專利名稱：具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁電解技術(shù)領(lǐng)域，特別涉一種具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電
解槽。
背景技術(shù)：
目前，工業(yè)上的純鋁主要是用冰晶石一氧化鋁熔鹽電解的方法生產(chǎn)的。其專用設(shè)備為內(nèi) 襯有炭質(zhì)材料的電解槽。此電解槽的鋼制外殼與炭質(zhì)內(nèi)襯之間為耐火材料和保溫磚。電解槽 的炭質(zhì)內(nèi)襯一般由炭磚(或塊)砌筑而成，炭磚(或塊)的材質(zhì)為具有較好的抗鈉和電解質(zhì) 腐蝕性能的無(wú)煙煤或石墨質(zhì)材料，或兩者的混合物。在它們之間的連接處用上述炭素材料制 成的炭糊進(jìn)行搗固。在電解槽底部炭塊的底部安置有鋼棒，并伸出電解槽的槽殼之外，此鋼 棒常稱為電解槽的陰極鋼棒。在電解槽的上方懸掛有用石油焦制成的炭質(zhì)陽(yáng)極，電解槽的陽(yáng) 極之上安置有金屬制成的陽(yáng)極導(dǎo)桿，通過此陽(yáng)極導(dǎo)桿可以將電流導(dǎo)入，在炭質(zhì)陰極和電解槽 的炭質(zhì)陽(yáng)極之間為溫度在940 970。C的冰晶石一氧化鋁電解質(zhì)熔體和熔融的金屬鋁液。此金 屬鋁液和電解質(zhì)熔體是互不相溶的，且鋁的密度大于電解質(zhì)熔體的密度，因此鋁在電解質(zhì)熔 體的下面與炭陰極接觸。當(dāng)直流電流從電解槽的炭質(zhì)陽(yáng)極導(dǎo)入，從炭質(zhì)陰極導(dǎo)出時(shí)，由于電 解質(zhì)熔體是離子導(dǎo)電體，便使溶解有氧化鋁的冰晶石熔體在兩極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。此反應(yīng)的 結(jié)果是含氧離子在陽(yáng)極上放電所生成的氧與炭陽(yáng)極上的炭反應(yīng)，其電解產(chǎn)物以C02的形式從 陽(yáng)極表面逸出。含鋁的離子在陰極上放電，從陰極上獲得3個(gè)電子，生成金屬鋁。此陰極反 應(yīng)是在電解槽中的金屬鋁液表面進(jìn)行的。電解槽陰極表面與炭陽(yáng)極底面之間的距離稱為電解 槽的極距。通常在工業(yè)鋁電解槽中，電解槽的極距為4~5cm。極距在通常的工業(yè)鋁電解生產(chǎn) 中是一個(gè)非常重要的工藝和技術(shù)參數(shù)，太高或太低的極距都對(duì)鋁電解生產(chǎn)影響，這是因?yàn)?br> 太低的極距會(huì)增加從陰極表面溶解到電解質(zhì)熔體中的金屬鋁與陽(yáng)極氣體的二次反應(yīng)，使 電流效率降低；
太高的極距會(huì)增加電解槽的槽電壓，使鋁電解生產(chǎn)的直流電耗增加。 作為鋁電解生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，希望電解槽有最高的電流效率和最低的電能消耗，鋁電解生產(chǎn)中， 其直流電耗可以用如下公式來(lái)表示
W(度電/噸鋁)=2980 X V平/CE (1)
式中V平為電解槽的平均槽電壓(伏)，CE為電解槽的電流效率(％) 從上式可以看出，為了降低鋁電解生產(chǎn)的電能消耗，可以通過提高電解槽的電流效率和 降低電解槽的平均槽電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。電解槽的槽電壓降低0.1伏，可使電解槽的直流電耗降低320度電/噸鋁左右。而電解槽 的電流效率每提高1%,可使直流電耗降低150度電/噸鋁左右?？梢?，在不影響電解槽電流 效率的情況下，降低槽電壓對(duì)鋁電解生產(chǎn)的意義極其的重大。如果既能降低槽電壓，又能提 高電解槽的電流效率，那么對(duì)降低鋁電解生產(chǎn)直流電耗的意義更大。
電解槽的極距是決定槽電壓大小的重要工藝和技術(shù)參數(shù)，就目前的工業(yè)電解槽而言，其 極距每降低lmm，約使槽電壓降低35mV左右，從(1)式可以看出，在不降低電解槽電流 效率的情況下，它可以使鋁電解生產(chǎn)的直流電耗每噸鋁降低100多度電。由此可見，在不影 響電流效率的情況下，降低極距，對(duì)鋁電解生產(chǎn)的電能消耗意義重大。通常工業(yè)鋁電解槽的 極距在4.0~5.0cm,其大小是用一個(gè)帶勾的cpl5mm左右的冷鋼纖豎直伸入電解槽的電解質(zhì)熔 體中并垂直地勾在陽(yáng)極底掌面上約一分鐘左右后，從電解槽中提出，利用鋁與電解質(zhì)的分界 面，觀測(cè)出鋁液面與陽(yáng)極底掌面之間的距離，因此用這種方法測(cè)出的極距并非是電解槽的真 正極距，這是因?yàn)殡娊獠蹆?nèi)的金屬鋁液面受電解槽內(nèi)電磁場(chǎng)力和陽(yáng)極氣體從陽(yáng)極逸出時(shí)，對(duì) 金屬鋁液面作用產(chǎn)生波動(dòng)。有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，電解槽陰極鋁液面波峰高度約在2.0cm左右。假如 電解槽沒有鋁液波動(dòng)，那么電解槽可在2.0~3.0cm的極距下進(jìn)行電解生產(chǎn)。這樣，可使槽電 壓降低0.7-1.0伏，從而達(dá)到使電解槽節(jié)電2000~3000度電/噸鋁的目標(biāo)。
