CN208748212U - 一种铝-碳作为阴极的铝电解槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种铝‑碳作为阴极的铝电解槽，是“一种以铝‑碳作为阴极的铝电解方法”专利的专用电解槽阴极。铝电解生产时，铝电解槽可采用常规阳极系统、下料系统、粉尘净化系统、阴极母线系统，由于取消传统通长阴极钢棒，炉底阴极压降显著降低，消除了因钢棒‑炭块膨胀应力引起的阴极炉衬损坏问题，极大地降低电耗，并延长电解槽使用寿命。

Description

一种铝-碳作为阴极的铝电解槽

技术领域

一种铝-碳作为阴极铝电解槽的阴极，涉及一种以铝-碳作为阴极，以冰晶石一氧化铝熔体为电解质、熔盐法生产铝电解槽阴板的改进。

背景技术

电解铝生产的基本反应为：

通电：2Al₂O₃+3C=====3CO₂+4Al

目前，生产1t金属铝约须消耗14500kw·h电，全年约需消耗4510亿度电，是名副其实的电老虎。在铝电解930-950℃工艺条件下，理论电耗约为6300 kw·h/（t·Al），能量利用效率不足40%。

传统铝电解槽电流由阳极流经电解液、铝液，从阴极流出。阳极压降、电解质压降、阴极压降高是造成铝电解能耗高主要原因。在电解槽电阻压降中，阴极压降约占电阻压降20%，传统铝电解槽阴极由槽内铝液层、阴极炭块、阴极钢棒组成（存在问题），阴极压降由铝液层压降、铝碳接触压降、炭块压降、碳钢接触压降、钢棒压降等部分组成，见图1。在电解槽寿命期内，阴极压降随槽使用时间延长发生规律性变化。槽投产初期（一年左右），阴极压降随时间延长而降低（随阴极炭块石墨化程度提高而降低）。投产2-3年，阴极压降保持相对稳定。以后，随槽使用时间延长，阴极压降逐渐升高。究其原因，是由于铝-碳-钢阴极的碳素吸钠，在炭块与导电钢棒之间形成不导电的电解质绝缘层，使碳-钢接触压降显著升高。以某型铝电解槽为例，炉底无结壳时，铝液与炭块间接触压降20-28mv，炭块压降102mv，新槽期间碳-钢接触压降69mv，钢棒压降186mv，此时，钢棒压降约占炉底压降48.8%。随着槽龄增加，阴极炭块组碳-钢接触压降逐渐增大，电解液通过阴极炭块向底部渗透，并在碳-钢接触部位凝固冷却，形成不导电的固体电解质层，使碳-钢接触压降急剧上升，见图2。

综上所述，由铝液-炭块-钢棒组成阴极的传统铝电解槽，阴极钢棒电压降约占炉底压降49%，极大地增加了铝电解的电耗；在电解槽使用过程中，因钠盐在碳-钢接触部位凝固形成不导电的绝缘层，使碳-钢接触压降急剧上升，极大地增大铝电解电耗。

实用新型内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效消除碳-钢接触压降、钢棒电阻压降，降低槽衬应力，降低铝电解电耗，提高铝电解电流效率的一种铝-碳作为阴极的铝电解槽。

本发明的目的通过以下技术方案实现的：

一种铝-碳作为阴极的铝电解槽，其结构包括：预焙阳极、下料装置、粉尘净化装置；其特征在于其阴极系统的结构包括：电解槽体，该电解槽体为由侧部碳块、侧部耐火-保温层、阴极碳块、炉底防渗-耐火-保温复合层、电解槽钢壳构成的凹形槽体，槽壁内部边缘设有人造炉帮。

一种铝-碳作为阴极的铝电解槽，其结构包括：阴极炭块，该炭块为各设置在铝电解槽体的两端头槽帮内、与电解槽体侧槽帮内壁固接，炭块为密实结构，相邻两炭块之间用碳糊固结，炭块两端分别与阴极导电接头固结。

