CN118401710A - 阴极组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够简化阴极块与集电杆的连接作业的阴极组件。阴极组件(100)在铝冶炼用的电解炉中使用，其中，该阴极组件(100)包括：碳制的阴极块(10)，其设有槽(10a)；以及集电杆单元(20)，其插入到槽(10a)中，集电杆单元(20)包含：金属制的两个集电杆(21、22)，其分别具有沿着与槽(10a)相同的方向延伸的形状，且沿着槽(10a)的宽度方向排列配置；以及间隔调整构件(23)，其调整两个集电杆(21、22)的间隔，间隔调整构件(23)包含利用螺纹调整两个集电杆(21、22)的间隔的机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种阴极组件。
背景技术
铝冶炼用的电解炉的阴极(cathode)使用碳制的阴极块。阴极块设置在被称为壳体的铁制的箱中，构成电解炉的炉底。阴极块还承担向电解浴供给电子的作用。
经由金属制的集电杆向阴极块供给电子。以下在本说明书中，将在阴极块连接集电杆而成的组装体称为“阴极组件”。
阴极块与集电杆的连接通过浇铸铁来进行。具体而言如下所述来进行：在阴极块的底面形成槽而嵌入集电杆，使加热到约1250℃而熔化的铁流入到该间隙。
在国际公开第2018/134754号中公开了一种阴极组件，其包括由碳质材料构成的阴极主体和由金属材料构成的至少一个阴极集电杆。该阴极集电杆具备两个杆元件。两个杆元件分别包括锥形面和与阴极主体的狭槽的侧面接触的主侧面。两个锥形面在两个杆元件之间形成接触线。
在日本特表2017-534770号公报中公开了一种组装在碳阴极内的阴极集电体组件。该阴极集电体组件具备配置在碳阴极之下的高导电性金属的集电杆。该集电杆在与碳阴极的界面具有导电性的挠性的箔或片材。
在美国发明专利第7776190号中公开了一种用于铝电解电池的阴极。该阴极包括：阴极块，其从碳阴极块或石墨阴极块中选择，在内部具有集电杆狭槽；铁制的集电杆，其配置在集电杆狭槽；以及膨胀石墨，其贴衬于集电杆狭槽。在该公报的图10中示出了这样的结构：通过在阴极狭槽(槽)配置膨胀石墨的箔，从而能够降低接触电阻。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2018/134754号
专利文献2：日本特表2017-534770号公报
专利文献3：美国发明专利第7776190号
发明内容
发明要解决的问题
上述的浇铸铁的方法除了作业负载较大以外，用于使铁熔化的加热、阴极块和集电杆的预热也耗费能量成本。此外，若预热温度过高，则阴极块会氧化，因此预热温度只能上升至400℃～500℃，在使熔化的铁流入时，存在由热冲击引起阴极块破裂的风险。
电炉的启动通常通过被称为电阻烘烤(resistor baking)的利用电阻热而升温的方法来实施。在该电阻烘烤中，向电解炉通入直流电流，利用电阻热而使炉升温。在该启动中，例如在部分阴极块与集电杆的接触压力有偏差的情况下，电流会集中于接触压力较高的部分阴极组件，在该阴极组件中发生异常升温。在发生了异常升温的阴极组件中，集电杆的热膨胀变大，阴极块和集电杆更强有力地接触。也就是说，在该阴极组件中，接触电阻进一步下降，电流会进一步集中。存在由于因该机理引起的热冲击而导致阴极块破裂的风险。
本发明的目的在于提供一种能够简化阴极块与集电杆的连接作业的阴极组件。本发明的另一个目的在于提供一种能够抑制在电炉升温时产生的接触电阻的偏差的阴极组件。
用于解决问题的方案