基于這種理論，馮乃祥發(fā)明了一種其陰極炭塊表面沿炭塊的縱向方向，即系列電流方向 相一致的方向，具有突起墻體的陰極炭塊，及其由這種陰極炭塊所砌成的一種異型陰極炭塊 結(jié)構(gòu)鋁電解槽。這種電解槽已在重慶天泰鋁業(yè)大型電解槽上進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)電解槽的槽電壓 由原來(lái)的4.1伏降低到3.8伏，取得了明顯的節(jié)電效果。但試驗(yàn)結(jié)果也發(fā)現(xiàn)(l)這種電解槽 的陰極結(jié)構(gòu)具有能消減來(lái)自電解槽縱向方向，即與系列電流相垂直方向鋁液波動(dòng)的功能，但 不能消減來(lái)自電解槽橫向方向鋁液的波動(dòng)。(2)陰極炭塊表面凸起的墻體與陰極炭塊基體相 結(jié)合的地方應(yīng)力差較大，凸起容易在此處斷裂，斷裂的突起容易給電解槽的操作帶來(lái)影響， 并降低電解槽壽命。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述的異型陰極炭塊結(jié)構(gòu)鋁電解槽的不足和所存在的問題，本發(fā)明提供一種具有縱 向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽。
本發(fā)明的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽包括電解槽槽殼、保溫材料、 底部耐火磚和保溫磚、陰極炭塊、側(cè)部碳磚、炭素?fù)v固糊、耐火混凝土和陰極鋼棒。其中陰 極炭塊的頂面帶有一個(gè)以上凸起結(jié)構(gòu)，每個(gè)凸起結(jié)構(gòu)與陰極炭塊連成一體，各凸起結(jié)構(gòu)的排 列方式為平行陰極炭塊軸向、垂直陰極炭塊軸向或者兩者混合排列，其中垂直于陰極炭塊軸向的凸起結(jié)構(gòu)為橫向凸起結(jié)構(gòu)，平行于陰極炭塊軸向的凸起結(jié)構(gòu)為縱向凸起結(jié)構(gòu)。
凸起結(jié)構(gòu)陰極炭塊的材質(zhì)與傳統(tǒng)的電解槽陰極炭塊相同，由無(wú)煙煤、人造石墨碎或者無(wú)
煙煤和人造石墨碎的混和料制成，或者是石墨化或半石墨化的陰極炭塊。
凸起結(jié)構(gòu)橫截面為梯形或矩形梯形混合體，其中*截面為矩形梯形混合體時(shí)，矩形在梯
形的上面。
陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)的橫截面寬度根據(jù)陰極炭塊基體的寬度設(shè)置，在陰極炭塊基體的 寬度為400mm的情況下，橫向凸起結(jié)構(gòu)橫截面的上部寬度為150~250mm，下部的寬度為 200 300mrn;縱向凸起結(jié)構(gòu)分為單行排列和雙行排列，單行排列時(shí)，縱向凸起結(jié)構(gòu)橫截面的 上部寬度為150~250mm，下部的寬度為200~300mm;雙行排列時(shí)，縱向凸起結(jié)構(gòu)橫截面的 上部寬度為80 120rnrn;縱向凸起結(jié)構(gòu)橫截面的高度為80 160mrn，在陰極炭塊基體寬度增 加的情況下，凸起結(jié)構(gòu)的橫截面尺寸按比例增加。
當(dāng)陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)全部為橫向凸起結(jié)構(gòu)時(shí)，相鄰的兩個(gè)陰極炭塊上的各個(gè)橫向凸 起結(jié)構(gòu)相互交錯(cuò)，橫向凸起結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度與陰極炭塊基體的寬度相同或小于炭塊基體寬度 40~60mm;同一陰極炭塊上相鄰橫向凸起結(jié)構(gòu)之間的最小距離為300~500mm;最靠近出鋁口 的陰極炭塊上中間位置為兩個(gè)橫向凸起結(jié)構(gòu)之間的空隙。
當(dāng)陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)全部為縱向凸起結(jié)構(gòu)時(shí)，各個(gè)縱向凸起結(jié)構(gòu)的軸線與陰極炭塊 基體的軸向平行，其長(zhǎng)度按每個(gè)陰極炭塊排列不少于兩個(gè)縱向凸起結(jié)構(gòu)設(shè)置，且位于兩端的 縱向凸起結(jié)構(gòu)底部與陰極炭塊兩端的距離為30 50mrn;縱向凸起結(jié)構(gòu)位于陰極炭塊基體中心 的兩側(cè)，中間的兩個(gè)縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的空隙正對(duì)出鋁口，同一陰極炭塊上相鄰的縱向凸起 結(jié)構(gòu)之間的最小距離為100 200mrn。
當(dāng)陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)的排列方式為混合排列時(shí)，橫向凸起結(jié)構(gòu)與縱向凸起結(jié)構(gòu)高度 一致，橫向凸起結(jié)構(gòu)與縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的距離為3(M00mm;位于陰極炭塊基體中間位置 的凸起結(jié)構(gòu)為橫向凸起結(jié)構(gòu)，在與出鋁口最靠近的陰極炭塊上，位于出鋁口附近的橫向凸起 結(jié)構(gòu)與陰極炭塊基體外側(cè)面的最小距離為30 300rnm;陰極炭塊基體的外側(cè)面為該陰極炭塊 面向出鋁口槽內(nèi)襯的側(cè)面。其中混合排列的橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)分為間斷設(shè)置和連 續(xù)設(shè)置，間斷設(shè)置時(shí)，橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的距離為30~100m,連續(xù)設(shè)置時(shí)， 橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)連接在一起。
