CN204298472U - 一种降低铝电解槽炉底压降的阴极结构 - Google Patents

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吕晓军
许真铭
曾小鹏
李劼
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Abstract

本实用新型公开了一种降低铝电解槽炉底压降的阴极结构，包括阴极炭块、两根平行的炭块外阴极导电棒、两根平行的炭块内阴极导电棒和捣固糊，该新型阴极结构对传统阴极炭块外阴极导电棒进行重新设计和改进，通过植入高电导率的材质、增加炭块外阴极导电棒截面积或缩减炭块外阴极导电棒长度，从而减小炭块外阴极导电棒的电阻，使电解槽炉底压降低，以实现铝电解节能降耗的目的，且新型阴极结构改进成本低，加工简便，易于实现和应用。

Description

一种降低铝电解槽炉底压降的阴极结构
技术领域
本实用新型涉及一种降低铝电解槽炉底压降的新型阴极结构，属于铝电解技术领域。
背景技术
我国已成为世界第一大电解铝生产国，2013年产能达到3000万吨以上，年消耗电量4000亿度，约占全国年发电总量的5％～6％，相当于标准煤1.2亿吨，槽电压每降低10mV，吨铝电耗可以降低35kWh。随着国家节能减排、阶梯电价政策的不断推进，电解铝工业作为高耗能产业，节能降耗已成为电解铝企业和科研人员关注的焦点，直接关系着企业的经济效益和生存能力。
铝电解槽的炉底压降(即阴极电压降)是指电解槽内铝液至阴极导电棒末端的电压降，以当前工业大型预焙槽为例，一般炉底压降为250～450mV。这其中包括阴极炭块本体压降、钢棒压降以及炭块与钢棒糊的接触压降。然而，在炭块外阴极钢棒的压降占整个炉底压降的30～40％，其值甚至达到100mV以上。在炭块本体压降和炭块与钢棒的接触压降确定的情况下，炉底压降的降低就取决于阴极导电棒电压降的减小。
实用新型内容
针对现有技术中铝电解槽的外阴极钢棒压降占整个炉底压降的比重较大，存在着能量损耗大的问题，本实用新型提供了一种能有效降低铝电解槽的炉底压降的新型阴极结构，且该新型阴极结构成本低、改造简便、易于实现和应用。
本实用新型提供了一种降低铝电解槽炉底压降的阴极结构，包括阴极炭块、两根平行的炭块外阴极导电棒、两根平行的炭块内阴极导电棒和捣固糊，设置炭块外阴极导电棒横截面大小为250～420cm2，和/或设置炭块外阴极导电棒的长度为34～38cm，和/或在外阴极导电棒内部植入高导电率金属块体。
本实用新型的降低铝电解槽炉底压降的阴极结构还包括以下优选方案：
优选的方案中两根炭块外阴极导电棒之间通过焊接嵌入实心长方体高导电率金属块体，或者在两个炭块外阴极导电棒之间平行焊接若干块高导电率金属软连接片。通过在两根炭块外阴极导电棒之间焊接高导电率金属块体或者焊接高导电率金属软连接片，来增大传统炭块外阴极导电棒的横截面，也可以在铸造过程中将炭块外阴极导电棒相对传统炭块外阴极导电棒的截面增大。
优选的方案中高导电率金属由银、铜、铝、铁中的一种或几种材料构成。
优选的方案中设置炭块外阴极导电棒横截面大小为280～360cm2。
优选的方案中设置炭块外阴极导电棒的长度为37～40cm
优选的方案中阴极炭块与炭块外阴极导电棒之间的侧面缝隙宽度为1～20mm。优选的方案中当炭块外阴极导电棒截面积增大后，阴极炭块与炭块外阴极导电棒之间的侧面缝隙可以直接保留，也可以由捣固糊或磷生铁填充或部分填充。
本实用新型的炭块外阴极导电棒的改进实用于各种铝电解槽，如新建槽、大修槽或在产槽。
对于新建槽和大修槽的炭块外阴极导电棒的改进优选的方案为通过以高导电率金属(包括银、铜、铝或铁中的一种或几种)来替换传统的钢质材料，或者在炭块外阴极导电棒内部植入导电金属块体，通过提高炭块外阴极导电棒的导电率来降低铝电解槽的炉底的压降；或者是通过增加炭块外阴极导电棒的截面积的大小来降低炭块外阴极导电棒的电阻，以实现铝电解槽的炉底的压降；或者是通过减小整个炭块外阴极导电棒的长度来降低炭块外阴极导电棒的电阻，以实现铝电解槽的炉底的压降；或者通过上述方案的任意两种以上的组合来实现降低铝电解槽的炉底的压降。
对于在产槽的炭块外阴极导电棒的改进优选的方案为通过增加炭块外阴极导电棒的截面积的大小来降低炭块外阴极导电棒的电阻，实现铝电解槽的炉底的压降，即在两平行炭块外阴极导电钢棒之间焊接金属导电块体或若干金属导电软片。
