CN109689938B

CN109689938B - 具有插槽几何形状的阴极块

Info

Publication number: CN109689938B
Application number: CN201780036835.4A
Authority: CN
Inventors: 马库斯·普费弗; 弗洛里安·普费弗尔
Original assignee: Donghai Cobex Co ltd
Current assignee: Donghai Cobex Co ltd
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2021-04-13
Anticipated expiration: 2037-06-14
Also published as: CA3026593A1; US20190301033A1; DE102016210693A1; US11339489B2; AU2017285191B2; EP3472373B1; CN109689938A; PL3472373T3; JP2019518143A; RU2727441C1; UA123408C2; ZA201808315B; WO2017216243A1; EP3472373A1; AU2017285191A1; CA3026593C; BR112018075918A2; BR112018075918B1; SA518400625B1; JP6799149B2

Abstract

本发明公开了一种具有插槽几何形状的阴极块，用于生产铝的电解槽的所述基于碳的阴极块设置有至少一个用于容纳至少一个阴极棒的插槽，所述至少一个插槽具有至少一个空腔，空腔的至少一些部分在插槽的纵向上延伸并包括至少一个切口。

Description

具有插槽几何形状的阴极块

技术领域

本发明涉及具有新型插槽几何形状的基于碳的阴极块、用于具有所述阴极块的铝电解槽的阴极底部以及具有所述阴极底部的电解槽。

背景技术

通常，通过熔盐电解的方式在熟知的电解槽中生产铝。电解槽通常包括由铁板或钢制成的储罐，储罐的底部衬有隔热层。在储罐中，多达28个由与电源的阴极连接的碳或石墨制成的阴极块形成另一储罐的底部，其壁由碳、石墨或碳化硅的侧块组成。在不同情况下，在两个阴极块之间形成有间隙。阴极块和被选择性填充的间隙的布置通常被称为阴极底部。阴极块之间的间隙通常用基于煤焦油的碳和/或石墨的捣打料来填充。这用于密封熔合的成分，并在操作期间补偿机械应力。悬挂在连接至电源的阳极的支撑结构上的碳块通常用作阳极。

在这样的电解槽中，氧化铝(Al₂O₃)和冰晶石(Na₃AlF₆)的熔融混合物优选包含约2％至5％的氧化铝、约85％至80％的冰晶石和其它添加物，并在约960℃的温度下进行熔盐电解。其中溶解的氧化铝与固体碳阳极反应并形成液态铝和气态二氧化碳。熔融混合物用保护壳来覆盖电解槽的侧壁，同时，由于与熔化物的密度相比铝的密度更大，铝聚集在熔化物下面的电解槽的底部上，因此可以得到保护而不被空气中的氧或二氧化碳再次氧化。由此产生的铝定期从电解槽中移除并进行进一步处理。

在电解过程中，阳极被消耗，而阴极底部在电解过程中保持很大的化学惰性。因此，阳极是消耗部件，其在使用年限内经常进行更换，而阴极底部设计用于长期持久的使用。然而，现今的阴极底部易受磨损。由于铝层在阴极底部上移动，阴极表面发生机械磨损。另外，通过碳化铝的形成和钠的结合，阴极底部发生(电)化学腐蚀。由于通常串联连接100至300个电解槽以建立用于生产铝的经济型设备，并且这种设备通常可以使用至少4至10年，所以在这种设备中电解槽中的阴极块的失效和更换是昂贵的并且需要复杂的修理，这极大降低了这种设备的收益性。

对于电解槽的操作，在不同情况下，阴极块各自具备至少一个用于容纳至少一个阴极棒的插槽，经阳极引入的电流通过该插槽传导。在这种情况下，阴极棒可以由钢、铜、其他导电金属、金属合金或金属复合材料组成，优选由钢组成。界定插槽的阴极块的各个壁与阴极棒之间的中间空间通常由铸铁镶铸，由此形成铸铁-阴极棒组合。通过这种插槽的填充，能确保在操作期间阴极棒电连接和机械连接至阴极块。这种镶铸过程也被称为“棒料加工(rodding)”。在这一加工步骤之后，由阴极棒、铸铁和阴极块组成的组件旋转180°进入已知的工作位置，并安装在槽中。在本发明的上下文中，工作位置应被理解为指相对于阴极棒的插槽的开口指向下方。然后，使其达到约960℃的操作温度，并连续运行数年。