當(dāng)陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)的排列方式為混合排列時(shí)，縱向凸起結(jié)構(gòu)分為單行排列和雙行 排列，單行排列時(shí)，每個(gè)陰極炭塊上的縱向凸起結(jié)構(gòu)和橫向凸起結(jié)構(gòu)交錯(cuò)排列；雙行排列時(shí)， 每個(gè)陰極炭塊上的每?jī)蓚€(gè)并列的縱向凸起結(jié)構(gòu)為一組，每組縱向凸起結(jié)構(gòu)和每個(gè)橫向凸起結(jié)構(gòu)交錯(cuò)排列， 一組凸起結(jié)構(gòu)之間的最小距離為30 100mrn。其中混合排列的橫向凸起結(jié)構(gòu)和 縱向凸起結(jié)構(gòu)分為間斷設(shè)置和連續(xù)設(shè)置，間斷設(shè)置時(shí)，橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的 距離為30 100mrn，連續(xù)設(shè)置時(shí)，橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)連接在一起。 位于出鋁口附近的陰極炭塊設(shè)置可保證出鋁口操作方便。
本發(fā)明的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽結(jié)構(gòu)中，凸起結(jié)構(gòu)陰極炭塊 的制作方法為釆用現(xiàn)行的制作陰極炭塊的材料，用振動(dòng)成型的方法制作成所需形狀的生坯 料，然后經(jīng)焙燒制得；或者先用振動(dòng)成型的方法制作長(zhǎng)方體坯料，再進(jìn)行焙燒后，用機(jī)械加 工制成所需形狀。
本發(fā)明的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽結(jié)構(gòu)為電解槽槽殼內(nèi)的側(cè) 部為側(cè)部碳磚，電解槽內(nèi)的槽底陰極由不少于8個(gè)表面具有凸起結(jié)構(gòu)的陰極炭塊構(gòu)成，相鄰 陰極炭塊的之間留有20 40mm的縫隙，其間用炭素?fù)v固糊搗固；側(cè)部碳磚之下，底部耐火磚 和保溫磚之上用耐火混凝土搗固，在側(cè)部碳磚與陰極炭塊之間用炭素?fù)v固糊搗固；在陰極炭 塊的下面連接陰極鋼棒，此陰極鋼棒的兩端伸出電解槽槽殼之外，用作電解槽的陰極。
由于本發(fā)明的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽在其槽底內(nèi)襯上采用了 其表面具有凸起結(jié)構(gòu)的陰極炭塊，此陰極炭塊下部非凸起結(jié)構(gòu)的炭塊基體的寬度大于上面凸 起結(jié)構(gòu)的寬度，且炭素?fù)v固糊只搗固在陰極炭塊的非凸起結(jié)構(gòu)的基體之間，因此在電解槽的 底部出現(xiàn)了由上表面具有凸起的陰極炭塊的凸起結(jié)構(gòu)所形成的一排排凸起結(jié)構(gòu)，這些凸起結(jié) 構(gòu)是電解槽陰極炭塊的組成部分。
本發(fā)明中側(cè)部碳磚材質(zhì)為無(wú)煙煤、人造石墨碎、無(wú)煙煤與人造石墨碎的混和料或者炭化 硅材料。
本發(fā)明的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽中，在相鄰的兩個(gè)陰極炭塊 之間設(shè)置沉淀槽，沉淀槽設(shè)置的方式為在陰極炭塊基體上表面的兩個(gè)側(cè)邊設(shè)置角形溝槽， 相鄰的兩個(gè)陰極炭塊上相對(duì)的兩個(gè)角形溝槽與炭素?fù)v固糊的頂面共同形成凹形沉淀槽，在電 解生產(chǎn)中沉淀槽內(nèi)填充由冰晶石和氧化鋁組成的沉淀物防止鋁液熔化陰極鋼棒，角形溝槽相 對(duì)于陰極炭塊基體的上表面深度為20~50mm，寬度為20~50mm，長(zhǎng)度與陰極炭塊長(zhǎng)度一致； 沉淀槽深度為20~50mm，寬度為80 140rnrn。
本發(fā)明的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽的結(jié)構(gòu)同現(xiàn)行工業(yè)鋁電解槽 相似，所不同的是在電解槽底部陰極炭塊的形狀與結(jié)構(gòu)上與現(xiàn)行電解槽截然不同，除此之外， 具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽其側(cè)部和底部較比現(xiàn)行的電解槽具有更好 的保溫設(shè)計(jì)。采用本發(fā)明的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽生產(chǎn)金屬鋁的方法如
下
1、 提供具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽；
2、 用火焰焙燒或先火焰后鋁液焙燒的焙燒方法實(shí)施對(duì)本發(fā)明的具有縱向和橫向減波功
能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽焙燒，焙燒終了時(shí)按與現(xiàn)行的電解槽啟動(dòng)方法啟動(dòng)電解槽。