一种铝-碳作为阴极的铝电解槽，其结构包括：阴极导电接头，该导电接头位于阴极炭块端部与阴极软带之间，材质可以为：纯铜、A3钢、耐热钢、4J43合金，或者由其中两种及以上合金制成复合结构；阴极导电接头与电解槽体钢结构预留电流导出窗口之间采用碳素固结，阴极导电接头与阴极软带之间采用焊接连接，阴极导电接头与电解槽钢壳之间用高铝砖或者镁砖绝缘，相邻两导电接头之间用高铝砖或者镁砖分开，减少水平电流并防止电流集中；阴极导电接头的作用是将电流从阴极炭块引出，并阻断大气中的氧对阴极炭块的氧化。

一种铝-碳作为阴极的铝电解槽，其结构包括：阴极母线，该阴极母线通过阴极软带、阴极导电接头、电解槽体钢结构预留电流导出窗口与阴极炭块相连，形成阴极电流导出通道。

本发明的一种铝-碳作为阴极的铝电解槽，是“一种以铝-碳作为阴极的铝电解方法”的专利申请的专用电解槽阴极。铝电解生产时，铝电解槽可采用常规阳极系统、下料系统、粉尘净化系统、阴极母线系统，由于阴极是以无钢棒-无硼化钛涂层的铝液-炭块复合层，代替铝液-钢棒-炭块组阴极，消除了传统铝电解槽存在的碳-钢接触压降随着槽龄延长而增大的问题，由于取消传统通长阴极钢棒，炉底阴极压降显著降低，消除了因钢棒-炭块膨胀应力引起的阴极炉衬损坏问题，极大地降低电耗，并延长电解槽使用寿命。

附图说明

图1为传统铝电解槽示意图，其图中，1a、阳极，1b、电解液，1c、铝液，1d、阴极；

图2为传统铝电解槽阴极炭块组示意图；其图中，2a为阴极炭块，2b为炭块与导电钢棒之间的碳糊，2c为阴极棒，2d为电解铝液与炭块之间的接触界面电压降，2e为炭块电压降，2f为碳-钢接触压降；

图3为传统铝电解槽阴极钢棒与碳块之间的固体绝缘电解质层示意图，其图中，3a为钢棒与碳块之间的固体绝缘电解质层；

图4为一种铝-碳作为阴极的铝电解槽构示意图，其图中，4a为预焙阳极，4b为下料装置，4c为粉尘净化装置，4d为侧部碳块，4e为侧部耐火-保温层，4f为人造炉帮，4g为阴极铝液层，4h为阴极碳块，4i为炉底防渗-耐火-保温复合层，4j为电解槽钢壳，4k为阴极导电接头，4l为电解槽体钢结构预留电流导出窗口，4m为阴极软带，4n为阴极母线，4o为阴极系统，4p为电解槽体；

图5为一种铝-碳作为阴极的铝电解槽A-A剖面俯视示意图，其图中，4d为侧部碳块，4e为侧部耐火-保温层，4f为人造炉帮，4h为阴极碳块，4k为阴极导电接头，4l为电解槽体钢结构预留电流导出窗口，4m为阴极软带，4n为阴极母线，5a为阴极碳块间碳糊轧缝。

具体实施方式

一种铝-碳作为阴极的铝电解槽，其结构包括：预焙阳极4a、下料装置4b、粉尘净化装置4c；其特征在于其阴极系统的结构包括：电解槽体4p，该电解槽体4p为由侧部碳块4d、侧部耐火-保温层4e、阴极碳块4h、炉底防渗-耐火-保温复合层4i、电解槽钢壳4j构成的凹形槽体，槽壁内部边缘设有人造炉帮4f。

一种铝-碳作为阴极的铝电解槽，其结构包括：阴极炭块4h，该炭块为各设置在铝电解槽体4p的两端头槽帮内、与电解槽体4p侧槽帮内壁固接，炭块为密实结构，相邻两炭块之间用碳糊固结，炭块两端分别与阴极导电接头4k固结。