本发明的一技术方案的阴极组件在铝冶炼用的电解炉中使用，其中，该阴极组件包括：碳制的阴极块，其设有槽；以及集电杆单元，其插入到所述槽中，所述集电杆单元包含：金属制的两个集电杆，其分别具有沿着与所述槽相同的方向延伸的形状，且沿着所述槽的宽度方向排列配置；以及间隔调整构件，其调整所述两个集电杆的间隔，所述间隔调整构件包含利用螺纹调整所述两个集电杆的间隔的机构。
发明的效果
根据本发明，能够简化阴极块与集电杆的连接作业。根据本发明，还能够抑制在电解炉升温时产生的阴极块与集电杆的接触电阻的偏差。
附图说明
图1是示意地表示铝冶炼用的电解炉的一例的整体结构的剖视图。
图2是示意地表示本发明的第1实施方式的阴极组件的结构的立体图。
图3是沿着图2的III-III线的剖视图。
图4是示意地表示图2的阴极组件所具备的集电杆单元的结构的分解立体图。
图5是示意地表示本发明的第2实施方式的阴极组件所具备的集电杆单元的结构的分解立体图。
图6是示意地表示本发明的第3实施方式的阴极组件所具备的集电杆单元的结构的分解立体图。
图7是示意地表示图6的集电杆单元所具备的间隔调整构件的结构的剖视图。
图8是表示导电构件的配置的一例的示意性剖视图。
图9是表示导电构件的配置的一例的示意性剖视图。
图10是表示导电构件的配置的一例的示意性剖视图。
图11是示意地表示集电杆的一例的结构的立体图。
图12是示意地表示集电杆的另一例的结构的立体图。
图13是示意地表示本发明的第6实施方式的阴极组件的结构的剖视图。
图14是示意地表示具备双狭槽型的阴极块的阴极组件的一例的结构的剖视图。
图15是示意地表示本发明的第7实施方式的阴极组件的结构的剖视图。
图16是示意地表示因热膨胀而产生的接触压力的变化的测量所使用的试验装置的结构的剖视图。
图17是试验装置的照片。
图18是表示温度与载荷的关系的图表。
具体实施方式
以下参照附图详细地说明本发明的实施方式。对图中相同或相当的部分标注相同的附图标记，不重复其说明。各图所示的结构构件间的尺寸比并不一定表示实际的尺寸比。
[第1实施方式]
[整体结构]
图1是示意地表示作为铝冶炼用的电解炉的一例的电解炉1的整体结构的剖视图。
电解炉1具备本发明的第1实施方式的阴极组件100。多个阴极组件100沿着图1的进深方向(y方向)排列配置。各个阴极组件100分别包括碳制的阴极块10和两个集电杆单元20。阴极块10构成电解炉1的炉底。集电杆单元20各自的详细结构之后进行说明，但集电杆单元20具备金属制的集电杆，利用该集电杆与阴极块10电连接。集电杆单元20各自的一端部被引出到电解炉1的外侧。
电解炉1除了阴极组件100以外还包括阳极91、壳体92、衬里93等。在电解炉1的内部收纳有包含氧化铝的熔体94。集电杆单元20和阳极91与未图示的电源装置电连接。利用电源装置对阴极块10和阳极91之间施加电压。由此，熔体94中的氧化铝还原，生成铝95。
[阴极组件100的结构]
参照图2和图3详细说明阴极组件100的结构。图2是示意地表示阴极组件100的结构的立体图。图3是沿着图2的III-III线的剖视图。
如已经说明的那样，阴极组件100包括阴极块10和两个集电杆单元20。
阴极块10为碳制。在“碳制的阴极块”中也包含由TiB2、TiC等和碳的复合材料构成的阴极块。阴极块10优选为石墨制。阴极块10是长方体形状，在底面具有槽10a。槽10a除了在阴极块10的底面开口以外，还在阴极块10的侧面(图2的与x方向垂直的面)开口。两个集电杆单元20插入到槽10a中。
各个集电杆单元20分别包括两个集电杆(集电杆21和集电杆22)和多个间隔调整构件23(图3)。
集电杆21和集电杆22分别为金属制，优选为铁制。集电杆21和集电杆22分别具有沿着与槽10a相同的方向(图2的x方向)延伸的形状。集电杆21和集电杆22沿着槽10a的宽度方向排列配置在槽10a内。更具体而言，槽10a的宽度方向是指与槽10a的延伸方向(图2的x方向)和铅垂方向(图2的z方向)这两个方向垂直的方向(图2的y方向)。