关于汇流条在旋转进入工作位置的过程中或在安装过程中掉落的可能性，已知插槽几何形状对其有影响。采用楔形插槽的形式(参见图1a和图1b)可阻止镶铸阴极棒的掉落，由于是楔形插槽，所以阴极棒-铸铁组合被夹在插槽中。然而，在这种情况下，由于阴极棒-铸铁组合与阴极块相比具有不同的热膨胀系数(CTE)，具有约3至5倍的系数，所以在棒料加工和用于安装的布置的旋转之后的冷却中，在阴极棒-铸铁组合和阴极块的插槽的底部之间形成0.5mm至10.0mm的气隙。热膨胀系数(CTE)是热膨胀的特性，描述了物质的尺寸随着温度变化而变化的行为。CTE是根据2005年7月1日发布的ISO(国际标准化组织)14420来测量的。

在加热至操作温度时，阴极棒-铸铁组合发生膨胀，使得机械压力施加在不太强烈膨胀的阴极块上。这更大程度上发生在插槽的侧壁上，较小程度上发生在阴极块的插槽的底部上。因此，在阴极块中可能产生裂缝，这会导致液态铝或熔化物能够渗透到块中，因而最终缩短阴极块的使用寿命。

插槽通常具有三个限定阴极块的壁。其中，在矩形插槽的情况下，平行于阴极块的操作侧延伸的壁被指定为插槽的底部。阴极块的操作侧应被理解为阴极块的与铝熔化物相接触的那一侧。平行于阴极的长侧延伸的插槽的壁被指定为侧壁。对于限定插槽的壁作为侧壁和插槽的底部的指定，原则上适用于除了圆形插槽以外的所有的插槽形状，在圆形插槽中当然没有这种区分。

由于与侧壁相比插槽的底部的接触压力低，所以插槽的底部上的接触电阻总是远大于阴极块的侧面处的接触电阻。在冷的状态下气隙为0.5mm的情况下，插槽的底部上的接触电阻约为250Ωmm²(在800至950℃的操作温度下测量)，约为阴极块的插槽的侧壁上的接触电阻(约为10Ωmm²)的25倍。接触电阻被认为是两个相邻接的电导体之间的电阻。这可以确定为总电阻和上述布置的各个电阻之和之间的差值，其中，电阻本身使用诸如电流-电压测量等典型方法确定。在冷的条件下间隙尺寸为1.5mm足以使在操作期间持续地不与插槽的底部接触。未与插槽的底部接触时的槽的阴极电阻约比与插槽的底部接触时高10％。槽的阴极电阻应该被理解为在电流流过(从阴极块的操作侧开始直到经由阴极棒离开阴极块到端面的外部为止)阴极块期间产生的电阻。通过提高阴极电阻，阴极电压降(CVD)因此增加10％。阴极电压降由所使用的阴极块材料、阴极棒-铸铁组合和两部件之间的接触电阻来确定。增高的CVD导致更高的槽电压，因而每单位质量的铝也产生更高的能量比耗。

另一缺点在于，由于冰晶石(Na₃AlF₆)的熔化物的扩散，通过钠的结合进入阴极底部，所以阴极块几何形状膨胀，从而插槽几何形状也膨胀。这导致产生或扩大气隙，或者阴极棒-铸铁组合的接触压力减小，从而产生更大的接触电阻，并因此产生更高的CVD。

为了实现汇流条或铸铁与阴极块之间的低电阻和低转移电阻，专利文件DE102011004009公开了一种阴极块，其中至少一个插槽用石墨箔覆盖部分区域，其中，在至少一个插槽中设置至少一个至少在某些区域中具有铸铁覆盖物的汇流条，并且，其中在界定至少一个插槽的阴极块的壁中设置至少一个切口，其中，铸铁的覆盖物至少部分地接合在至少一个切口中。在这种情况下，在用铸铁覆盖的汇流条和阴极块之间实现牢固的机械连接，这阻止了汇流条从衬有石墨箔的插槽中掉出。这些切口可以具有半圆形、三角形、矩形或梯形的横截面，其中在具有梯形横截面的情况下，梯形的较长的底部侧位于插槽的壁的表面上。