一种铝-碳作为阴极的铝电解槽，其结构包括：阴极导电接头4k，该导电接头位于阴极炭块4h端部与阴极软带4m之间，材质可以为：纯铜、A3钢、耐热钢、4J43合金，或者由其中两种及以上合金制成复合结构；阴极导电接头4k与电解槽体钢结构预留电流导出窗口4l之间采用碳素固结，阴极导电接头4k与阴极软带4m之间采用焊接连接，阴极导电接头4k与电解槽钢壳4j之间用高铝砖或者镁砖绝缘，相邻两导电接头之间用高铝砖或者镁砖分开，减少水平电流并防止电流集中；阴极导电接头4j的作用是将电流从阴极炭块引出，并阻断大气中的氧对阴极炭块的氧化。

一种铝-碳作为阴极的铝电解槽，其结构包括：阴极母线4n，该阴极母线通过阴极软带4m、阴极导电接头4k、电解槽体钢结构预留电流导出窗口4l与阴极炭块4h相连，形成阴极电流导出通道。

本发明的一种铝-碳作为阴极的铝电解槽，是“一种以铝-碳作为阴极的铝电解方法”的专利申请的专用电解槽阴极。铝电解生产时，铝电解槽可采用常规阳极系统、下料系统、粉尘净化系统、阴极母线系统，由于阴极是以无钢棒-无硼化钛涂层的铝液-炭块复合层，代替铝液-钢棒-炭块组阴极，消除了传统铝电解槽存在的碳-钢接触压降随着槽龄延长而增大的问题，由于取消传统通长阴极钢棒，炉底阴极压降显著降低，消除了因钢棒-炭块膨胀应力引起的阴极炉衬损坏问题，极大地降低电耗，并延长电解槽使用寿命。

本发明的一种铝-碳复合阴极铝电解槽的阴极，采用本发明阴极的铝电解槽，其阴极为炭块整体结构，电解槽在焙烧、启动以及冷热行程期间，槽底热应力极低，电解槽使用寿命长。由于取消了整根阴极导电钢棒，消除了因钢棒-炭块膨胀应力引起的阴极炉衬损坏问题，有利于提高电解槽使用寿命，具有很高的经济价值和社会效益。

以某型电解槽为例，降低炉底钢棒压降186mv、降低碳-钢接触压降69mv为例计算，吨铝降低电耗830kw·h；通过炭块扩散的电解液不会在碳-钢界面形成固体电解质绝缘层，使电解槽在整个寿命期内，炉底压降随槽龄的延长而降低，极大地降低铝电解电耗。消除了因钢棒-炭块膨胀应力引起的阴极炉衬损坏问题，极大地延长电解槽使用寿命。

Claims (1)

1.一种铝-碳作为阴极的铝电解槽，其结构包括：预焙阳极、下料装置、粉尘净化装置、阴极系统；其特征在于阴极系统的结构包括：电解槽体，该电解槽体为由侧部碳块、侧部耐火-保温层、阴极碳块、炉底防渗-耐火-保温复合层、电解槽钢壳构成的凹形槽体，槽壁内部边缘设有人造炉帮；阴极炭块，该炭块为各设置在铝电解槽体的两端头槽帮内、与电解槽体侧槽帮内壁固接，炭块为密实结构，相邻两炭块之间用碳糊固结，炭块两端分别与阴极导电接头固结；阴极导电接头，该导电接头位于阴极炭块端部与阴极软带之间，材质可以为：纯铜、A3钢、耐热钢、4J43合金，或者由其中两种及以上合金制成复合结构；阴极导电接头与电解槽体钢结构预留电流导出窗口之间采用碳素固结，阴极导电接头与阴极软带之间采用焊接连接，阴极导电接头与电解槽钢壳之间用高铝砖或者镁砖绝缘，相邻两导电接头之间用高铝砖或者镁砖分开，减少水平电流并防止电流集中；阴极母线，该阴极母线通过阴极软带、阴极导电接头、电解槽体钢结构预留电流导出窗口与阴极炭块相连，形成阴极电流导出通道。