间隔调整构件23(图3)配置在集电杆21和集电杆22之间，调整集电杆21和集电杆22的间隔s。间隔调整构件23的详细的结构和间隔s的调整方法之后进行说明。
集电杆21和集电杆22分别具有与槽10a的侧面接触的面211和面221(图3)。面211和面221分别优选为紧贴地沿着各自接触的槽10a的侧面的面。
在图2和图3中图示了阴极块10的槽10a在与槽10a的延伸方向垂直的截面(图3的yz截面)中具有随着接近底面而开口变小的梯形的截面形状的情况。为了能够抑制集电杆单元20自底面脱落的状况，该截面形状是优选的形状。不过，槽10a的截面形状是任意的。槽10a的截面形状例如也可以是矩形。
集电杆21和集电杆22的截面形状也同样是任意的。不过，如上所述优选的是，与槽10a的侧面接触的面即面211和面221分别为紧贴地沿着各自接触的槽10a的侧面的面。
虽未图示，但优选在集电杆21和集电杆22的间隙填充有填充材料。填充材料例如是水泥。
同样虽未图示，但优选在集电杆21和集电杆22之间等配置有热塑性树脂或者熔点为700℃以下的金属或合金的间隔件。具体而言，优选的是，在集电杆21和集电杆22之间(在填充上述的填充材料的情况下是集电杆21和填充材料之间以及集电杆22和填充材料之间中的至少一处)、集电杆21和槽10a的侧面之间以及集电杆22和槽10a的侧面之间中的至少一处配置有热塑性树脂或者熔点为700℃以下的金属或合金的间隔件。熔点为700℃以下的金属例如是铝。间隔件更优选为片状。
接下来，参照图4说明间隔调整构件23的详细结构以及集电杆21和集电杆22的间隔s(图3)的调整方法。图4是示意地表示集电杆单元20的结构的分解立体图。如已经说明的那样，集电杆单元20包括集电杆21、集电杆22和多个间隔调整构件23。
间隔调整构件23沿着集电杆21和集电杆22的长度方向大致等间隔地配置在集电杆21和集电杆22之间。间隔调整构件23仅配置在当集电杆单元20插入到阴极块10的槽10a(图2)中时成为阴极块10的内侧的部分，未配置在此时成为阴极块10的外侧的部分。
间隔调整构件23的导电性既可以高也可以低。间隔调整构件23例如为金属制。
各个间隔调整构件23分别在一端部具有螺纹部23a，在另一端部具有螺纹部23b。在集电杆21形成有与螺纹部23a紧固的螺纹孔21a。在集电杆22形成有与螺纹部23b紧固的螺纹孔22a。根据该结构，通过改变螺纹部23a和螺纹孔21a的紧固程度以及螺纹部23b和螺纹孔22a的紧固程度，从而能够调整集电杆21和集电杆22的间隔s(图3)。
在本实施方式中，在螺纹部23a和螺纹部23b形成有彼此相反方向的螺纹。即，在螺纹部23a是右旋螺纹的情况下，螺纹部23b是左旋螺纹。在螺纹部23a是左旋螺纹的情况下，螺纹部23b是右旋螺纹。根据该结构，在使间隔调整构件23向一个方向旋转时，能够使螺纹部23a和螺纹部23b向同时拧紧的(或者同时松动的)方向移动。由此能够使集电杆21和集电杆22均等地移动。
[阴极组件100的效果]
根据本实施方式的阴极组件100的结构，集电杆单元20包括沿着槽10a的宽度方向排列配置的集电杆21和集电杆22。集电杆单元20还包括调整集电杆21和集电杆22的间隔s(图3)的间隔调整构件23。
通过使间隔调整构件23从面211和面221分别与槽10a的侧面接触的状态向间隔s变得更大的方向旋转，从而能够增大集电杆21和集电杆22各自与阴极块10的接触压力。相反，通过使间隔调整构件23向间隔s变小的方向旋转，从而能够减小集电杆21和集电杆22各自与阴极块10的接触压力。