专利文件CH663624公开了一种阴极块，其中通过压配引入汇流条，其中，阴极块在插槽的整个表面上具有凸起。这些凸起可以具有三角形、矩形、正方形或梯形或正弦曲线形的横截面，其中，在具有梯形横截面的情况下，梯形的较长的底部侧位于插槽的壁的表面上。利用这种阴极块，可减小汇流条和阴极块之间的电转移电阻，由于汇流条采用压配布置，因此不使用铸铁。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于铝电解槽的替代阴极块，其在电解槽的操作期间具有低电阻，并且尤其延长了连续的电解时间段，特别地还具有在阴极棒或铸铁和阴极块之间的低接触电阻。另外，由于低接触电阻，阴极块也具有较低的阴极电压降，因此，槽中的能量损耗和每单位质量的铝产生的能量比耗较低。

这一目的是通过用于生产铝的电解槽的基于碳的阴极块实现的，所述阴极块具有至少一个用于容纳至少一个阴极棒的插槽，其中，至少一个插槽具有至少一个至少部分地沿其纵向延伸并带有至少一个切口的凹槽。

沿纵向延伸的凹槽应该被理解为，其从阴极块的窄边中的一个延伸至阴极块的另一窄边，即，在其已知的端面之间(参见图1a)。至少部分地沿纵向延伸的凹槽意味着，该凹槽不必然在阴极块的整个长度上延伸，而是也可以仅在一部分中延伸。有利地是，阴极块具有或者至少一个在阴极长度上连续的凹槽和/或二至八个凹槽部，其中优选具有二至三个凹槽部。部分式的凹槽具有的优点是，流过阴极块的电流能够有针对性地局部受到影响。对于两个凹槽部，凹槽部的最大长度有利地是阴极长度的1/3，对于八个凹槽部，凹槽部的最大长度为至少阴极长度的1/20。当具有超过八个凹槽部时，则与在整个长度上连续的凹槽相比不再有任何差别，并且，在具有超过八个凹槽部的情况下，使用连续的凹槽在技术上更容易。

从横截面来看，也就是说，当观察阴极块的端面时，阴极块具有至少一个凹槽，其中，凹槽的数量取决于凹槽的大小，并且两个凹槽之间的间隔有利地是比相邻凹槽的圆的半径的总和至少大10mm。

在本发明的上下文中，模具被认为是具有切口的凹槽，该切口导向该凹槽，在用诸如液态铸铁填充凹槽之后，凝固的铸铁不能在不破坏模具的情况下从凹槽中移除。在这种情况下，不考虑通过在阴极块的纵向上的位移来移除。

在下文中，将以带有切口的凹槽的示例来进行描述(参见图2)，而不是对本发明的限制。根据图2中以横截面示出阴极块的实施例，凹槽(5,5’)具有例如直径为50mm的开口的圆，并且圆的朝向插槽的开口的宽度为10mm。因此，开口的圆的直径大于开口的圆的开口宽度。在浇注的铸铁硬化之后，由于凹槽的这种形状，铸铁不能从凹槽中掉出或在不破坏的情况下从凹槽中移除。因此，硬化的铸铁以凹槽的形状固定在模具中，也就是说，这是由于存在切口。

由于带有切口的凹槽，实现了阴极棒在插槽中的改进的锚固和定位，使得在棒料加工过程的冷却和阴极块进入工作位置的旋转之后，在阴极棒-铸铁组合和阴极块之间产生的气隙减小至小于0.5mm。在阴极块加热至电解槽的工作温度时，这种减小导致插槽的底部的接触电阻减小至1Ωmm²至3Ωmm²，这相当于改进了8至25倍。这反过来导致了阴极电压降(CVD)低至20mV至50mV。降低的阴极电压降导致槽中的能量损耗降低1％至2％，因此生产每单位质量的铝的能量比耗也降低1％至2％。

有利的是，沿纵向延伸的至少一个凹槽具有朝向插槽开口的圆形的横截面形状，或者具有朝向插槽开口的圆形并具有轴的横截面形状，其中，开口构造为小于圆的直径。横截面应该被理解为表示垂直于纵轴切割的主体的切割表面。由于作用力均匀地分布在圆形上，所以凹槽的圆形部分减小了机械应力，并能够在整个表面上形成接触压力。