3、 在電解槽啟動(dòng)后的正常生產(chǎn)技術(shù)管理中，電解槽中的鋁液水平從凸起結(jié)構(gòu)的上表面 算起,其高度在出鋁后為10 50mm。正常的生產(chǎn)中電解槽的極距為25 40mm，槽電壓為3.3 3.9 伏。
4、 在電解過程中，陰極炭塊基體之間炭素?fù)v固糊上面的氧化鋁電解質(zhì)沉淀槽中，充滿 主要由冰晶石和氧化鋁組成的沉淀物，此沉淀物在電解溫度下熔化封閉燒結(jié)后的炭素?fù)v固糊 之間的裂縫，可以防止鋁液熔化陰極鋼棒，導(dǎo)致電解槽破損。除次以外，在正常生產(chǎn)中，本 發(fā)明提供的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽所有的其它工藝和技術(shù)條件與 現(xiàn)行的陰極結(jié)構(gòu)的鋁電解槽均相同，這些技術(shù)條件是電解質(zhì)水平15 25cm，電解質(zhì)分子比 2.0-2.8，氧化鋁濃度1.5~5%，電解質(zhì)溫度935 975。C。
在上述的工藝技術(shù)條件下，在電解槽陰極上所發(fā)生的電解反應(yīng)為
Al3+(絡(luò)合的)+3e二Al。
采用本發(fā)明的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽可以減緩電解槽內(nèi)陰極 鋁液的流動(dòng)速度和降低鋁液縱向的和橫向的波動(dòng)高度，達(dá)到提高鋁電解槽的金屬鋁液面的穩(wěn) 定性，減少鋁的溶解損失，提高電流效率和減少極距，降低槽電壓和鋁電解生產(chǎn)電能消耗， 以及能提高凸起的墻體與基體之間相連接處的強(qiáng)度，減少其破損，提高其使用壽命的目的。 凸起結(jié)構(gòu)的梯形或梯形矩形混合體的設(shè)置方式可以保證凸起結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度。本發(fā)明具有 良好的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽示意圖； 圖2為圖1的B-B面示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽示意圖； 圖4為圖3的B-B面示意圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽示意圖； 圖6為圖5的B-B面示意圖7為本發(fā)明實(shí)施例4的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽示意圖；圖8為圖7的B-B面示意圖9為本發(fā)明實(shí)施例5的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽示意圖； 圖10為圖9的B-B面示意圖11為本發(fā)明實(shí)施例中梯形橫向凸起結(jié)構(gòu)橫截面示意圖12為本發(fā)明實(shí)施例中梯形矩形混合體橫向凸起結(jié)構(gòu)橫截面示意圖13為本發(fā)明實(shí)施例中單行排列梯形縱向凸起結(jié)構(gòu)橫截面示意圖14為本發(fā)明實(shí)施例中單行排列梯形矩形混合體縱向凸起結(jié)構(gòu)橫截面示意圖15為本發(fā)明實(shí)施例中雙行排列梯形縱向凸起結(jié)構(gòu)橫截面示意圖16為本發(fā)明實(shí)施例中雙行排列梯形矩形混合體縱向凸起結(jié)構(gòu)橫截面示意圖中1、電解槽槽殼，2、保溫材料，3、底部耐火磚和保溫磚，4、陰極炭塊，5、側(cè)部
^磚，6、炭素?fù)v固糊，7、耐火混凝土， 8、陰極鋼棒。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l
采用的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽如圖1和圖2所示，該鋁電解 槽的外面是一個(gè)鋼制的電解槽槽殼1;電解槽槽殼1的保溫材料2為石棉板，在保溫材料2 的底部石棉板之上鋪設(shè)底部耐火磚和保溫磚3;在底部耐火磚和保溫磚3之上為上表面具有 凸起結(jié)構(gòu)的陰極炭塊4和陰極鋼棒8。
電解槽內(nèi)的側(cè)部為側(cè)部碳磚5，電解槽內(nèi)的槽底陰極內(nèi)襯由不少于8個(gè)底部安裝有陰極 鋼棒8的帶有凸起結(jié)構(gòu)的陰極炭塊4構(gòu)成，每個(gè)陰極炭塊4橫放在電解槽中，即陰極炭塊4 的長(zhǎng)度方向與電解槽的長(zhǎng)度方向垂直，相鄰陰極炭塊4的之間留有20 40mm的縫隙，其間用 炭素?fù)v固糊6搗固。側(cè)部碳磚5之下，底部耐火材料和保溫材料3之上用耐火混凝土 7搗固， 在側(cè)部碳磚5與陰極炭塊4之間用炭素?fù)v固糊6搗固。在陰極炭塊4的下面有槽，用于安裝 陰極鋼棒8，陰極鋼棒8的兩端伸出電解槽槽殼1之外，用作電解槽的陰極。
凸起結(jié)構(gòu)陰極鋁電解槽中每個(gè)陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)為橫向凸起結(jié)構(gòu)，同一陰極炭塊上 相鄰橫向凸起結(jié)構(gòu)之間的距離為300~500mm;相鄰兩個(gè)陰極炭塊上的橫向凸起結(jié)構(gòu)交錯(cuò)設(shè) 置。
