CN202047141U - 一种非均匀导电的铝电解槽阴极结构 - Google Patents

一种非均匀导电的铝电解槽阴极结构 Download PDF

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杨帅
丁凤其
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郭龙
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Abstract

本实用新型公开了一种非均匀导电的铝电解槽阴极结构,包括阴极炭块(1)、阴极钢棒(2)和钢棒炭糊(3),在所述的阴极钢棒(2)与所述的阴极炭块(1)接触的表面部分位置设有绝缘材料(4)。此种阴极结构通过使用绝缘材料替代部分位置的钢棒炭糊可对铝液中电流分布进行重新调整。此种阴极结构根据实际槽型设计确定组装参数,运用于铝电解槽时可以显著的减小铝液中的水平电流,同时减小铝液中的垂直磁场及电磁力,从而可以起到弱化铝液的垂直波动以及稳定熔体水平运动的作用,使得电解极距大幅减小,实现大幅降低电耗,并且此阴极结构无需额外加工,极易实现。

Description

一种非均匀导电的铝电解槽阴极结构
技术领域
本实用新型涉及一种铝电解槽阴极结构,特别是涉及一种可减小铝液中水平电流的铝电解槽阴极结构。
背景技术
传统霍尔-埃鲁特法(Hall-Héroult)铝电解方法一直是工业上生产原铝的唯一工艺。在霍尔-埃鲁特铝电解槽中,电流从载流母线流入槽内,从阴极钢棒侧部出电端流出,电流的方向在槽内发生了90度偏转,由于铝液的电阻率远远小于电解质以及阴极炭块,因此电流的转向很大一部分发生在铝液层中,形成了铝液中的水平电流,水平电流不仅会显著增大垂直磁场,而且其与垂直磁场共同作用,影响槽内磁流体的稳定性。传统的铝电解槽水平结构阴极结构没有考虑在铝液水平方向上存在的压降产生的水平电流,因此铝液中会有很大的水平电流,过大的水平电流引起过大的电磁力,进而引起铝液剧烈的波动及电解质-铝液界面的严重变形,电解槽需要维持在较高的极距下生产,由此引起大量的无用能耗。因此,对于如何减小存在于铝液中的水平电流,对于铝电解行业实现节能降耗具有重要意义,同时也是一项解决磁流体稳定性的根本性手段。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可以显著减小铝液中的水平电流的非均匀导电的铝电解槽阴极结构。
为了解决上述技术问题,本实用新型提供的非均匀导电的铝电解槽阴极结构,包括阴极炭块、阴极钢棒和钢棒炭糊,在所述的阴极钢棒与所述的阴极炭块接触的表面部分位置设有绝缘材料。
所述的绝缘材料设在所述的阴极钢棒与所述的阴极炭块接触的上表面的部分位置。
所述的绝缘材料设在靠近所述的阴极炭块的出电端的所述的阴极钢棒的上表面。
所述的绝缘材料是糊状绝缘材料,或是按照燕尾槽形状加工的固体状绝缘材料,材料类型为任意绝缘材料。
所述的阴极炭糊的厚度为10~40mm。
采用上述技术方案的非均匀导电的铝电解槽阴极结构,阴极结构整体外形不变,保持与传统阴极一致的进电与出电模式,并且组成部分与传统阴极一致,均含有阴极炭块、钢棒炭糊、阴极钢棒,其区别在于阴极炭块内部与阴极钢棒连接部位的部分位置实用的材料有所改变,因此不会引起除阴极外的铝电解槽其他部位的重新设计及加工,不会影响阴极部分的生产制造。
阴极炭块,包含至少一条燕尾槽,并且燕尾槽的可以是通长的,也可以是非通长的,且每条燕尾槽对应一条阴极钢棒。
阴极钢棒按照传统结构进行加工,但在进行阴极结构组装时,在对应的燕尾槽内靠出电端的阴极钢棒上表面部分位置以绝缘材料替代钢棒炭糊,以隔绝此部分阴极钢棒表面与阴极炭块的电流导通,其余缝隙用钢棒炭糊填满。
本实用新型由于采用上述结构,与现有阴极结构相比具备如下优点:
