CN201367471Y - 阴极炭块结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种铝电解槽的阴极结构，属于铝电解槽技术领域。一种阴极炭块结构，它包括槽壳和内衬，内衬主要由阴极炭块、侧部内衬、底部内衬以及捣固糊组成，阴极炭块为L型，即阴极炭块上表面其中一个边部凸起，使阴极炭块上表面呈L型；阴极钢棒水平安装在阴极炭块的底部，阴极钢棒从电解槽的侧部穿出；或阴极钢棒垂直安装于阴极碳块的底部，并从槽底穿出。本实用新型液态铝液被L型阴极炭块分割成若干小铝池，有效地束缚了铝液由于受到电磁力的作用而产生的流动和波动，提高了电解槽的稳定性，可以降低铝液高度和极距，提高电流效率，达到了节能降耗的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种铝电解槽阴极结构，属于铝电解槽技术领域。
背景技术
目前用于铝工业生产的Hall-Heroult电解槽使用炭素阳极和炭块阴极，通过电解熔融的氧化铝生产铝，电解质主要由冰晶石和氧化铝熔体组成，另外还有溶解在其中的氟化铝和其它氟化盐。电解析出的铝蓄积在槽底炭块阴极上部，形成铝液层，并作为阴极的一部分。由于电解槽内的铝液受到车间内电磁场的影响而运动，需要保持一定高度的铝液，减少与电解质接触界面的波动。目前工业电解槽保持的铝液水平通常为10～30cm之间，在此情况下，仍需要保持4.5cm左右的极距，极距的高低主要受到电解槽稳定性的影响，在现有电解槽的阴极结构和磁场条件下，进一步优化磁场分布提高电解槽的稳定性，进而降低极距已经成为一件非常困难的事情。
现有的Hall-Heroult铝电解槽，根据尺寸和电解工艺的不同都存在一个普遍的问题就是电能效率较低，一般在45～50％之间，其余的电能都转化为热能散失掉了。现有铝电解槽的极距一般都在4.5cm左右，造成电能效率低的主要原因就在于现有普通预焙槽由于磁场造成的铝液波动，因此为了保证电解槽的稳定生产往往需要保持较大的极距。
电能效率低造成了工业电解槽上巨大电能无谓的消耗，铝电解槽节能降耗的手段有两种，一种是提高电流效率，另一种就是降低极距，降低槽电压。而现有的电解槽，电流效率大都在90～96％之间，提高电流效率的空间有限。目前铝电解槽极距一般在4.5～5cm左右，极距带来的压降约为总能耗的40％，极距的降低给节能降耗提供了很大的空间，但是由于传统电解槽本身结构的限制，降低极距，由于受磁场带来的铝液电解质界面波动影响，电解槽就会变得不稳定，丢失电流效率，很难达到节能的目的。
实用新型内容
本实用新型就是为了解决上述技术问题，而提供一种阴极炭块结构，目的是减小电解槽内铝液的流动和降低铝液的波动，降低极间压降，提高铝电解槽的电能效率，降低磁场对铝电解生产稳定性的影响，达到节能的目的。
为了解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：阴极炭块结构，它包括槽壳和内衬，内衬主要由阴极炭块、侧部内衬、底部内衬以及捣固糊组成，阴极炭块为L型，即阴极炭块上表面其中一个边部凸起，使阴极炭块上表面呈L型。
所述的阴极炭块的底部水平安装有阴极钢棒，阴极钢棒从电解槽的侧部穿出。
所述的每组阴极炭块中安装1～4根阴极钢棒。
所述的阴极炭块的底部垂直安装阴极钢棒，阴极钢棒从槽底穿出。
所述的每组阴极炭块中安装1～40根阴极钢棒，2-6根汇集成一根从槽底穿出。
所述的阴极钢棒的横向截面形状为圆形、椭圆形或矩形。
所述的阴极炭块上表面开有凹槽。
所述的每块阴极炭块上开设的凹槽数量为1～20个。
所述的凹槽横向截面形状为方形、梯形、三角形或圆形等。
所述的阴极炭块通过炭间糊连成一体。
所述的阴极炭块的边部突起高度在20～200mm之间。
所述的阴极炭块的高度可以为300～700mm之间，宽度为与阳极炭块相同。
所述的阴极炭块的高度可以为300～700mm之间，阴极炭块的宽度在250～800mm之间的阴极炭块。
所述的阴极炭块的端部与侧部内衬之间由浇注料和周围糊捣固连接。
所述的阴极炭块的上表面为平面。