陰極炭塊4的橫向凸起結(jié)構(gòu)橫截面如圖11所示，橫向凸起結(jié)構(gòu)橫截面為梯形，上表面部 分寬度為150 250rnm，下部與炭塊基體連接部分寬度為200~300mm，長(zhǎng)度與陰極炭塊基體 寬度相同。
其中在與出鋁口最靠近的陰極炭塊上，出鋁口正對(duì)兩個(gè)橫向凸起結(jié)構(gòu)之間的空隙。凸起結(jié)構(gòu)陰極炭塊的制作方法為采用現(xiàn)行的制作陰極炭塊的材料，用振動(dòng)成型的方法 制作成所需形狀的生坯料，然后經(jīng)焙燒制得；或者先用振動(dòng)成型的方法制作長(zhǎng)方體坯料，再
進(jìn)行焙燒后，用機(jī)械加工的制成所需形狀。
采用該具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，用火焰焙燒或先火焰后鋁液 焙燒的焙燒方法實(shí)施對(duì)本發(fā)明的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽焙燒，焙 燒終了時(shí)按與現(xiàn)行的電解槽啟動(dòng)方法啟動(dòng)電解槽。
在電解槽啟動(dòng)后的正常生產(chǎn)技術(shù)管理中，電解槽中的鋁液水平從凸起結(jié)構(gòu)的上表面算
起，其高度在出鋁后為10~50mm，正常的生產(chǎn)中電解槽的極距為25 40mrn，槽電壓為3.3~3.9 伏。
鋁電解槽的底表面兩個(gè)陰極炭塊基體之間炭素?fù)v固糊上面的氧化鋁電解質(zhì)沉淀槽中，填 充部分粉狀氧化鋁和粉狀冰晶石，在電解溫度下，冰晶石熔化而封閉槽底糊中的裂紋和裂縫， 防止鋁液從這些裂紋和裂縫中進(jìn)入槽底，熔化陰極鋼棒，導(dǎo)致電解槽破損。除上述所指出的 兩點(diǎn)外，在正常生產(chǎn)中，本發(fā)明提供的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽所 有的其它工藝和技術(shù)條件與現(xiàn)行的陰極結(jié)構(gòu)的鋁電解槽均相同，這些技術(shù)條件是電解質(zhì)水 平15 25cm，電解質(zhì)分子比2.0 2.8，氧化鋁濃度1.5~5%，電解質(zhì)溫度935~975°C 。
通過測(cè)試，本發(fā)明的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽在工作時(shí)金屬鋁 液面穩(wěn)定，電能消耗低，使用壽命明顯提高。 實(shí)施例2
采用的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽如圖3和圖4所示，電解槽整 體結(jié)構(gòu)同實(shí)施例i，不同點(diǎn)在于陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)為橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)混合 排列，每個(gè)陰極炭塊基體上的橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)交錯(cuò)排列，其中橫向凸起結(jié)構(gòu)為 l個(gè)，長(zhǎng)度與陰極炭塊基體的寬度相同；縱向凸起結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度按每個(gè)陰極炭塊基體排列2個(gè)凸 起結(jié)構(gòu)設(shè)置，在一個(gè)陰極炭塊上，位于兩端的縱向凸起結(jié)構(gòu)底部與陰極炭塊兩端的距離為 30 50mm;其中同一陰極炭塊上相鄰橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的距離為30 100mrn。
陰極炭塊4的橫向凸起結(jié)構(gòu)橫截面如圖12所示，縱向凸起結(jié)構(gòu)橫截面如圖14所示，凸 起結(jié)構(gòu)橫截面為矩形梯形混合體，每個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的上表面寬度為150 250mrn，其下部與陰極 炭塊基體相連接部分的寬度為200 300mrn，凸起結(jié)構(gòu)的高度為80~160mm，下部梯形的高度 為凸起結(jié)構(gòu)總高度的l/3以上。
在與出鋁口最靠近的陰極炭塊上，位于出鋁口附近的橫向凸起結(jié)構(gòu)位于陰極炭塊中心， 與陰極炭塊基體外側(cè)面的最小距離為200 300mm:其中陰極炭塊基體的外側(cè)面為該陰極炭塊面向出鋁口槽內(nèi)襯的側(cè)面。
陰極炭塊基體與陰極炭塊基體之間的炭素?fù)v固糊6上面有一個(gè)氧化鋁電解質(zhì)的沉淀槽， 沉淀槽深為30 60mrn,寬80~ 120mm，長(zhǎng)度貫通于陰極炭塊與陰極炭塊之間的接縫。沉淀槽 溝在電解生產(chǎn)過程中被氧化鋁電解質(zhì)沉淀填充。
采用該具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽工作方法同實(shí)施例l。 實(shí)施例3
