CN201501930U - 一种铝电解槽的阴极 - Google Patents

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席灿明
郑莆
杨溢
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Abstract

本实用新型公开了一种铝电解槽的阴极，它包括构成铝电解槽阴极的两块以上的阴极炭块(1)，在阴极炭块(1)上设有阴极钢棒(2)，拼接成的铝电解槽阴极的阴极炭块(1)的端面处于不同平面。本实用新型第一可以改变铝液层的流动方向；第二可以减缓铝液的高流速旋转漩涡的流动速度；第三可方便金属铝液的汇流和导流运动；且通过试验检验可知，将铝电解槽的阴极端面调整为不同平面可破坏现有阴极炭块产生的涡旋，破坏现有铝电解槽电磁力所产生的铝液内流速场的分布，使其变得支离破碎，使铝液不能产生较大的隆起和波动，从而获得较好的稳定性。而稳定性较好的电解槽，生产时极距可较低、能耗也较低。

Description

一种铝电解槽的阴极
技术领域
本实用新型涉及一种铝电解槽的阴极，属于铝电解槽技术领域。
背景技术
随着铝电解槽设计和操作技术水平的提高，国际国内新设计和建设的铝电解槽日益向大型化的方向发展。系列电流不可避免的会增加到550kA～700kA甚至以上。近年来，我国的铝电解技术也得到了长足的进展，在电解槽容量上已能达到甚至超过国际先进水平。但在节能降耗方面与世界先进水平却仍存在着较大的差距。目前，国内各铝厂的直流电耗徘徊在13200？3500kWh/T.Al左右，甚至有的接近14000kWh/T.Al，有相当大的潜力可挖掘。特别是在目前国内外经济环境极为严峻的情况下，对节能的要求就更加的急迫
在铝电解生产中，节能的途径很多。从理论上说，电耗率只取决于电流效率和电解槽的平均电压V平。而铝电解槽的平均电压主要包括三部分，即：
V平＝ΔV槽+ΔV母+ΔV效
其中的ΔV母为槽外母线电压降，ΔV效为阳极效应分摊电压降，ΔV槽为电解槽工作电压，又可分解为：阳极、阴极、电解质电压降和反电动势(或称实际分解电压)，即
V槽＝ΔV阳+ΔV阴+ΔV质+E反
由计算可知，反电动势和电解质电压降分别占到平均电压的35％～40％，是平均电压中的两个大项。反电动势基本为定值，故要想降低电耗，首要的是降低电解质电压ΔV质。
同时现有的铝电解槽阴极的阴极炭块表面多较平整，这样随着现代铝电解槽电流容量的逐步增大，电解槽内析出的金属铝液就会较多，在阴极表面堆积，同时因金属铝液在阴极炭块表面的流动特性受电磁场的影响和干扰，而堆积的铝液受电磁场影响和干扰程度就会进一步加剧形成旋流，从而严重影响到电解生产的稳定性，妨碍电解槽电流效率的提高和能耗的降低。根据生产实践、及计算可知，典型的大面多点进电铝电解槽的铝液流速分布如图6所示，其中图6为160kA～450kA级铝电解槽的典型铝液流速分布图，通过图6可以看出这些流速分布的特征都很相似，即在槽两端区域存在高流速涡旋，而高流速涡旋的存在会使铝液电解质表面产生较大的隆起及波动，进而可能会在一定条件下使铝液-电解质界面产生不稳定，能耗增加。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种通过改变铝电解槽的阴极使铝电解槽获得良好的稳定性，以达到导流、引流、节能、降耗的效果。可以克服现有技术的不足。
本实用新型的技术方案；它包括构成铝电解槽阴极的两块以上的阴极炭块，在阴极炭块上设有阴极钢棒，拼接成的铝电解槽阴极的阴极炭块的端面处于不同平面。
端面处于不同平面的阴极炭块由两根长度和厚度不同的炭块拼接而成。
端面处于不同平面的阴极炭块的底部处于不同平面。
端面处于不同平面的阴极炭块的厚度不同。
在处于高位的阴极炭块的底部设有炭块底部砌筑层。
端面处于不同平面的阴极炭块的错层高度差为50～200mm。
阴极炭块的错缝宽度M可以在-200mm～500mm。