即，根据本实施方式，能够调整集电杆21和集电杆22各自与阴极块10的接触压力。由此能够调整集电杆21和集电杆22各自与阴极块10的接触电阻。
在仅是单纯地将集电杆配置于槽10a的结构的情况下，存在因加工的偏差而在集电杆和槽10a的间隙产生偏差的情况。由此，特别是在低温区域(例如室温～500℃左右的温度区域)中存在接触电阻产生偏差的可能性。在电解炉1(图1)中，存在使用多个阴极组件100的情况。电解炉1通常利用电阻加热(Resistor-Bake)从室温升温至操作温度(例如960℃左右)附近。若在多个阴极组件100之间接触电阻有偏差，则在升温时电流会集中于接触电阻较低的阴极组件100，存在引起局部的温度上升的可能性。在操作过程中也会导致由于电流集中于接触电阻较低的阴极组件100而引起的局部的阴极电解面的损耗、由于偏倚的热平衡而引起的操作的不稳定化这样的不良情况。
以往，为了填埋集电杆和槽10a的间隙，而进行使熔化的铁流入的操作。但是，该浇铸铁的方法的作业负载较大。根据本实施方式，与浇铸铁的方法相比较，能够简化阴极块与集电杆的连接作业。此外，能够削减用于使铁熔化的加热、阴极块和集电杆的预热所耗费的能量成本。进而，由于没有由热冲击引起的破裂的风险，因此能够削减制造费用。
根据本实施方式，像以下说明的那样，进而还能获得能够减少电解炉1升温时的阴极块10与集电杆21和集电杆22的接触电阻的偏差的效果。
在电解炉1升温时，由于阴极块10、集电杆21及集电杆22热膨胀，而使集电杆21和集电杆22各自与阴极块10的接触压力变动。在升温过程中，存在在电解炉1内产生温度梯度的情况，存在热膨胀在电解炉内变得不均匀的情况。
在美国发明专利第7776190号的图10中示出了这样的内容：通过在阴极狭槽(槽)配置膨胀石墨的箔，从而能够降低接触电阻。另一方面，根据该图可知：在接触压力为2N/mm2以下的区域中，伴随着接触压力的增加，接触电阻从100mΩ·cm2以上的值急剧地变动至约25mΩ·cm2附近的值。
若伴随着不均匀的热膨胀而使接触压力变得不均匀，则接触电阻也会变得不均匀，存在产生偏流的可能性。如果偏流的程度较大，则会发生局部的急剧升温，存在阴极块10局部氧化或者破裂的可能性。
根据本实施方式，能够利用间隔调整构件23在室温的阶段将接触压力预先调整到预定的大小(例如2N/mm2)以上。由此能够抑制在升温时由于热膨胀而引起接触电阻较大程度地变动的状况。特别是在本实施方式中，由于间隔调整构件23包含利用螺纹调整间隔s的机构，因此能够精细地控制接触压力。此外，由于沿着集电杆21和集电杆22的长度方向配置有多个间隔调整构件23，因此能够在集电杆21和集电杆22的整个长度方向上调整接触压力。
优选的是，在利用间隔调整构件23调整了接触压力之后向集电杆21和集电杆22的间隙填充填充材料。阴极组件100在操作时被加热到高温(例如960℃)。存在由集电杆21和集电杆22的热膨胀而引起间隔调整构件23变形的可能性。通过向集电杆21和集电杆22的间隙填充填充材料来提高强度，从而能够维持高温时的接触压力。
还优选的是，在集电杆21和集电杆22之间等部位配置热塑性树脂或者熔点为700℃以下的金属或合金的间隔件。通过配置热塑性树脂或者熔点为700℃以下的金属或合金的间隔件，从而能够缓和由集电杆21和集电杆22的热膨胀引起的应力，抑制阴极块10的破损。
在图4中图示了集电杆单元20具备六个间隔调整构件23的情况，但间隔调整构件23的数量是任意的。间隔调整构件23的数量也可以是一个。不过，如果沿着集电杆21和集电杆22的长度方向配置多个间隔调整构件23，则能够在集电杆21和集电杆22的整个长度方向上调整与阴极块10的接触压力，因此是优选的。在配置多个间隔调整构件23的情况下，配置间隔调整构件23的间隔也可以不是等间隔。此外，除了成为阴极块10的内侧的部分以外，也可以在成为阴极块10的外侧的部分也配置间隔调整构件23。