采用的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽如圖5和圖6所示，電解槽整 體結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)為混合排列，每個(gè)陰極炭塊基體上的 凸起結(jié)構(gòu)按橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)交錯(cuò)排列，其中橫向凸起結(jié)構(gòu)為3個(gè)，長(zhǎng)度與陰極 炭塊基體的寬度相同；縱向凸起結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度按每個(gè)陰極炭塊基體排列4個(gè)凸起結(jié)構(gòu)設(shè)置，在一 個(gè)陰極炭塊上，且位于兩端的縱向凸起結(jié)構(gòu)底部與陰極炭塊兩端的距離為30 50mm;其中同 一陰極炭塊上相鄰?fù)蛊鸾Y(jié)構(gòu)之間的距離為30 100mrn。
陰極炭塊4的縱向凸起結(jié)構(gòu)橫截面如圖13所示，橫向凸起結(jié)構(gòu)橫截面如圖ll所示，凸 起結(jié)構(gòu)橫截面為梯形，每個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的上表面寬度為150 250rnrn，其下部與陰極炭塊基體相 連接部分的寬度為200 300mrn，凸起結(jié)構(gòu)的高度為80 160mrn,其中位于陰極炭塊中心位置 的橫向凸起結(jié)構(gòu)的上表面寬度為150~200mm。
在與出鋁口最靠近的陰極炭塊上，位于出鋁口附近的橫向凸起結(jié)構(gòu)位于陰極炭塊中心， 與陰極炭塊基體外側(cè)面的最小距離為200 300mm:其中陰極炭塊基體的外側(cè)面為該陰極炭塊 面向出鋁口槽內(nèi)襯的側(cè)面。
陰極炭塊基體與陰極炭塊基體之間的炭素?fù)v固糊6上面有一個(gè)氧化鋁電解質(zhì)的沉淀槽， 沉淀槽深為30~60mm，寬80~ 120mm，長(zhǎng)度貫通于陰極炭塊與陰極炭塊之間的接縫。沉淀槽 溝在電解生產(chǎn)過程中被氧化鋁電解質(zhì)沉淀填充。
采用該具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽工作方法同實(shí)施例l。 實(shí)施例4
采用的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽如圖7和圖8所示，電解槽整 體結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)為縱向凸起結(jié)構(gòu)，且縱向凸起結(jié)構(gòu)位 于陰極炭塊基體的頂面正中。每個(gè)縱向凸起結(jié)構(gòu)為2個(gè)，位于兩端的縱向凸起結(jié)構(gòu)與陰極炭 塊兩端之間有3(K50mm的距離，同一陰極炭塊上相鄰縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的距離為 100~200mm。
陰極炭塊4的縱向凸起結(jié)構(gòu)如圖14所示，橫截面為梯形矩形混合體，上表面部分寬度為150~250mm，下部與炭塊基體連接部分寬度為200~300mm，凸起結(jié)構(gòu)的高度為80~160mm，
下部梯形的高度為凸起結(jié)構(gòu)總高度的1/3以上。
縱向凸起結(jié)構(gòu)位于陰極炭塊基體中心的兩側(cè)，兩個(gè)縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的空隙正對(duì)出鋁口。 陰極炭塊基體與陰極炭塊基體之間的炭素?fù)v固糊6上面有一個(gè)氧化鋁電解質(zhì)的沉淀槽，
沉淀槽深為30~60mm，寬80~120mm，長(zhǎng)度貫通于陰極炭塊與陰極炭塊之間的接縫。沉淀槽
溝在電解生產(chǎn)過程中被氧化鋁電解質(zhì)沉淀填充。
采用該具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽工作方法同實(shí)施咧l。
實(shí)施例5
采用的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽如圖9和圖IO所示，電解槽整 體結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1,不同點(diǎn)在于陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)為混合排列，其中橫向凸起結(jié)構(gòu)為1 個(gè)，長(zhǎng)度與陰極炭塊基體的寬度相同；縱向凸起結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度按每個(gè)陰極炭塊基體排列4個(gè)凸起 結(jié)構(gòu)設(shè)置，按雙行排列，每?jī)蓚€(gè)并列的縱向凸起結(jié)構(gòu)為一組，共兩組縱向凸起結(jié)構(gòu)，每組縱 詢凸起結(jié)構(gòu)與1個(gè)橫向凸起結(jié)構(gòu)交錯(cuò)排列。
每個(gè)陰極炭塊基體上的凸起結(jié)構(gòu)為5個(gè)，位于兩端的縱向凸起結(jié)構(gòu)與陰極炭塊兩端之間 有30~50mm的距離，橫向凸起結(jié)構(gòu)與每組縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的距離為30~100mm。
位于陰極炭塊中間位置的凸起結(jié)構(gòu)為橫向凸起結(jié)構(gòu)。位于出鋁口端的橫向凸起結(jié)構(gòu)與陰 極炭塊基體外側(cè)面的最小距離為200 300mrn;其中陰極炭塊基體的外側(cè)面為該陰極炭塊面向 出鋁口槽內(nèi)襯的側(cè)面。