本实用新型通过对炭块外阴极导电棒的改进，与传统阴极钢棒相比具备如下优点：由于对炭块外导电棒进行改变材质(嵌入高导电率材质)、扩大截面积或缩短长度等处理，且增加了炭块与导电棒的接触面积，减低炭块外导电棒出口的电流密度，减小外导电棒的电阻，从而实现降低炉底电压降，减小铝电解的电耗，而且导电棒加工简单，便于推广应用。
附图说明
【图1】为传统的阴极结构的剖面图；
【图2】为相对传统的阴极导电棒而增大炭块外阴极导电棒截面积，同时减小炭块外阴极导电棒长度和嵌入高导电率金属块体的阴极结构的剖面图；
【图3】为传统的阴极结构的左视截面图；
【图4】为相对传统的阴极导电棒增大炭块外阴极导电棒截面积，同时减小炭块外阴极导电棒长度和嵌入高导电率金属块体的阴极结构的左视截面图；
【图5】为相对传统的阴极导电棒在两外钢棒之间焊接高导电率金属块体的新型阴极结构左视截面图；
【图6】为相对传统的阴极导电棒在两外钢棒之间焊接高导电率金属软连接片的新型阴极结构左视截面图；
其中，1为阴极炭块，2为炭块外阴极导电棒，3为炭块内阴极导电棒，4为捣固糊，5为实心长方体高导电率金属块体，6为导电金属软连接片，7为高导电率金属块体。
具体实施方式
以下实施例结合附图对本实用新型作进一步说明，而不是限制本实用新型权利要求保护的范围。
实施例1
如图2、图4所示是本发明对于新建槽或大修槽所采用的降低铝电解槽炉底压降的新型阴极结构的示意图，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两条燕尾槽，与之对应每条燕尾槽内有一根通长的炭块内导电棒3和长度缩短且植入高导电率金属块体7的炭块外阴极导电体棒2组成，炭块外阴极导电体棒2与炭块1之间的缝隙可选择用炭糊捣固或磷生铁浇注4进行填充，缝隙宽度为1～20mm。此种结构减小炭块外阴极导电棒的电阻，增加了炭块与导电棒的接触面积(达到320cm2)，从而实现降低炉底电压降，与使用传统阴极钢棒的炉底压降相比，可降低60～70mV，减小铝电解的电耗。
实施例2
对于新建槽或大修槽所采用的降低铝电解槽炉底压降的新型阴极结构，由1－阴极炭块，2－炭块外阴极导电棒，3－炭块内阴极导电棒，4－炭糊捣固或磷生铁浇注而成。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两条燕尾槽，与之对应每条燕尾槽内有一根通长的炭块内阴极导电棒3和加高加宽型炭块外阴极导电棒2组成(截面积较传统阴极钢棒扩大到12cm×27cm)，加高加宽的炭块外阴极导电棒2与炭块1之间的缝隙可选择用炭糊捣固或磷生铁4进行填充，缝隙宽度为1～20mm。此种结构扩大了炭块外阴极导电棒的截面积，减小炭块外导电棒的电阻，增加了炭块与导电棒的接触面积，从而实现降低炉底电压降，与使用传统阴极钢棒的炉底压降相比，可降低40～50mV，降低了铝电解能耗。
实施例3
如图5所示是本发明对在产槽所采用的降低铝电解槽炉底压降的新型阴极结构的示意图，由1－阴极炭块，2－炭块外阴极导电棒，3－炭块内阴极导电棒，4－炭糊捣固或磷生铁浇注而成。本实施例中，阴极炭块1的总长度3000～4000mm，宽400～700mm，高400～600mm，将阴极炭块1外同侧平行的阴极导电棒2采用高导电率的金属体焊接为一个整体的炭块外阴极导电体，金属体材质可以选用高电导率的Ag、Cu、Al、Fe中一种或多种组成，以增加炭块外阴极导电棒2的截面积到340cm2左右，外阴极导电体2与炭块1之间的缝隙可选择用炭糊捣或磷生铁4填充，缝隙宽度为1～20mm。此种结构扩大了外阴极导电体出口的截面积，减小炭块外导电体的电阻，从而实现降低炉底电压降，与使用传统阴极钢棒的炉底压降相比，可降低40～50mV，降低了铝电解能耗。
实施例4
如图6是本发明对在产槽所采用的降低铝电解槽炉底压降的新型阴极结构的示意图，由1－阴极炭块，2－炭块外阴极导电棒，3－炭块内阴极导电棒，4－炭糊捣固或磷生铁浇注而成。本实施例中，阴极炭块1的总长度3000～4000mm，宽400～700mm，高400～600mm，将阴极炭块1外同侧平行的阴极导电棒2采用金属软连接片一层一层的焊接成一个整体的炭块外阴极导电体，金属软连接片材质可以选用高电导率的Fe、Cu、Al中一种或多种组成，以增加炭块外阴极导电体2的截面积到300cm2左右，外阴极导电体2与炭块1之间的缝隙可选择用炭糊捣或磷生铁4填充，缝隙宽度为1～20mm。此种结构扩大了外阴极导电体出口的截面积，减小炭块外导电体的电阻，从而实现降低炉底电压降，与使用传统阴极钢棒的炉底压降相比，可降低30～50mV，降低了铝电解能耗。