根据本发明的另一优选实施例，至少一个凹槽的开口的圆或者至少一个带有轴的凹槽的开口的圆的宽度为5mm至60mm，优选为10mm至45mm，尤其优选为15mm至30mm。如果轴的宽度大于5mm，则铸铁更容易流入凹槽中，使得凹槽能够完全被填充。在轴的宽度大于60mm的情况下，不再存在带有切口的凹槽。

有利的是，至少一个凹槽的轴的深度为3mm至30mm，优选为5mm至20mm，尤其优选为10mm至15mm。在本发明的上下文中，深度被认为是凹槽的轴从阴极块的外侧的方向上的插槽开始的长度。如果轴的深度大于30mm，则产生过大的拉伸应力，会导致阴极块开始撕裂。如果轴的深度小于3mm，则在圆形开口处产生过大的拉伸应力，会导致阴极块开始撕裂。阴极块中的裂缝会导致阴极块的使用寿命缩短或者甚至使电解槽完全失效。

有利的是，在至少一个凹槽的轴中，在横截面中，壁彼此平行或不平行地延伸，尤其优选彼此平行地延伸。

根据本发明的另一优选实施例，至少一个凹槽的轴从圆形开口起垂直朝向插槽地以缩窄或加宽的方式延伸。缩窄应该理解为意味着轴的宽度从圆形的开口朝向插槽变小，加宽应该理解为意味着该宽度变大。

根据本发明的另一优选实施例，沿纵向延伸的至少一个凹槽具有从阴极块的长度上观察的总深度，其相对于插槽的底部变化，并且至少一个凹槽在阴极块的纵向端处具有比阴极块的中间小的总深度。这种变化的总深度的优点在于，减小了插槽的总体积，因此减少了铸铁的需求。另外，产生了较小的热应力，这又降低了由于阴极块上的铸铁的较低的接触压力而产生裂缝的风险。

根据本发明的另一优选实施例，沿纵向延伸的至少一个凹槽的总深度为5mm至80mm，优选10mm至50mm，尤其优选15mm至35mm。5mm至80mm的凹槽的总深度可以用铸铁实现凹槽的顺利和完全填充，这增加了所填充的凹槽的机械稳定性。在总深度大于80mm时，愈加产生降低稳定性的拉伸应力。在总深度小于5mm时，由于太小的表面和几何形状而不再产生有利效果。

有利的是，至少一个凹槽位于插槽的底部中和/或插槽的插槽半径中和/或接触插槽的插槽半径。

在本发明的上下文中，插槽半径用于表示插槽的侧壁和插槽的底部之间的过渡区域。图1b示出了插槽的横截面，其中过渡区域(11,11’)表示本区域的起点，(12,12’)表示过渡区域的终点。借助于过渡区域使所产生的应力和裂缝最小化。借助于所选定的凹槽的布置，能够在插槽的底部上实现阴极棒-铸铁组合的最佳锚固，由此实现了阴极棒-铸铁组合和阴极块之间的改善的接触。

有利的是，开口的圆的中心点之间的最小间距至少比相邻的凹槽的圆的半径的总和大10mm。如果开口的圆的中心点之间的间距较小，则由于裂缝的形成会导致机械稳定性的恶化。

根据本发明的另一优选实施例，至少一个凹槽用铸铁或导电金属的组合来填充，优选铜和铸铁。导电金属产生沿阴极的电流分布的均匀化。另外，在操作期间在插槽的底部上的阴极棒的接触压力通过导电金属相对于阴极的碳材料的更大的膨胀而增加。在本发明的上下文中，导电金属可以是钢、铜、其他导电金属、金属合金或金属复合材料，优选钢或铜。

根据本发明的另一实施例，铸铁中的碳含量大于2.0wt％，优选大于2.5wt％，尤其优选大于3.0wt％，硅含量大于1.8wt％，优选大于2.0wt％，尤其优选大于2.5wt％，并且磷含量大于0.5wt％，优选大于0.8wt％，尤其优选大于1.0wt％。根据Wilkening和Cote的“Problems of the Stub-Anode Connection”(Light Metals 2007，第865-873页)，铸铁中的碳饱和度Sc由Sc＝％C/(4.23-0.312Si-0.33P+0.066Mn)％给出，其中，％C是碳含量，Si(硅)、P(磷)和Mn(锰)是对应元素的含量。在某些情况下，可能出现过共晶的碳浓度(过度饱和)，其中Sc可大于1。

