CN109666953A - 一种复合、高导电阴极钢棒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阴极钢棒，尤其涉及一种铝电解阴极用的复合、高导电阴极钢棒。一种复合、高导电阴极钢棒，包括导电基体，在导电基体内设有开口的腔体，腔体内设有高导电体，腔体开口处设有密封体，在腔体内高导电体、导电基体和密封体之间设有非导电区域，高导电体与导电基体和密封体的接触部分为导电区域。本发明的优点效果：均化铝液中的水平电流，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。提高钢棒的导电性能，大幅降低电解槽阴极压降，降低铝电解能耗。使阴极炭块表面的电流密度更加均匀，降低阴极磨损的速率，延长阴极寿命。阴极组更为紧凑，减少内衬、槽壳及厂房相关的投资。

Description

一种复合、高导电阴极钢棒

技术领域

本发明涉及一种阴极钢棒，尤其涉及一种铝电解阴极用的复合、高导电阴极钢棒。

背景技术

金属铝在工业大规模生产中主要采用霍尔-埃鲁（Hall-Héroult）熔盐电解法获得，即电解溶解在以熔融冰晶石为主要成分的电解质中的氧化铝，生产液态的金属铝。

生产金属铝的直接设备为铝电解槽。铝电解槽主要由两大部分组成，一部分为阳极，通常由碳素材料构成；另一部分为阴极，由阴极炭块、阴极钢棒与内衬材料构成。

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，再通过装配在阴极炭块中的阴极钢棒和与之相连的阴极母线进入到下一台电解槽。

阴极炭块组作为铝电解槽的重要组成部分，主要有两方面作用，一方面，它作为导体将直流电导出到下一台电解槽；另一方面，它要抵抗铝液和电解质腐蚀、冲刷，保护底部内衬材料不受破坏。传统的阴极炭块组由阴极炭块、钢棒和连接钢棒与阴极炭块的糊料或铸铁组成，钢棒与阴极炭块同向水平放置，钢棒的一端伸出电解槽的侧壁与阴极母线相连接，钢棒的材质通常为Q195碳素钢。传统的阴极炭块组存在两大缺陷：

第一：钢棒在高温下的电阻率高，物理压降大，这部分能量不直接参与电解生产，而是以热量形式散失，造成大量的能量浪费。

第二：由于钢棒与阴极炭块同向水平放置，而铝液中的电流集中于阴极钢棒出电端部导出，导致铝液中水平方向的电流密度非常大，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。

通过提高电解槽稳定性的方式获得好的能耗指标，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。

通过改进阴极结构能够抑制部分铝液中的水平电流，但会增加阴极炭块组的压降，造成能耗的增加。

通过改变阴极炭块材质，同样可以降低阴极组的压降，但阴极炭块组的成本几乎翻倍，同时铝液中的水平电流增加，不利于电解槽稳定生产。

可以看出，上述这些方法均无法实现既降低铝电解槽铝液中的水平电流，又降低铝电解槽的物理压降。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种复合、高导电阴极钢棒，目的是既降低铝电解槽铝液中的水平电流，又降低铝电解槽的物理压降。

为达上述目的本发明一种复合、高导电阴极钢棒，包括导电基体，在导电基体内设有开口的腔体，腔体内设有高导电体，腔体开口处设有密封体，在腔体内高导电体、导电基体和密封体之间设有非导电区域，高导电体与导电基体和密封体的接触部分为导电区域。

非导电区域为在高导电体、导电基体和密封体之间形成物理间隙或填充非导电物质获得。

导电基体和密封体组成的腔体为全密闭或半密闭。

导电基体的材质为钢或铁。

高导电体的材质为铜、铝或银。

高导电体为铜-钢、铝-钢、银-钢或铜-铝复合材料。

导电基体的横截面为多边形、圆形或半圆形。

高导电体的横截面为多边形、圆形或半圆形。

导电基体与密封体的连接为焊接、压接或粘接。

非导电区域通过保持高导电体的截面不变，而扩大导电基体和密封体内部的局部截面获得。

非导电区域通过保持导电基体和密封体的内部截面不变，而缩小高导电体的局部截面获得。

在非导电区域处的导电基体处设有排气孔。

非导电区域为全部包围高导电体或半包围高导电体。

本发明的优点效果：均化铝液中的水平电流，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。提高钢棒的导电性能，大幅降低电解槽阴极压降，降低铝电解能耗。使阴极炭块表面的电流密度更加均匀，降低阴极磨损的速率，延长阴极寿命。阴极组更为紧凑，减少内衬、槽壳及厂房相关的投资。