在沿着集电杆21和集电杆22的长度方向配置多个间隔调整构件23的情况下，也能够调整为使集电杆21和集电杆22各自与阴极块10的接触压力与集电杆21和集电杆22的长度方向的位置相应地变化。
例如能够调整为，使集电杆21和集电杆22各自与阴极块10的接触压力在集电杆21和集电杆22的长度方向上在阴极块10的中央侧比阴极块10的端部侧大。在该情况下，在集电杆21和集电杆22的长度方向上，阴极块10的端部侧的接触电阻比阴极块10的中央侧的接触电阻高。
在通常的阴极组件中，存在电流集中于阴极块的端部附近的倾向。通过如上所述在集电杆21和集电杆22的长度方向上提高阴极块10的端部侧的接触电阻，从而能够使向阴极块10通入的电流的分布均匀。由此能够抑制整体的效率下降、局部的损耗。
以上说明了本发明的第1实施方式的阴极组件100。根据本实施方式，能够简化阴极块与集电杆的连接作业。
在上述的实施方式中说明了阴极组件100具备两个集电杆单元20的情况。即，说明了在一个阴极块10连接有两个集电杆单元20的情况。但是，与阴极块10连接的集电杆单元20既可以是一个，也可以是三个以上。此外，虽然在上述的实施方式中说明了从阴极块10的两侧插入集电杆单元20的情况，但也可以以贯通阴极块10的方式配置集电杆单元20。
[第2实施方式]
以下说明的第2实施方式～第3实施方式的阴极组件与阴极组件100(图2)相比较仅是集电杆单元的结构不同。具体而言，第2实施方式～第3实施方式的阴极组件分别具备集电杆单元30(图5)和集电杆单元50(图6)来代替集电杆单元20(图4)。
图5是示意地表示本发明的第2实施方式的阴极组件所具备的集电杆单元30的结构的分解立体图。集电杆单元30包括集电杆31和集电杆32以及多个间隔调整构件33。
间隔调整构件33具有螺纹部33a。在集电杆31形成有与螺纹部33a紧固的螺纹孔31a。在集电杆32也同样形成有与螺纹部33a紧固的螺纹孔32a。集电杆31和集电杆32的其他结构与集电杆21和集电杆22(图4)相同。
在集电杆单元20的间隔调整构件23(图4)中，在两端部形成有螺纹部，但在间隔调整构件33中，仅在一端部形成有螺纹部33a。在本实施方式中，通过将螺纹部33a紧固于集电杆31和集电杆32中的一个集电杆的螺纹孔(螺纹孔31a或螺纹孔32a)，使未形成螺纹部33a的一侧的端部抵接于集电杆31和集电杆32中的另一个集电杆，从而调整集电杆31和集电杆32的间隔。
根据本实施方式，也与第1实施方式同样，能够调整集电杆与阴极块之间的接触电阻。由此能够简化阴极块与集电杆的连接作业。
在图5中图示了沿着集电杆31和集电杆32的长度方向交替地配置有螺纹孔31a和螺纹孔32a的情况，但配置螺纹孔31a和螺纹孔32a的方法是任意的。例如也可以不配置螺纹孔31a而仅配置螺纹孔32a。
[第3实施方式]
图6是示意地表示本发明的第3实施方式的阴极组件所具备的集电杆单元50的结构的分解立体图。图6与图4和图5不同，是从阴极块的底面侧观察集电杆单元50的图。
集电杆单元50包括集电杆51和集电杆52以及多个间隔调整构件53。
在集电杆51和集电杆52形成有半圆柱形状的槽51a和槽52a，在将集电杆51和集电杆52排列配置时，槽51a和槽52a成为圆柱形状的凹部。间隔调整构件53配置在由槽51a和槽52a形成的凹部。集电杆51和集电杆52的其他结构与集电杆21和集电杆22(图4)相同。
图7是示意地表示间隔调整构件53的结构的剖视图。间隔调整构件53包括螺栓531、套筒532以及基座533。