Claims (6)

1.一种降低铝电解槽炉底压降的阴极结构，包括阴极炭块(1)、两根平行的炭块外阴极导电棒(2)、两根平行的炭块内阴极导电棒(3)和捣固糊(4)，其特征在于，设置炭块外阴极导电棒(2)横截面大小为250～420cm2，和/或设置炭块外阴极导电棒(2)的长度为34～38cm，和/或在外阴极导电棒(2)内部植入高导电率金属块体(7)。
2.如权利要求1所述的阴极结构，其特征在于，在两根平行的炭块外阴极导电棒(2)之间通过焊接嵌入实心长方体高导电率金属块体(5)，或者在两个炭块外阴极导电棒(2)之间平行焊接若干块高导电率金属软连接片(6)。
3.如权利要求1或2所述的阴极结构，其特征在于，所述的高导电率金属由银、铜、铝、铁中的一种材料构成。
4.如权利要求1所述的阴极结构，其特征在于，设置炭块外阴极导电棒(2)横截面大小为280～360cm2。
5.如权利要求1所述的阴极结构，其特征在于，设置炭块外阴极导电棒(2)的长度为37～40cm。
6.如权利要求1所述的阴极结构，其特征在于，所述的阴极炭块(1)与炭块外阴极导电棒(2)之间的侧面缝隙宽度为1～20mm。
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CN107541751A (zh) * 2017-09-14 2018-01-05 高西胜 一种钢铝合金阴极钢棒及其制作方法
CN109666953A (zh) * 2017-10-16 2019-04-23 沈阳铝镁设计研究院有限公司 一种复合、高导电阴极钢棒

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