内，影响整体阴极导电工作面上部铝液磁场、电磁力强度及磁流体运动方式的电流分布密度的最佳状态。以减少或消除由于铝电解槽阴极导电熔池的阴极导电工作面电流密度分布，与阴极大母线电流和磁场相互干涉，对电解槽内铝液磁旋流运动方式，对电解质液极距设定及工况条件所造成的负面影响。提高铝电解电流效率，降低电解耗能。
依据上述技术方案：在进行铝电解槽阴极导电构造砌筑部件阴极炭块钢棒组的制备时，需用测试仪，(大于1500A以上的大电流测试仪)，测试阴极炭块钢棒组的阴极炭块工作面即阴极炭块上表面到阴极钢棒出电端的电压降即电阻值，用以确定每块阳极炭块，在铝电解槽上的安装位置和电流密度分布区间，即用调整改进整体阴极某处的电流密度，达到改善相应处铝液中的电流密度和电磁力运动方式的方法，实现电解槽阴极内衬导电熔池结构的优化设计与构造。
依据上述技术方案：为获取阴极碳钢棒组阴极碳块(1)上表面某一点位(也可是区间)到阴极钢棒(2)出电端位置的设定期望电阻值，以求安装在铝电解槽后，其该处过电流密度能达到设计要求和期望值，在进行向阴极钢棒(2)侧壁与阴极炭块(1)凹槽侧壁之间的间隙添加导电填充材料时，可对不同的每个填充区间段对应的阴极炭块上表面，填充不同的导电性能的石墨碳素捣固糊料，制备获得的电解槽阴极炭块钢棒组结构。
依据上述技术方案：为了获取阴极碳块(1)上表面某一点位或区间，到阴极钢棒(2)出电端位置的设定期望电阻值，用改变阴极炭块和阴极钢局部导电性能即导电率的方法获得，以求安装在铝电解槽后，其过该处的过电流密度达到设计要求和期望值。
阴极炭块钢棒组的阴极钢棒(2)侧壁与阴极炭块(1)凹槽侧壁之间的填充间隙的每个不同的填充区间段(4)，可填充不同性能的导电填充材料，可浇注填充导电金属材料，或与填充石墨碳素捣固糊料相结合的方式进行，机有的填充区间段(4)内浇注磷生铁，有的填充区间段(4)内填充捣固糊。
依据上述技术方案：采用设定阴极炭块上表面期望电阻值的阴极炭块钢棒组，通过调整每个阴极炭块或每个炭块填充区间段的阴极炭块上表面电流密度分布，致使阴极炭块上表面的电流密度分布与铝电解槽阴极大母线的电流、磁场的期望值相匹配，以获得铝电解槽阴极导电熔池内，影响整体阴极导电工作面上部铝液磁场、电磁力强度及磁流体运动方式的电流分布密度的最佳状态。以减少或消除由于铝电解槽阴极导电熔池的阴极导电工作面电流密度分布，与阴极大母线电流和磁场相互干涉，对电解槽内铝液磁旋流运动方式，对电解质液极距设定及工况条件所造成的负面影响。提高铝电解电流效率，降低电解耗能。
采用本发明所设计的一种铝电解槽阴极内衬导电熔池结构，所建造铝电解槽，可以克服现通用的电解槽阴极电流分布与电解槽阴极大母线电流磁场不匹配，即大母线电流磁场对电解槽铝液磁流体运动、电解槽生产工艺参数设定所带来负面干涉影响，以及铝电解槽阴极结构电压降过高的缺点，优化电解工艺提高电流效率，实现电解铝的节能降耗生产。
附图说明：本发明一种铝电解槽阴极内衬导电熔池结构的技术方案和技术特征通过阅读说明书附图和具体实施方式，则可更加清晰。
图1本发明实施例1阴极炭块钢棒组的阴极钢棒的主视图；
图2为图1的俯视剖面图。
图3本发明实施例1阴极碳炭块钢棒组构造示意图；
图4为图3的侧视图
图5本发明实施例1钢棒组结构的主视剖面图
图6为本发明实施例2阴极炭块钢棒组的阴极钢棒的主视图；
图7为本发明实施例3阴极炭块钢棒组的阴极钢棒的主视图
图8为发明实施例4采用本发明构造的铝电解槽阴极内衬导电熔池结构的俯视图以及假设状态下的阴极导电工作面的的电流密度分布图。
其图中所示：(1)阴极炭块、(2)阴极钢棒、(3)分段隔筋、(4)填充区间段、(5)导电填充料、(6)捣固风镐、(7)阴极大母线、(8)阴极导电工作面、(9)铝电解槽槽壳体。(10)侧部炉墙、(11)假设电流密度分布图。
具体实施方式：
实施例1：如图1、图2所示，先在阴极钢棒(2)、沿长度方向，将一根阴极钢(2)沿长度方向分为几填充区段，在分段位置，沿钢棒高度方向，采用焊接的方式，为圆钢筋或扁钢为材料，在阴极钢棒(2)上，构造上分段隔筋(3)，再将阴极钢棒(2)放置在阴极炭块(1)凹槽中。在阴极炭块(1)凹槽中，由在阴极钢棒(2)上设置的分段隔筋，，将阴极钢棒(2)侧壁与阴极炭块(1)凹槽侧壁之间的间隙，沿长度方向分为填充区间段(4)。用捣固糊填充糊料料(5)，填充在预定捣固的设定的填充区间段(4)内，再用风镐(6)捣固扎实，进行分层构造捣固。如图3.图4所示，