在基座533形成有与螺栓531紧固的螺纹孔533a。基座533具有随着远离形成有螺纹孔533a的面而外径增大的锥形形状。
套筒532具有筒状的形状，以包围螺栓531的轴的周围的方式配置在螺栓531的头部和基座533之间。在套筒532形成有在基座533侧的端部开设的狭缝532a(图6)。
在将螺栓531拧入到基座533的螺纹孔533a时，套筒532被螺栓531的头部推压从而也向基座533侧移动。此时，由于基座533具有锥形形状，因此套筒532在向外侧扩展的方向上受到应力。在该应力的作用下狭缝532a扩大，套筒532的下端部向外侧扩展。
如图6所示，间隔调整构件53配置在由槽51a和槽52a形成的凹部。在套筒532的下端部向外侧扩展时，集电杆51和集电杆52被其推压而使集电杆51和集电杆52的间隔扩大。
即，通过拧入螺栓531，从而能够扩大集电杆51和集电杆52的间隔。此时，能够根据螺栓531的拧入状况来调整集电杆51和集电杆52的间隔。
根据本实施方式，也与第1实施方式同样，能够调整集电杆与阴极块之间的接触电阻。由此能够简化阴极块与集电杆的连接作业。
间隔调整构件53只要是通过某种操作而使外径增大的构造即可。例如，也可以代替紧固螺栓而是通过紧固螺母使外径增大的构造。
以上说明了本发明的第1实施方式～第3实施方式的阴极组件。根据这些实施方式可知：间隔调整构件只要能够利用螺纹机构来调整两个集电杆的间隔即可，具体的构造能够采取各种方式。
间隔调整构件包含利用螺纹来调整两个集电杆的间隔的机构。能够利用螺纹机构更精细地调整两个集电杆各自与阴极块的接触压力。
[第4实施方式]
本发明的第4实施方式的阴极组件与阴极组件100(图2)相比较，也是仅集电杆单元的结构不同。本实施方式的阴极组件的集电杆单元除了集电杆单元20(图3)所具备的结构以外，还具备由导电性比集电杆21和集电杆22高的金属构成的导电构件。导电构件例如是铜制的构件。
在图8～图10中示出导电构件的配置方法的例子。
图8的集电杆单元20A除了集电杆单元20(图3)所具备的结构以外还具备导电构件24。在图8中省略了间隔调整构件23的图示。在图9和图10中也是同样的。导电构件24配置在集电杆21和集电杆22的上表面与槽10a的底面之间。导电构件24既可以配置在槽10a的整个延伸方向上，也可以在延伸方向上断续地配置。
图9的集电杆单元20B除了集电杆单元20(图3)所具备的结构以外还具备导电构件25。导电构件25配置在集电杆21和集电杆22各自的集电杆21与集电杆22相面对的一侧的面。
图10的集电杆单元20C除了集电杆单元20(图3)所具备的结构以外还具备导电构件26。导电构件26埋入在集电杆21和集电杆22的内部。
通过集电杆单元还具备由导电性比集电杆21和集电杆22高的金属构成的导电构件，从而能够减小CVD(阴极电压降：Cathode Voltage Drop)。
在图8～图10中示出的导电构件的配置方法是例示，导电构件的配置方法不限定于此。此外，虽然在上述的实施方式中以在第1实施方式中说明的集电杆单元20为基准说明了集电杆单元20还具备导电构件的结构，但也能够将导电构件与在第2实施方式～第3实施方式中说明的集电杆单元组合。
[第5实施方式]
本发明的第5实施方式的阴极组件与第1实施方式～第4实施方式的阴极组件相比较，集电杆单元所包含的集电杆的形状不同。具体而言，在本实施方式的阴极组件的集电杆各自的表面设有突起。
图11是示意地表示本实施方式的阴极组件所具备的作为集电杆的一例的集电杆21A的结构的立体图。在集电杆21A的上表面设有多个点状的突起21Aa。突起21Aa既可以通过对集电杆进行切削加工而形成，也可以通过将其他金属制部件焊接于集电杆而形成。突起21Aa优选仅设于在集电杆单元插入到阴极块的槽中时成为阴极块的内侧的部分，但并不限定于此。