陰極炭塊的縱向凸起結(jié)構(gòu)如圖16所示，橫向凸起結(jié)構(gòu)如圖12所示，橫截面為梯形矩形 混合體，縱向凸起結(jié)構(gòu)上表面部分寬度為80 120mrn，橫向凸起結(jié)構(gòu)橫截面上表面寬度為 150~200mm，縱向凸起結(jié)構(gòu)和橫向凸起結(jié)構(gòu)的高度為80~160mm,每組縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的 距離為30 100rnrn，下部梯形的高度為凸起結(jié)構(gòu)總高度的1/3以上。
采用該具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽工作方法同實(shí)施例l。
權(quán)利要求
1、一種具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，包括電解槽槽殼、電解槽內(nèi)襯、耐火材料、陰極炭塊、內(nèi)襯碳磚、炭素?fù)v固糊、耐火混凝土和陰極碳棒，其特征在于陰極炭塊的頂面帶有一個(gè)以上凸起結(jié)構(gòu)，每個(gè)凸起結(jié)構(gòu)與陰極炭塊連成一體，各凸起結(jié)構(gòu)的排列方式為平行陰極炭塊軸向、垂直陰極炭塊軸向或者兩者混合排列，其中垂直于陰極炭塊軸向的凸起結(jié)構(gòu)為橫向凸起結(jié)構(gòu)，平行于陰極炭塊軸向的凸起結(jié)構(gòu)為縱向凸起結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，其特 征在于所述的凸起結(jié)構(gòu)橫截面為梯形或矩形梯形混合體，其中橫截面為矩形梯形混合體時(shí)， 矩形在梯形的上面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，其特 征在于所述的陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)的橫截面寬度根據(jù)陰極炭塊基體的寬度設(shè)置，在陰極炭塊基體的寬度為400mm的情況下，橫向凸起結(jié)構(gòu)橫截面的上部寬度為150~250mm，下部的 寬度為200~300mm;縱向凸起結(jié)構(gòu)分為單行排列和雙行排列，單行排列時(shí)，縱向凸起結(jié)構(gòu)橫 截面的上部寬度為150 250mrn，下部的寬度為200 300rnm;雙行排列時(shí)，縱向凸起結(jié)構(gòu)橫 截面的上部寬度為80~120mm;縱向凸起結(jié)構(gòu)橫截面的高度為80~160mm，在陰極炭塊基體 寬度增加的情況下，凸起結(jié)構(gòu)的橫截面尺寸按比例增加。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，其特征 在于當(dāng)陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)全部為橫向凸起結(jié)構(gòu)時(shí)，相鄰的兩個(gè)陰極炭塊上的各個(gè)橫向凸 起結(jié)構(gòu)相互交錯(cuò)，橫向凸起結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度與陰極炭塊基體的寬度相同或小于炭塊基體寬度 40~60mm;同一陰極炭塊上相鄰橫向凸起結(jié)構(gòu)之間的最小距離為30(K500mm;最靠近出鋁口 的陰極炭塊上中間位置為兩個(gè)橫向凸起結(jié)構(gòu)之間的空隙。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，其特征 在于當(dāng)陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)全部為縱向凸起結(jié)構(gòu)時(shí)，各個(gè)縱向凸起結(jié)構(gòu)的軸線與陰極炭塊 基體的軸向平行，其長(zhǎng)度按每個(gè)陰極炭塊排列不少于兩個(gè)縱向凸起結(jié)構(gòu)設(shè)置，且位于兩端的 縱向凸起結(jié)構(gòu)底部與陰極炭塊兩端的距離為30~50mm;縱向凸起結(jié)構(gòu)位于陰極炭塊基體中心 的兩側(cè)，中間的兩個(gè)縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的空隙正對(duì)出鋁口，同一陰極炭塊上相鄰的縱向凸起 結(jié)構(gòu)之間的最小距離為10(K200mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，其特征 在于當(dāng)陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)的排列方式為混合排列時(shí)，橫向凸起結(jié)構(gòu)與縱向凸起結(jié)構(gòu)高度 一致，橫向凸起結(jié)構(gòu)與縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的距離為3(M00mm;位于陰極炭塊基體中間位置 的凸起結(jié)構(gòu)為橫向凸起結(jié)構(gòu)，在與出鋁口最靠近的陰極炭塊上，位于出鋁口附近的橫向凸起 結(jié)構(gòu)與陰極炭塊基體外側(cè)面的最小距離為200 300mm;陰極炭塊基體的外側(cè)面為該陰極炭塊面向出鋁口槽內(nèi)襯的側(cè)面；其中混合排列的橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)分為間斷設(shè)置和連 續(xù)設(shè)置，間斷設(shè)置時(shí)，橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的距離為30 100mm，連續(xù)設(shè)置時(shí)， 橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)連接在一起。