本实用新型的特点和效果如下：
本实用新型铝电解槽：由于其阴极结构的特点，阴极炭块呈L型，整个阴极上表面出现多个凹槽，巨大的铝液池被分割成数个小的区域，有效地束缚了铝液由于受到电磁力的作用而产生的流动和波动，提高了电解槽的稳定性，因此铝液高度可以保持很低，高出凸起的阴极炭块几厘米即可，极距也可以显著降低，可以使极距从传统电解槽的4.5～5cm左右降到2.5～4cm或更低。
采用L型的阴极炭块另外一个优点是，如果阴极炭块与阳极炭块宽度相同，换极时阳极区域处的阴极表面仍为平面，仍然可以采用机械捞渣，提高劳动生产率、减小工人的劳动强度。
由于保持了较低的铝液水平，在电解槽出铝时，容易造成出铝口位置的铝量不足，使电解质进入出铝装置，为了解决此问题，可以采取适当增大出铝端的加工面，或在阴极炭块上表面开沟槽的措施，为铝液提供汇集通道。
本实用新型由于采用上述阴极结构，降低了极距，提高了电能利用率，大大降低了磁场对铝电解生产稳定性的影响。
附图说明
图1是本实用新型阴极炭块结构的一种主视结构示意图。
图2是本实用新型阴极炭块结构的另一种主视结构示意图。
图3是本实用新型阴极炭块结构中部有一个方形凹槽的侧视结构示意图。
图4是本实用新型阴极炭块结构中部没有凹槽的侧视结构示意图。
图5是本实用新型阴极炭块结构中部有一个梯形凹槽的侧视结构示意图。
图6是本实用新型阴极炭块结构上表面有多个方形凹槽的侧视结构示意图。
图7是本实用新型阴极炭块结构上表面有多个梯形凹槽的侧视结构示意图。
图8是本实用新型阴极结构，阴极钢棒垂直阴极炭块底部安装，从槽底穿出的主视结构示意图。
图9是本实用新型阴极结构，阴极钢棒垂直阴极炭块底部安装，从槽底穿出的侧视结构示意图。
图中，1、侧部内衬，2、阴极钢棒，3、阴极炭块，4、凹槽，5、阴极炭块间扎糊，6、底部内衬。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例进行详细说明，但本实用新型的保护范围不受实施例所限。
图1和图2所示，铝电解槽的阴极结构由侧部内衬1、阴极炭块3、阴极炭块间扎糊5、底部内衬6构成，所述的阴极炭块通过炭间糊连成一体，阴极炭块底部水平安装阴极钢棒2；图8和图9所示，阴极碳块底部垂直安装阴极炭块；阴极炭块3上表面凸起部分不开沟槽，如图4所示，也可以在凸起部分上开有凹槽4，每块阴极炭块3上开设的凹槽数量为1～20个。如图3、5～7所示，侧部内衬1和底部内衬6的结构以及材料选择可以根据不同容量电解槽的热平衡计算获得，并且与现行工业生产中应用的铝电解槽基本相同，这已经成为比较成熟的技术，这里不再赘述。
本实用新型的电解槽阴极结构如图1和图2所示，电解槽内的阴极炭块为L型阴极炭块3，即阴极炭块3上表面其中一个边部凸起，阴极炭块3上表面呈L型，使阴极上表面出现很多凹槽；图1和图2仅仅示出两种炭块边部突起的形状，在实际应用中可以为其它任意形状，只要形成边部凸起，炭块呈现L型即可。L型阴极炭块边部突起高度在20～200mm之间。阴极炭块放置在底部内衬6上，底部内衬由隔热耐火材料构成，起到保温和承载的作用，阴极炭块之间采用阴极炭块间扎糊5扎固连接，阴极炭块的端部与侧部内衬1之间采用浇注料和周围糊捣固。阴极钢棒2水平安装在阴极炭块的底部，每组阴极炭块中安装1～4根阴极钢棒2。阴极钢2从电解槽的侧部穿出。阴极钢棒2的横向截面形状为圆形、椭圆形或矩形等任意形状。阴极炭块的端部与侧部内衬之间由浇注料和周围糊捣固连接。
图8和图9所示，阴极钢棒2垂直安装在阴极炭块的底部，每组阴极炭块中安装1～40根阴极钢棒2。阴极钢棒为2-6根汇集成一根从槽底穿出。阴极钢棒2的横向截面形状为圆形、椭圆形或矩形等任意形状。阴极炭块的端部与侧部内衬之间由浇注料和周围糊捣固连接。
阴极炭块的高度可以为300～700mm之间，宽度可以与阳极炭块保持一致，也可以采用宽度在250～800mm之间的阴极炭块。