附图说明

图1为本发明实施例1的轴侧、爆炸视图。

图2为本发明实施例1的主视图。

图3为图2中A-A截面的剖视图。

图4为图2中B-B截面的剖视图。

图5为图2中C-C截面的剖视图。

图中：1、导电基体；2、高导电体；3、密封体；4、腔体；5、非导电区域；6、导电区域。

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1-5所示，本发明一种复合、高导电阴极钢棒，包括导电基体1，在导电基体1内设有开口的腔体4，腔体4内设有高导电体2，腔体4开口处设有密封体3，在腔体4内高导电体2、导电基体1和密封体3之间设有非导电区域5，高导电体2与导电基体1和密封体3的接触部分为导电区域6。

非导电区域5为在高导电体2、导电基体1和密封体3之间形成物理间隙获得。

导电基体1和密封体3组成的腔体4为全密闭。

导电基体1的材质为钢，高导电体的材质为铜。

导电基体1的横截面为矩形，高导电体2的横截面为矩形，导电基体1与密封体3的连接为焊接。非导电区域5通过保持高导电体2的截面不变，而扩大导电基体1和密封体3内部的局部截面获得。非导电区域为半包围高导电体，高导电体的底部与导电基体1接触，高导电体2的两侧及顶部为非导电区域5。

实施例2

实施例1中的非导电域为两个，导电基体1和密封体3组成的腔体4为半密闭，没有密闭的部分在导电区域，导电基体1的材质为铁，高导电体为铝-钢复合材料。非导电区域5通过保持导电基体1和密封体3的内部截面不变，而缩小高导电体2的局部截面获得。在非导电区域5处的导电基体1处设有排气孔。导电基体1的横截面为圆形，高导电体2的横截面为圆形。非导电区域5为全部包围高导电体2，高导电体2底部与导电基体1之间设有非导电物质，高导电体2一侧与导电基体1接触，高导电体2另一侧与导电基体1之间为空气，高导电体2顶部与密封体3之间为空气。导电基体1与密封体3的连接为压接。其它同实施例1。

实施例3

实施例1中高导电体为银-钢复合材料，导电基体1的横截面为半圆形，高导电体2的横截面为半圆形，导电基体1与密封体3的连接为粘接。其它同实施例1。

实施例4

实施例1中高导电体为铜-铝复合材料，导电基体1的横截面为半圆形，高导电体2的横截面为圆形。其它同实施例1。

实施例5

实施例2中的高导电体为银，其它同实施例2。

实施例6

实施例2中的高导电体为铝，其它同实施例2。

实施例7

实施例1中的高导电体为铜-钢复合材料，其它同实施例1。

Claims (13)

1.一种复合、高导电阴极钢棒，包括导电基体，其特征在于在导电基体内设有开口的腔体，腔体内设有高导电体，腔体开口处设有密封体，在腔体内高导电体、导电基体和密封体之间设有非导电区域，高导电体与导电基体和密封体的接触部分为导电区域。

2.根据权利要求1所述的一种复合、高导电阴极钢棒，其特征在于非导电区域为在高导电体、导电基体和密封体之间形成物理间隙或填充非导电物质获得。

3.根据权利要求1所述的一种复合、高导电阴极钢棒，其特征在于导电基体和密封体组成的腔体为全密闭或半密闭。

4.根据权利要求1所述的一种复合、高导电阴极钢棒，其特征在于导电基体的材质为钢或铁。

5.根据权利要求1所述的一种复合、高导电阴极钢棒，其特征在于高导电体的材质为铜、铝或银。

6.根据权利要求1所述的一种复合、高导电阴极钢棒，其特征在于高导电体为铜-钢、铝-钢、银-钢或铜-铝复合材料。

7.根据权利要求1所述的一种复合、高导电阴极钢棒，其特征在于导电基体的横截面可以为多边形、圆形或半圆形。

8.根据权利要求1所述的一种复合、高导电阴极钢棒，其特征在于高导电体的横截面可以为多边形、圆形或半圆形。

9.根据权利要求1所述的一种复合、高导电阴极钢棒，其特征在于导电基体与密封体的连接为焊接、压接或粘接。

10.根据权利要求1和2所述的一种复合、高导电阴极钢棒，其特征在于非导电区域通过保持高导电体的截面不变，而扩大导电基体和密封体内部的局部截面获得。

11.根据权利要求1和2所述的一种复合、高导电阴极钢棒，其特征在于非导电区域通过保持导电基体和密封体的内部截面不变，而缩小高导电体的局部截面获得。

12.根据权利要求1所述的一种复合、高导电阴极钢棒，其特征在于在非导电区域处的导电基体处设有排气孔。

13.根据权利要求1所述的一种复合、高导电阴极钢棒，其特征在于非导电区域为全部包围高导电体或半包围高导电体。