与现有技术比较，本实用新型将现有端面处于同一平面的铝电解槽的阴极调整为端面处于不同平面，使铝电解槽阴极的表面就形成类似突台或凹槽的阻碍物体，这些阻碍物第一可以改变铝液层的流动方向；第二可以减缓铝液的高流速旋转漩涡的流动速度；第三可方便金属铝液的汇流和导流运动；且通过试验检验可知(见图5)，将铝电解槽的阴极端面调整为不同平面可破坏现有阴极炭块产生的涡旋，破坏现有铝电解槽电磁力所产生的铝液内流速场的分布，使其变得支离破碎，使铝液不能产生较大的隆起和波动，从而获得较好的稳定性。而稳定性较好的电解槽，生产时极距可较低、能耗也较低。拼接成阴极的阴极炭块的端面处于不同平面的方法可以是阴极炭块的底部处于不同平面、阴极炭块的厚度不同、阴极炭块由两根长度和厚度不同的炭块拼接而成等；其目的是为了更好的适应各类电解槽，并破坏现有电磁力所产生的铝液内流速场的分布，达到进一步节能、降低能耗的效果。端面处于不同平面的阴极炭块的错层高度为50～200mm，阴极炭块的错缝宽度M可以在-200mm～500mm；此数据是申请人经过大量实验和计算机模拟后得到的，其目的是满足生产时的正常出铝、导流和引流。同时本实用新型还具有对电解槽改动少、节能效果好等优点，具有很好的经济效应、推广价值和实用价值。
附图说明
图1为本实用新型的一种结构示意图；
图2为本实用新型的另一种结构示意图；
图3为阴极炭块的底部处于不同平面的结构示意图；
图4为图3的侧视图；
图5采用本实用新型后大面多点进电铝电解槽铝液流速分布图；
图6为现有的160kA～450kA大面多点进电铝电解槽铝液流速分布图。
具体实施方式
实施例1：图1所示，铝电解槽的阴极由多块阴极炭块1扎糊拼接而成，在每块阴极炭块1两端设有阴极钢棒2，在拼接铝电解槽阴极时，所采用的阴极碳块1由两根长度和厚度均不相同的长炭块4和短炭块5拼接构成，再将多块这种拼接而成的阴极炭块相互扎糊形成表面存在高度差的铝电解的阴极，这种铝电解槽阴极的高度差为50～200mm，阴极炭块的错缝宽度M可以在-200mm～500mm。
实施例2：图2所示，铝电解槽的阴极由多块阴极炭块1扎糊拼接而成，在每块阴极炭块1两端设有阴极钢棒2，在拼接铝电解槽阴极时，所采用的阴极碳块1为厚度不相同的阴极炭块，拼接好铝电解的阴极后，厚度不同的阴极炭块1之间就会存在错层，为满足生产时的正常出铝，阴极炭块的错层高度差为50～200mm。
实施例3：图3和图4所示，铝电解槽的阴极由多快阴极炭块1扎糊拼接而成，在每块阴极炭块1两端设有阴极钢棒2，在拼接铝电解槽阴极时，在部分阴极碳块1的底部砌筑炭块底部砌筑层3，这样拼接成的铝电解槽阴极上端面就会存在高度差，构成炭块底部砌筑层3材料为耐火砖或防渗料等，炭块底部砌筑层3的厚度为50～200mm。
所要注意的是，为了更好的调节铝电解槽的热平衡，适应各种槽型，高出的阴极炭块1的位置和数量并不确定，具体根据铝电解槽的磁场分布而定。

Claims (6)

1.一种铝电解槽的阴极，它包括构成铝电解槽阴极的两块以上的阴极炭块(1)，在阴极炭块(1)上设有阴极钢棒(2)，其特征在于：拼接成的铝电解槽阴极的阴极炭块(1)的端面处于不同平面。
2.根据权利要求1所述的铝电解槽的阴极，其特征在于：端面处于不同平面的阴极炭块(1)由两根长度和厚度不同的炭块拼接而成。
3.根据权利要求1或2所述的铝电解槽的阴极，其特征在于：端面处于不同平面的阴极炭块(1)的底部处于不同平面。
4.根据权利要求1所述的铝电解槽的阴极，其特征在于：端面处于不同平面的阴极炭块(1)的高度不同。
5.根据权利要求3所述的铝电解槽的阴极，其特征在于：在处于高位的阴极炭块(1)的底部设有炭块底部砌筑层(3)。
6.根据权利要求1或2所述的铝电解槽的阴极，其特征在于：端面处于不同平面的阴极炭块(1)的错层高度差为50～200mm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016088001A1 (en) * 2014-12-02 2016-06-09 Dubai Aluminium Pjsc Electrolytic pot for hall-heroult process, having a cathode formed of high and low cathode blocks

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