采用普通阴极结构的铝电解槽,铝液中水平电流密度最大的区域并不是出现在铝液的边部,也不出现在铝液的中部,而是出现在铝液层的中间偏边部的位置,因此对于优化铝液中电流分布,必须要实际了解其分布情况。根据上述水平电流分布形态,本实用新型结构中,由于阴极钢棒上表面靠出电端的部分区域不能导电,迫使电流从更靠中部的位置流入阴极钢棒,在阴极结构内部优化了电压分布状况,部分消除了铝液中电流向阴极钢棒出电端偏转的路径,从导电路径上即减小了电流在水平方向的偏转,所以可以减小铝液中的水平电流。由于水平电流对垂直磁场有很大的贡献作用,所以水平电流的减小也使得垂直磁场也有所减小,则水平电流与垂直磁场的作用力也更小。由于水平电磁力是引起铝液波动的重要原因已经得到公认,因此电磁力的减小会弱化铝液的垂直波动以及稳定铝液的水平流动,则电解可以在较低的极距下进行,槽电压可以大幅降低,减小铝电解的能耗。
综上所述,本实用新型使阴极钢棒与炭块间形成局部绝缘连接构成,使得整个阴极结构的电场得到优化,因此可以显著减小铝液中的水平电流,并且优化铝液中水平电流的分布使得其水平电流密度分布更均匀更趋合理,所以采用此结构的电解槽工作时铝液稳定性强、可实现低极距生产,使得槽电压低,综合能耗低。
附图说明
图1是本实用新型实施方案中的左视图。
图2是本实用新型实施方案1中的剖面示意图。
图3是本实用新型实施方案2中的剖面示意图。
附图中:1-为阴极炭块,2-阴极钢棒,3-为钢棒炭糊,4-为绝缘材料。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
实施例1:
如图1、图2所示是本实用新型的采用通长阴极钢棒的铝电解槽阴极结构的示意图,由1-阴极炭块,2-阴极钢棒,3-钢棒炭糊,4-为绝缘材料组成。本实施例中,阴极炭块1的总长度3000~4000mm,宽400~700mm,高400~600mm,阴极炭块1的底部沿长度方向开有至少一条燕尾槽,与之对应每条燕尾槽内嵌一根通长的阴极钢棒2,阴极钢棒2组装时在燕尾槽两端的0~800mm底面上填入与其余部分钢棒炭糊3相等厚度的绝缘材料4,侧部仍采用钢棒炭糊3连接,阴极炭糊3的厚度为10mm。此种结构迫使铝液中的电流改变流入阴极钢棒2的流向,从而大幅度降低铝液中的水平电流,同时减小铝液中的垂直磁场与电磁力,弱化铝液的垂直波动及稳定水平流动,提高电解槽稳定性,并较大的降低极距,最终使电解槽降低能耗。
实施例2:
如图1、图3所示是本实用新型的采用非通长阴极钢棒的铝电解槽阴极结构示意图,由1-阴极炭块,2-阴极钢棒,3-钢棒炭糊,4-为绝缘材料组成。本实施例中,阴极炭块1的总长度3000~4000mm,宽400~700mm,高400~600mm,阴极炭块1底部沿长度方向开有数条燕尾槽,与之对应每条燕尾槽内嵌一根非通长的阴极钢棒2,组装阴极钢棒2时在燕尾槽出外端的0~800mm底面上填入与其余部分钢棒炭糊3相等厚度的绝缘材料4,侧部仍实用钢棒炭糊3连接,阴极炭糊3的厚度为40mm。此种结构迫使铝液中的电流改变流入钢棒的流向,从而大幅度降低铝液中的水平电流,同时减小铝液中的垂直磁场与电磁力,弱化铝液的垂直波动及稳定水平流动,提高电解槽稳定性,并较大的降低极距,最终使电解槽降低能耗。

Claims (5)

1.一种非均匀导电的铝电解槽阴极结构,包括阴极炭块(1)、阴极钢棒(2)和钢棒炭糊(3),其特征在于:在所述的阴极钢棒(2)与所述的阴极炭块(1)接触的表面部分位置设有绝缘材料(4)。
2.根据权利要求1所述的非均匀导电的铝电解槽阴极结构,其特征在于:所述的绝缘材料(4)设在所述的阴极钢棒(2)与所述的阴极炭块(1)接触的上表面的部分位置。
3.根据权利要求1或2所述的非均匀导电的铝电解槽阴极结构,其特征在于:所述的绝缘材料(4)设在靠近所述的阴极炭块(1)的出电端的所述的阴极钢棒(2)的上表面。
4.根据权利要求1或2所述的非均匀导电的铝电解槽阴极结构,其特征在于:所述的绝缘材料(4)是糊状绝缘材料,或是按照燕尾槽形状加工的固体状绝缘材料,材料类型为任意绝缘材料。
5.按权利要求1或2所述的非均匀导电的铝电解槽阴极结构,其特征在于,所述的阴极炭糊(3)的厚度为10~40mm。
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