将几个段位的相对独立的填充区间段(4)，全部分段用捣固糊料填充料(5)，在用风镐(6)捣固扎实后，用大电流测试仪，进行电压降电阻值测试。其测试值满足工艺要求后。1如图5所示，即为本实施例1所要制备获得的电解槽阴极炭块钢棒组结构。
实施例2：如图6所示本实施例与上述实施例1的基本构造和原理相同。其区别在于，为了获取阴极碳块(1)上表面某一点位(也可是区间)到阴极钢棒(2)出电端位置的设定期望电阻值，以求安装在铝电解槽后，其过该处的过电流密度达到设计要求和期望值，在进行向阴极钢棒(2)侧壁与阴极炭块(1)凹槽侧壁之间的间隙添加导电填充材料时，可对不同的每个填充区间段对应的阴极炭块上表面的导电要求，填充不同的导电性能(比电阻不同)的石墨碳素捣固糊料，再用风镐(6)捣固扎实。用大电流测试仪，进行电压降电阻值测试。其测试值满足工艺要求后。即为本实施例2所要制备获得的电解槽阴极炭块钢棒组结构。
实施例3：如图7所示本实施例与上述实施例2和实施的基本构造和原理相同，为了获取阴极碳块(1)上表面某一点位(也可是区间)到阴极钢棒(2)出电端位置的设定期望电阻值，用改变阴极炭块和阴极钢局部导电性能即导电率的方法获得，以求安装在铝电解槽后，其过该处的过电流密度达到设计要求和期望值，本实施例与上述实施例2的区别是：在同一组阴极炭块钢棒组，其阴极钢棒(2)侧壁与阴极炭块(1)凹槽侧壁之间的填充间隙的每个不同的小填充区间段(4)添加不同性能的导电填充材料，可采用浇注填充导电金属材料，与填充石墨碳素捣固糊料相结合的方式进行，如有的填充区间段(4)内浇注磷生铁，有的填充区间段(4)内填充捣固糊。
实施例4：采用本发明所设计构造的、可设定阴极炭块(1)上表面期望电阻值的阴极炭块钢棒组，在进行测试分析和计算机模拟后，就可结合铝电解槽阴极大母线(7)的电流及磁场分布情况，优化组合设计，砌筑构造出，使电解熔池内的电流分布合理，可减少阴极大母线(7)电流及磁场负面干涉影响，电磁力运动的强度和方向变化，有利于金属铝液磁流场的合理运动的铝电解槽阴极导电熔池结构。如同如图8所示，在假设优化状态下的铝电解槽阴极导电熔池结构阴极导电工作面(8)电流密度(11)分布状态。该铝电解槽由；阴极炭块钢棒组，铝电解槽槽壳体(9)。电解槽炉膛侧部炉墙(10)砌筑炭块所构造而成。
电解槽阴极内衬导电熔池结构，电解槽阴极导电熔池结构及构造方法
在阴极钢棒上设置有分段隔筋，将阴极钢棒侧壁与阴极炭块凹槽内壁之间的导电填充料缝隙，用分段隔筋分为几个相对独立的填充区间段，用调整填充区间段捣固糊料扎实密度，或调整填充区间段捣固糊料成分，或用调整填充区间段导电填充物料性能的方法，获得可设定阴极炭块上表面期望电阻值的阴极炭块钢棒组，并在此基础上，将设定阴极炭块钢棒组电流密度分布的砌筑于铝电解槽阴极导电结构中，用可确定阴极炭块电流密度分布，用调整改进整体阴极阴极某处的电流密度分布的方法，来改善相应处铝液中的电流密度，减少或平衡阴极大母线电流磁场对电解槽内铝液磁旋流干涉影响，实现电解槽阴极内衬导电熔池结构的优化设计与构造。
Claims (8)
1.一种铝电解槽阴极内衬导电熔池结构及构造方法，主要用于铝电解槽阴极内衬的砌筑构造，主要由阴极炭块钢棒组、阴极大母线构造而成，其特征是：在阴极钢棒上，焊接构造上分段隔筋，阴极钢棒上的分段隔筋，将阴极钢棒外侧壁与阴极炭块凹槽内侧壁之间的间隙，沿长度方向，分为几个相对独立填充区间段，用导电填充料填充其对应填充区间段的间隙，用调整导电填充物料及构造工艺的方法，即调整导电填充物料与阴极钢棒侧壁与阴极炭块凹槽侧壁导电界面电阻值的方法，以获取设定阴极钢棒组炭块上表面设定电阻值，并将该已知设定电阻值得阴极钢棒组，砌筑在铝电解槽槽壳体中。
2.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极内衬导电熔池结构及构造方法，其特征是：为获得阴极炭块钢棒组较低的连接电阻值，在阴极钢棒与阴极炭块之间用分段隔筋分割的几个相对独立的填充区间段内，可采用分段分层构造捣固工艺，将几个段位的相对独立填充区间段，用捣固糊料作为填充料，进行导电构造连接，在用风镐进行捣固扎实连接构造时，利用设置在阴极钢棒上的分段隔筋，可以限制物料流动范围，减少捣固填充糊料的离散流动，提高捣固糊料密实度的特点，使捣固糊料与阴极钢棒侧壁与阴极炭块凹槽侧壁导电界面结合部的电阻值减少，阴极炭块钢棒组的构造电压降降低。