在本发明的上下文中，有利的是，至少一个凹槽至少用铸铁填充50％，优选至少为80％，尤其优选至少为90％，最优选为100％。如果填充少于50％，可能会有气隙的形成和接触压力的损耗，从而导致阴极棒-铸铁组合和阴极块之间的接触的恶化。

根据本发明的另一优选实施例，用导电性比铸铁高的导电金属填充至少一个凹槽的10％，优选填充至25％，尤其优选填充至50％。凹槽未被填充的部分由铸铁填充至100％填充水平。通过导电金属的填充，实现了沿阴极的电流分布的均匀化。当导电金属填充量大于50％时，将严重阻碍用铸铁填充剩余容量。在用导电金属填充小于凹槽的10％的情况下，不会产生电流分布的均匀化的效果。

优选的是，填充的导电金属为箔或棒的形式。与用例如铜的导电金属浇注相比，使用箔或棒是一种经济的方法并能够简化生产。

有利的是，导电金属箔的厚度为0.2mm至3.0mm，优选为0.5mm至2.0mm，尤其优选为0.8mm至1.5mm。

根据本发明的另一优选实施例，导电金属棒具有矩形、三角形、圆形或圆弧形的横截面。在本发明的上下文中，圆弧形应该被理解为圆形由圆弧和弦限定的一部分区域。这包括例如横截面为半圆形的形式。

根据本发明的另一优选实施例，导电圆形金属棒的直径为10mm至40mm，优选15mm至30mm，尤其优选20mm至25mm。

优选的是，用于容纳阴极棒的至少一个插槽具有矩形或楔形的横截面，优选楔形。

有利的是，阴极块的至少一个插槽具有变化的深度，并且插槽在阴极块的纵向端的深度小于在阴极块中间的深度。因此，在电解槽的操作期间，在阴极块的长度上实现均匀的垂直电流分布，从而减小在阴极块的端部处增加的磨损，因而增加阴极的使用寿命。

根据本发明的另一优选实施例，在不同情况下，至少一个插槽从阴极块的纵向端开始的至少超过阴极长度的1/3的部分上(优选在整个长度上)衬有石墨箔。石墨箔可以用石墨粘合剂(例如基于人造树脂的石墨填充的粘合剂)粘合在一起，牢固地夹紧或甚至仅放置在合适的位置上。

石墨箔可以包括选自以下组合中的石墨：天然石墨、合成石墨或膨胀石墨。例如，膨胀石墨可以如同专利文件DE1003927A1中公开的那样获得。

根据本发明的另一优选实施例，石墨箔优选由膨胀石墨组成或含有至少部分膨胀石墨。这种石墨箔的使用导致沿阴极块的电流分布更均匀，并减小了插槽的机械负荷，原因在于石墨箔能够通过可压缩性在阴极棒-铸铁组合和阴极块之间持续接触。另外，在使用石墨箔的情况下，减小了接触电阻，这是因为，由于石墨箔适于阴极块和铸铁层的表面结构，有效接触面积增大。

有利的是，石墨箔的厚度在0.2mm至3.0mm之间，优选在1.0mm至3.0mm之间，并且尤其优选在1.5mm至2.0mm之间。由于石墨箔增大了接触面积，所以只有0.2mm以上的厚度才能减小接触电阻。在厚度大于3.0mm时，石墨箔的处理因其有限的延展性而变得更加困难。

同样有利的是，石墨箔的密度为0.04g/cm³至1.3g/cm³，优选为0.2g/cm³至0.5g/cm³，尤其优选为0.3g/cm³。

根据本发明的另一优选实施例，阴极块由包含至少50wt％碳的材料组成，优选包含至少70wt％碳的材料，尤其优选包含至少90wt％碳的材料，最优选包含至少99wt％碳的材料。

在这种情况下，碳可以选自以下组合：无定形碳、石墨碳、石墨化碳和上述碳中任意想得到的两种以上的混合物。

本发明还涉及一种阴极底部，该阴极底部包含至少一个如上所述的阴极块。优选的是，阴极底部包含8至36个如上所述的阴极块。

另外，本发明涉及一种用于生产铝的电解槽，该电解槽包含至少一个如上所述的阴极底部。

附图说明

在下文中，基于有利的实施例并参照附图，仅通过示例的方式描述本发明。

图1a示出了进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒的阴极块的立体图；

图1b示出了进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒的阴极块的横截面(图1a的通过剖面线A的剖视图)；