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，其特征 在于當(dāng)陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)的排列方式為混合排列時(shí)，縱向凸起結(jié)構(gòu)分為單行排列和雙行 排列，單行排列時(shí)，每個(gè)陰極炭塊上的縱向凸起結(jié)構(gòu)和橫向凸起結(jié)構(gòu)交錯(cuò)排列；雙行排列時(shí)， 每個(gè)陰極炭塊上的凸起結(jié)構(gòu)為四個(gè)縱向凸起結(jié)構(gòu)和一個(gè)橫向凸起結(jié)構(gòu)，每個(gè)陰極炭塊上的兩 個(gè)并列的縱向凸起結(jié)構(gòu)為一組，每?jī)山M縱向凸起結(jié)構(gòu)和位于陰極炭塊正中的橫向凸起結(jié)構(gòu)交 錯(cuò)排列， 一組凸起結(jié)構(gòu)之間的最小距離為30 100mm;其中混合排列的橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向 凸起結(jié)構(gòu)分為間斷設(shè)置和連續(xù)設(shè)置，間斷設(shè)置時(shí)，橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)之間的距離 為30 100mm，連續(xù)設(shè)置時(shí)，橫向凸起結(jié)構(gòu)和縱向凸起結(jié)構(gòu)連接在一起。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，其特 征在于所述的電解槽槽殼內(nèi)的側(cè)部為側(cè)部碳磚，電解槽內(nèi)的槽底陰極由不少于8個(gè)具有凸起 結(jié)構(gòu)的陰極炭塊構(gòu)成，相鄰陰極炭塊的之間留有20 40mm的縫隙，其間用炭素?fù)v固糊搗固， 側(cè)部的內(nèi)襯碳磚之下，底部耐火磚和保溫磚之上用耐火混凝土搗固，在側(cè)部碳磚與陰極炭塊 之間用炭素?fù)v固糊搗固；在陰極炭塊的下面連接陰極鋼棒，此陰極鋼棒的兩端伸出電解槽槽 殼之外，用作電解槽的陰極；在相鄰的兩個(gè)陰極炭塊之間設(shè)置沉淀槽，沉淀槽設(shè)置的方式為 在陰極炭塊基體上表面的兩個(gè)側(cè)邊設(shè)置角形溝槽，相鄰的兩個(gè)陰極炭塊上相對(duì)的兩個(gè)角形溝 槽與炭素?fù)v固糊的頂面共同形成凹形沉淀槽，在電解生產(chǎn)中沉淀槽內(nèi)填充由冰晶石和氧化鋁組成的沉淀物防止鋁液熔化陰極鋼棒，角形溝槽相對(duì)于陰極炭塊基體的上表面深度為 20~50mm，寬度為20~50mm，長(zhǎng)度與陰極炭塊長(zhǎng)度一致；沉淀槽深度為20~50mm，寬度為 80~140mm。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，其特 征在于所述的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極'結(jié)構(gòu)鋁電解槽在正常生產(chǎn)時(shí)，電解槽中所 有陰極表面的凸起結(jié)構(gòu)都要浸沒于鋁液中，鋁液的上面為電解質(zhì)熔體，鋁液面的高度要高于 凸起的上表面在出鋁后為10 50mm;電解槽的工作電壓在3.3~3.9伏。 '
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，其特 征在于所述的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽的制作方法為采用現(xiàn)行的 制作陰極炭塊的材料，用振動(dòng)成型的方法制作成所需形狀的生坯料，然后經(jīng)焙燒制得；或者 先用振動(dòng)成型的方法制作長(zhǎng)方體坯料，再進(jìn)行焙燒后，用機(jī)械加工制成所需形狀。
全文摘要
一種具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，包括電解槽槽殼、電解槽內(nèi)襯、耐火材料、陰極炭塊、內(nèi)襯碳磚、炭素?fù)v固糊、耐火混凝土和陰極碳棒，其特征在于陰極炭塊的頂面帶有一個(gè)以上凸起結(jié)構(gòu)，每個(gè)凸起結(jié)構(gòu)與陰極炭塊連成一體，各凸起結(jié)構(gòu)的排列方式為平行陰極炭塊軸向、垂直陰極炭塊軸向或者兩者混合排列。本發(fā)明的具有縱向和橫向減波功能的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽可以減緩電解槽內(nèi)橫向和縱向的陰極鋁液流動(dòng)速度和降低橫向和縱向鋁液面波動(dòng)的高度，提高鋁金屬鋁液面的穩(wěn)定性，減少鋁的溶解損失，降低鋁電解生產(chǎn)電能消耗，延長(zhǎng)了新型陰極結(jié)構(gòu)電解槽的壽命。
文檔編號(hào)C25C3/00GK101413136SQ20081022801
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者馮乃祥 申請(qǐng)人:馮乃祥