3.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极内衬导电熔池结构及构造方法：其特征是，为在获得阴极炭块钢棒组的阴极炭块上表面所设定得电流密度分布，可用调整阴极炭块上表面对应填充区间段捣固糊料扎实密度、调整对应填充区间段捣固糊料理化成分、调整对应填充区间段导电填充物料成分的方法获得，即用调整导电填充物料与阴极钢棒侧壁与阴极炭块凹槽侧壁的界面导电结合电阻值的方式，构造出阴极炭块上表面设定电流密度的期望电阻值。
4.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极内衬导电熔池结构及构造方法，其特征是：采用设定阴极炭块上表面期望电阻值的阴极炭块钢棒组，通过调整每个阴极炭块或每个炭块填充区间段的阴极炭块上表面电流密度分布，致使阴极炭块上表面的电流密度分布与铝电解槽阴极大母线的电流、磁场的期望值相匹配，以获得铝电解槽阴极导电熔池内，影响整体阴极导电工作面上部铝液磁场、电磁力强度及磁流体运动方式的电流分布密度的最佳状态。以减少或消除由于铝电解槽阴极导电熔池的阴极导电工作面电流密度分布，与阴极大母线电流和磁场相互干涉，对电解槽内铝液磁旋流运动方式，对电解质液极距设定及工况条件所造成的负面影响。提高铝电解电流效率，降低电解耗能。
5.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极内衬导电熔池结构及构造方法，其特征是：在进行铝电解槽阴极导电构造砌筑部件阴极炭块钢棒组的制备时，需用测试仪，测试阴极炭块钢棒组的阴极炭块工作面即阴极炭块上表面到阴极钢棒出电端的电压降即电阻值，用以确定每块阳极炭块，在铝电解槽上的安装位置和电流密度分布区间，即用调整改进整体阴极某处的电流密度，达到改善相应处铝液中的电流密度和电磁力运动方式的方法，实现电解槽阴极内衬导电熔池结构的优化设计与构造。
6.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极内衬导电熔池结构及构造方法，其特征是：为获取阴极碳钢棒组阴极碳块(1)上表面某一点位(也可是区间)到阴极钢棒(2)出电端位置的设定期望电阻值，以求安装在铝电解槽后，其该处过电流密度能达到设计要求和期望值，在进行向阴极钢棒(2)侧壁与阴极炭块(1)凹槽侧壁之间的间隙添加导电填充材料时，可对不同的每个填充区间段对应的阴极炭块上表面，填充不同的导电性能的石墨碳素捣固糊料，制备获得的电解槽阴极炭块钢棒组结构。
7.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极内衬导电熔池结构及构造方法，其特征是：为了获取阴极碳块(1)上表面某一点位或区间，到阴极钢棒(2)出电端位置的设定期望电阻值，用改变阴极炭块和阴极钢局部导电性能即导电率的方法获得，以求安装在铝电解槽后，其过该处的过电流密度达到设计要求和期望值。
8.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极内衬导电熔池结构及构造方法，其特征是：阴极炭块钢棒组的阴极钢棒(2)侧壁与阴极炭块(1)凹槽侧壁之间的填充间隙的每个不同的填充区间段(4)，可填充不同性能的导电填充材料，可浇注填充导电金属材料，或与填充石墨碳素捣固糊料相结合的方式进行，机有的填充区间段(4)内浇注磷生铁，有的填充区间段(4)内填充捣固糊。
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| CN113073358A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-06 | 李欣 | 一种复合阴极钢棒和阴极炭块组的结构 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150909 |