采用本实用新型的阴极结构，可以保持很低的铝液水平，同时极距显著降低，因此电解槽内的液态铝量较少，在电解槽出铝时，容易造成出铝口位置的铝量不足，使电解质进入出铝装置，为了解决此问题，如图3、5～7所示，在阴极炭块上表面凸起部分开凹槽4，为铝液提供汇集到出铝口的通道，另外适当增大出铝端的加工面。阴极炭块的凹槽4的横向截面形状可以为方形、梯形、三角形或圆形等不同的形式，另外可以只在阴极炭块凸起部分的中间部位开凹槽4，也可以整个上表面凸起部分都开凹槽4，凹槽4的数量为1～20个，也可以不开凹槽4。
本实用新型的铝电解槽的阴极结构，有效的束缚了磁场造成的铝液流动和波动，减少了电解槽铝液与电解质界面的波动，从而可以适当降低极距至4.0cm以下，实现了极间铝液-电解质界面很小的波动情况下生产，提高了电流效率，大大降低了直流电耗。
采用底部出电方案设计的电解槽，基本消除了铝液中的水平电流，由于磁场和电流相互作用对电解槽铝液波动的影响大大减小，从而可以极大的简化母线设计，减少母线的用量，缩短电解槽之间的距离，降低建设费用。
Claims (15)
1、阴极炭块结构，它包括槽壳和内衬，内衬主要由阴极炭块、侧部内衬、底部内衬以及捣固糊组成，其特征在于阴极炭块为L型，即阴极炭块上表面其中一个边部凸起，使阴极炭块上表面呈L型。
2、根据权利要求1所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块的底部水平安装有阴极钢棒，阴极钢棒从电解槽的侧部穿出。
3、根据权利要求2所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的每组阴极炭块中安装1～4根阴极钢棒。
4、根据权利要求1所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块的底部垂直安装阴极钢棒，并从槽底穿出。
5、根据权利要求1所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的每组阴极炭块中安装1～40根阴极钢棒，2-6根汇集成一根从槽底穿出。
6、根据权利要求2、3、4或5所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极钢棒的横向截面形状为圆形、椭圆形或矩形。
7、根据权利要求1所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块上表面开有凹槽。
8、根据权利要求7所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的每块阴极炭块上开设的凹槽数量为1～20个。
9、根据权利要求7或8所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的凹槽横向截面形状为方形、梯形、三角形或圆形等。
10、根据权利要求1所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块通过炭间糊连成一体。
11、根据权利要求1所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块的边部突起高度在20～200mm之间。
12、根据权利要求1所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块的高度可以为300～700mm之间，宽度为与阳极炭块相同。
13、根据权利要求1所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块的高度可以为300～700mm之间，阴极炭块的宽度在250～800mm之间的阴极炭块。
14、根据权利要求1所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的底部内衬为耐火保温材料。
15、根据权利要求1所述的阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块的上表面为平面。
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