对集电杆21A施加阴极块10(图1)的载荷、熔体94、铝95的载荷。通过设置突起21Aa，使集电杆21A与阴极块10的接触面积减小。由此，接触压力增大，能够减小集电杆21A与阴极块10的接触电阻。此外，当在集电杆21A的上表面和槽10a的底面之间配置有导电构件24(图9)的情况下，能够减小集电杆21A与导电构件24的接触电阻。
图12是示意地表示本实施方式的阴极组件所具备的作为集电杆的另一例的集电杆21B的结构的立体图。在集电杆21B的上表面设有多个线状的突起21Ba。根据集电杆21B的结构，也与集电杆21A的情况同样地，能够减小集电杆21B与阴极块10(图1)的接触电阻或者集电杆21B与导电构件24(图8)的接触电阻。
在图11和图12中示出的突起21Aa和突起21Ba的形状、配置是例示，突起的形状、配置并不限定于此。
[第6实施方式]
图13是示意地表示本发明的第6实施方式的阴极组件101的结构的剖视图。阴极组件101与阴极组件100(图3)相比较，阴极块的尺寸不同。阴极组件101具备阴极块11来代替阴极组件100的阴极块10(图3)。
阴极组件101能够作为替代具备被称为双狭槽型的阴极块的阴极组件的组件而恰当地使用。图14是示意地表示作为具备双狭槽型的阴极块的阴极组件的一例的阴极组件900的结构的剖视图。阴极组件900包括阴极块910和两个集电杆920。在阴极块910形成有两个槽910a，集电杆920插入到各个槽910a中。
阴极组件101(图13)的阴极块11形成有一个宽度较宽的槽11a来代替阴极块910(图14)的两个槽910a。在阴极组件101中，集电杆单元20插入到该槽11a中。
在集电杆单元20中，在集电杆21和集电杆22之间形成有间隙。因此，在阴极块的槽的截面积一定的情况下，与配置单一的集电杆的情况相比较，集电杆整体的截面积减小，虽然是略微减小。另一方面，在置换具备双狭槽型的阴极块的阴极组件的情况下，如图13和图14所示，能够增大阴极块的槽的截面积，因此即使在集电杆21和集电杆22之间设置间隙，集电杆整体的截面积也不会减小。此外，与置换之前相比还能够增大集电杆整体的截面积。由此能够减小CVD。
[第7实施方式]
图15是示意地表示本发明的第7实施方式的阴极组件102的结构的剖视图。阴极组件102除了具备阴极组件100(图3)的结构以外，还具备配置在集电杆21和集电杆22之间的填充材料61、以及配置在集电杆21和集电杆22这两个集电杆中的各个集电杆与填充材料61之间的间隔件62。
填充材料61既可以具有导电性，也可以不具有导电性。填充材料61例如是高铝水泥等水泥、捣打糊、陶瓷、钢球、焦炭颗粒等。
间隔件62是热塑性树脂或者熔点为700℃以下的金属或合金。熔点为700℃以下的金属例如是铝。间隔件更优选为片状。间隔件62既可以具有导电性，也可以不具有导电性。间隔件62优选为热塑性树脂。
间隔件62优选配置在集电杆21和集电杆22各自与填充材料61之间，但也可以仅配置在集电杆21和集电杆22中的一者与填充材料61之间。即，间隔件62只要配置在集电杆21和集电杆22中的至少一者与填充材料61之间即可。
阴极组件102在操作时被加热到高温(例如960℃)。存在由于集电杆21和集电杆22的热膨胀而引起间隔调整构件23变形的可能性。根据本实施方式，通过向集电杆21和集电杆22的间隙填充填充材料61来提高强度，从而能够维持高温时的接触压力。
此外，通过配置间隔件62，能够缓和由集电杆21和集电杆22的热膨胀引起的应力，从而抑制阴极块10的破损。进而，通过间隔件62软化，从而能够使升温过程中的接触压力的变化平缓。
实施例
以下利用实施例更具体地说明本发明。本发明并不于限定这些实施例。