图2示出了进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒的阴极块的横截面；

图3示出了根据本发明进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒的阴极块的另一实施例的横截面；

图4示出了根据本发明进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒的阴极块的另一实施例的横截面；

图5示出了根据本发明进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒的阴极块的另一实施例的横截面；

图6示出了根据本发明进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒的阴极块的另一实施例的横截面；

图7示出了进入工作位置的阴极块的一半的立体图，其中，插槽具有变化的深度，并且插槽在阴极块的纵向端的深度比在阴极块的中间的深度小。

具体实施方式

图1a示出了进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒的阴极块的立体图。

图1b示出了进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒(3)的阴极块(1)的横截面(图1a的通过剖面线A的剖视图)。阴极棒(3)位于插槽(2)中，该插槽(2)由插槽的侧壁(6,6’)和插槽的底部(7)形成并被铸铁包围。示出的插槽的形状是楔形的。插槽半径(10,10’)的过渡区域由起点(11,11’)和终点(12,12’)之间的过渡区域限定。

图2示出了进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒(3)的阴极块(1)的横截面。阴极棒(3)位于插槽(2)中，该插槽(2)由插槽的侧壁(6,6’)和插槽的底部(7)形成并被铸铁包围。石墨箔(4)和两个带有切口的凹槽(5,5’)位于插槽的底部(7)上。

图3示出了进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒(3)的阴极块(1)的横截面。阴极棒(3)位于插槽(2)中，该插槽(2)由插槽的侧壁(6,6’)和插槽的底部(7)形成并被铸铁包围。石墨箔(4)位于插槽的底部(7)上。两个带有切口和轴的凹槽(8)位于插槽的底部(7)上的插槽半径中。

图4示出了进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒(3)的阴极块(1)的横截面。阴极棒(3)位于插槽(2)中，该插槽(2)由插槽的侧壁(6,6’)和插槽的底部(7)形成并被铸铁包围。石墨箔(4)和两个带有切口的凹槽(5,5’)位于插槽的底部(7)上，凹槽(5,5’)具有铜填料(9,9’)。铜填料如同液体一样注入。

图5示出了进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒(3)的阴极块(1)的横截面。阴极棒(3)位于插槽(2)中，该插槽(2)由插槽的侧壁(6,6’)和插槽的底部(7)形成并被铸铁包围。石墨箔(4)和两个带有切口的凹槽(5,5’)位于插槽的底部(7)上，凹槽(5,5’)具有横截面为圆形的铜条(9,9’)作为填料。

图6示出了进入工作位置并具有用铸铁镶铸的阴极棒(3)的阴极块(1)的横截面。阴极棒(3)位于插槽(2)中，该插槽(2)由插槽的侧壁(6,6’)和插槽的底部(7)形成并被铸铁包围。石墨箔(4)以及三个带有切口和轴的凹槽(8)位于插槽的底部(7)上。

图7示出了进入工作位置的阴极块的一半的立体图，其中，插槽具有变化的深度，并且插槽在阴极块的纵向端的深度比在阴极块的中间的深度小。阴极棒(3)位于插槽(2)中，该插槽(2)由插槽的侧壁(6,6’)和插槽的底部(7)形成并被铸铁包围。两个带有切口和轴的凹槽(8)被布置在插槽的底部上的插槽半径中，即，在侧壁(6,6’)和插槽的底部(7)之间的过渡部分中。插槽(2)在阴极块的纵向端的深度比在阴极块的中间的深度小，即，插槽(13)具有变化的深度。

在下文中，将基于示例实施例说明本发明，其中实施例并不代表对本发明的限制。

示例实施例1

在外部尺寸为530×410×3360mm³(宽(W)×高(H)×长(L))的阴极块中，在插槽的底部和插槽开口处铣削有180mm宽的楔形槽，其宽度在插槽的底部和插槽开口之间的一半高度处缩小至165mm，并且插槽半径为20mm。在插槽的底部中对称地铣削有间距为80mm的两个带切口的凹槽。为此，使用球直径为30mm的球形铣刀，其中球仅浸入到材料内25mm的深度中。因此，凹槽的圆形开口小于直径，并形成切口。将厚度为2mm的石墨箔切割成50×3360mm²(W×L)大小的尺寸，并从纵向端开始铺设在块的插槽的底部上。在具有150g阴极材料的块的纵向端处封闭凹槽。随后，将阴极棒放置在插槽中，并用350kg铸铁密封。