利用模拟上述的第7实施方式的阴极组件的结构的试验装置来测量因热膨胀而产生的接触压力的变化。图16是示意地表示该测量所使用的试验装置70的结构的剖视图。在图17中示出试验装置70的照片。
图16的部件71和部件72分别是相当于图15的集电杆21和集电杆22的铁制的圆柱。部件73是相当于间隔调整构件23的部件，与间隔调整构件23同样地在两端形成有螺纹部。部件74是相当于填充材料61的高铝水泥，部件75是相当于间隔件62的热塑性树脂的片材。
部件71和部件72以部件71的上端71a与部件72的下端72a之间的距离D恒定的方式固定。在操作部件73而对部件71和部件72施加了约20kN的初始载荷的状态下，向两个部件75之间填充高铝水泥而形成部件74。利用未图示的加热装置对部件71和部件72进行加热，测量由于部件71和部件72等热膨胀而引起的载荷的变化。
图18是表示通过该试验而得到的温度与载荷的关系的图表。在从室温到约100℃之间载荷从初始的20kN增加至约30kN之后，直到约400℃为止载荷都保持在30kN附近。在100℃附近载荷暂时下降被认为是由于在该温度区域中热塑性树脂的部件75软化而引起的。此外，在250℃附近载荷暂时下降被认为是由于在该温度区域中铁制的部件71和部件72软化而引起的。作为结果，在从约100℃到约400℃之间载荷稳定在30kN附近，变动较小。
另外，虽然在该试验中将距离D(图16)设为一定，但认为在实际的阴极组件中，由于阴极块的热膨胀，槽的宽度(相当于距离D)随着温度的上升也增大。因此认为实际的阴极组件的载荷的温度变化比图18的情形平缓，能够推测出在直到500℃左右为止的温度区域中能够减小载荷的变动。
根据本实施方式的阴极组件的结构，通过在室温的阶段中将接触压力预先调整到预定的大小(例如2N/mm2)以上，从而能够抑制在升温时接触电阻由于热膨胀而较大程度地变动的状况。除此以外，还能够在炉内温度分布容易产生偏差的室温～500℃的温度区域中减小接触压力的变动。
以上说明了关于本发明的实施方式，但本发明并不仅限定于上述的实施方式，而能够在发明的范围内进行各种变更。
附图标记说明
1、电解炉；100、101、102、900、阴极组件；10、11、910、阴极块；10a、11a、910a、槽；20、20A、20B、20C、30、50、集电杆单元；21、22、31、32、51、52、21A、22A、920、集电杆；23、33、43、53、间隔调整构件；61、填充材料；62、间隔件；24、25、26、导电构件；91、阳极；92、壳体；93、衬里；94、熔体；95、铝。
Claims (4)
1.一种阴极组件，其在铝冶炼用的电解炉中使用，其中，
该阴极组件包括：
碳制的阴极块，其设有槽；以及
集电杆单元，其插入到所述槽中，
所述集电杆单元包含：
金属制的两个集电杆，其分别具有沿着与所述槽相同的方向延伸的形状，且沿着所述槽的宽度方向排列配置；以及
间隔调整构件，其调整所述两个集电杆的间隔，
所述间隔调整构件包含利用螺纹调整所述两个集电杆的间隔的机构。
2.根据权利要求1所述的阴极组件，其中，
所述集电杆单元包含多个所述间隔调整构件，
多个所述间隔调整构件沿着所述两个集电杆的长度方向配置。
3.根据权利要求1或2所述的阴极组件，其中，
所述集电杆单元还包含由导电性比所述两个集电杆高的金属构成的导电构件。
4.根据权利要求1或2所述的阴极组件，其中，
该阴极组件还包括：
填充材料，其配置在所述两个集电杆之间；以及
间隔件，其是热塑性树脂或者熔点为700℃以下的金属或合金，配置在所述两个集电杆中的至少一者和所述填充材料之间。
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