示例实施例2

在外部尺寸为530×410×3360mm³(宽(W)×高(H)×长(L))的阴极块中，在插槽的底部和插槽开口处铣削有180mm宽的楔形槽，其宽度在插槽的底部和插槽开口之间的一半高度处缩小至165mm，并且插槽半径为20mm。在插槽的底部上，以阴极块的45°角在两个插槽半径中铣削两个带有切口的凹槽。这种形式是用球头立铣刀(球直径为15mm，轴直径为10mm，凹槽总深度为19mm)制成的，其中，铣削从一个窄边进行到另一个窄边，铣削的球头完全浸入在材料中。将厚度为2mm的石墨箔切割成165×3360mm²(W×L)大小的尺寸，并从纵向端开始将其铺设在块的插槽的底部上。在块的纵向端处用100g的阴极材料封闭凹槽。随后，将阴极棒放置在插槽中，并用350kg的铸铁密封。

附图标记

1 示出窄边/端面的阴极块

2 填充有铸铁的插槽

3 阴极棒

4 石墨箔

5,5’ 带切口的凹槽

6,6’ 插槽的侧壁

7 插槽的底部

8,8’,8” 带有切口和轴的凹槽

9 铜

10 插槽半径

11,11’ 过渡区域的起点

12,12’ 过渡区域的终点

13 深度变化的插槽

Claims

1.一种用于生产铝的电解槽的基于碳的阴极块，所述阴极块具有用于容纳至少一个阴极棒的至少一个插槽，其中，所述至少一个插槽具有至少一个凹槽，所述至少一个凹槽至少部分地沿所述插槽的纵向延伸且带有至少一个切口，其中，具有所述切口的所述凹槽被认为是模具，在用至少液态铸铁填充所述凹槽之后，凝固的填充材料不能在不破坏所述模具的情况下从所述凹槽中移除，并且，其中，所述至少一个凹槽位于所述插槽的底部中并且/或者位于所述插槽的插槽半径中。

2.根据权利要求1所述的阴极块，其中，沿所述纵向延伸的所述至少一个凹槽具有圆形的横截面形状，所述圆形朝向所述插槽开口或者朝向所述插槽开口并带有轴，其中，所述开口被构造为小于所述圆形的直径。

3.根据权利要求2所述的阴极块，其中，在所述至少一个凹槽的所述轴中，在所述横截面中，壁彼此平行或不平行地延伸。

4.根据权利要求1或2所述的阴极块，其中，沿所述纵向延伸的所述至少一个凹槽具有从所述阴极块的长度上观察的总深度，所述总深度相对于所述插槽的底部变化，并且所述至少一个凹槽在所述阴极块的纵向端处的总深度比在所述阴极块的中间处的总深度小。

5.根据权利要求1或4所述的阴极块，其中，沿所述纵向延伸的所述至少一个凹槽的总深度为5mm至80mm。

6.根据权利要求1所述的阴极块，其中，所述至少一个凹槽由铸铁填充或者由导电金属和铸铁的组合填充。

7.根据权利要求6所述的阴极块，其中，所述至少一个凹槽至少有50％由铸铁填充。

8.根据权利要求6所述的阴极块，其中，所述至少一个凹槽至少有10％由所述导电金属填充。

9.根据权利要求6或8所述的阴极块，其中，填充的所述导电金属具有箔或棒的形状。

10.根据权利要求1所述的阴极块，其中，所述至少一个插槽具有变化的深度，并且所述插槽在所述阴极块的纵向端处的深度比在所述阴极块的中间处的深度小。

11.根据权利要求1所述的阴极块，其中，在各情况下，所述至少一个插槽从所述阴极块的纵向端开始的至少超过所述阴极长度的1/3的部分上衬有石墨箔。

12.根据权利要求11所述的阴极块，其中，所述石墨箔的厚度在0.2mm至3.0mm之间。

13.一种阴极底部，其包含至少一个根据至少一个前述权利要求所述的阴极块。

14.一种电解槽，其中，所述电解槽包括根据权利要求13所述的阴极底部。