專利名稱：槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，屬于鋁電解槽技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前用于鋁工業(yè)生產(chǎn)的Hall-Heroult電解槽使用炭素陽極和炭塊陰極，通過 電解熔融的氧化鋁生產(chǎn)鋁，電解質(zhì)主要由冰晶石和氧化鋁熔體組成，另外還有 溶解在其中的氟化鋁和其它氟化鹽。電解析出的鋁蓄積在槽底炭塊陰極上部， 形成鋁液層，并作為陰極的一部分。由于電解槽內(nèi)的鋁液受到車間內(nèi)電磁場的 影響而運(yùn)動(dòng)，需要保持一定高度的鋁液，減少與電解質(zhì)接觸界面的波動(dòng)。目前 工業(yè)電解槽保持的鋁液水平通常為10~30cm之間，在此情況下，仍需要保持 4.5cm左右的極距，極距的高低主要受到電解槽穩(wěn)定性的影響，在現(xiàn)有電解槽的 陰極結(jié)構(gòu)和磁場條件下，進(jìn)一步優(yōu)化磁場分布提高電解槽的穩(wěn)定性，進(jìn)而降低 極距已經(jīng)成為一件非常困難的事情。
現(xiàn)有的Hall-Heroult鋁電解槽，根據(jù)尺寸和電解工藝的不同都存在一個(gè)普遍 的問題就是電能效率較低， 一般在45 50%之間，其余的電能都轉(zhuǎn)化為熱能散 失掉了?，F(xiàn)有鋁電解槽的極距一般都在4.5cm左右，造成電能效率低的主要原 因就在于現(xiàn)有普通預(yù)焙槽由于磁場造成的鋁液波動(dòng)，因此為了保證電解槽的穩(wěn) 定生產(chǎn)往往需要保持較大的極距。
另外，現(xiàn)有電解槽的陰極鋼棒水平安裝在陰極炭塊的底部，電流通過鋁液 進(jìn)入陰極炭塊后逐漸向陰極鋼棒的端頭匯集，導(dǎo)致鋁液中產(chǎn)生較大的水平電流， 水平電流是影響電解槽穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，因此，提高電解槽穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素是消除水平電流；此種陰極結(jié)構(gòu)，電流流經(jīng)陰極的路徑長，陰極鋼 棒與陰極炭塊的接觸電阻大，導(dǎo)致陰極壓降高，這也是造成現(xiàn)有電解槽能耗高，
電能效率較低的一個(gè)因素。
電能效率低造成了工業(yè)電解槽上巨大電能無謂的消耗，鋁電解槽節(jié)能降耗 的手段有兩種， 一種是提高電流效率，另一種就是降低極距，降低槽電壓。而 現(xiàn)有的電解槽，電流效率大都在90~96%之間，提高電流效率的空間有限。目前 鋁電解槽極距一般在4.5 5cm左右，極距帶來的壓降約為總能耗的40%，極距 的降低給節(jié)能降耗提供了很大的空間，但是由于傳統(tǒng)電解槽本身結(jié)構(gòu)的限制， 降低極距，由于受磁場帶來的鋁液電解質(zhì)界面波動(dòng)影響，電解槽就會(huì)變得不穩(wěn) 定，丟失電流效率，很難達(dá)到節(jié)能的目的。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)， 基本消除鋁液中的水平電流，減小了電解槽內(nèi)鋁液的流動(dòng)和降低了鋁液的波動(dòng)， 降低了極間壓降，同時(shí)顯著降低了陰極壓降，提高了鋁電解槽的電能效率，降 低了磁場對(duì)鋁電解生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響，達(dá)到節(jié)能的目的。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，它包括槽殼和內(nèi)襯，內(nèi)襯主要由陰極炭塊、 側(cè)部內(nèi)襯、底部內(nèi)襯以及扎固材料組成，陰極炭塊之間采用扎固材料連接，陰 極炭塊之間的距離拉大，扎固材料的高度低于陰極炭塊的高度，或陰極炭塊間 距不拉大，陰極炭塊上表面放擋塊，陰極鋼棒垂直安裝在陰極炭塊的底部，陰 極鋼棒從電解槽的底部穿出。
所述的陰極炭塊上表面開有凹槽。
所述的每塊陰極炭塊上開設(shè)凹槽的數(shù)量為1~20個(gè)。 所述的凹槽的橫向截面形狀為方形、梯形、三角形或圓形等。所述的每塊陰極炭塊垂直安裝1~40根陰極鋼棒。 所述的陰極鋼棒為2-6根匯集成一根從槽底穿出。 所述的陰極鋼棒的橫向截面形狀可以為圓形、橢圓形或矩形。 所述的陰極炭塊形狀為方形。 所述的陰極炭塊上部為梯形。
所述的陰極炭塊上表面為平面，在陰極炭塊表面放置擋塊。 所述的陰極炭塊彼此間距為30 300rnrn之間。 所述的扎固材料的高度低于陰極炭塊的高度在20~450mm之間。 所述的陰極炭塊的高度可以為300 700mm之間，寬度可以與陽極炭塊保持一致。
所述的陰極炭塊的高度可以為300~700mm之間，陰極炭塊的寬度在 250~800mm之間的陰極炭塊。
所述的陰極炭塊的端部與側(cè)部內(nèi)襯之間由澆注料和周圍糊搗固連接。 所述的陰極炭塊的上表面是平面。 本實(shí)用新型的特點(diǎn)和效果如下
本實(shí)用新型鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)采用底部出電的陰極鋼棒配置方式，基本 消除了鋁液中的水平電流，同時(shí)陰極導(dǎo)電路徑縮短， 一方面提高了電解槽的穩(wěn) 定性， 一方面降低了陰極壓降；除了底部出電外，陰極炭塊的安裝和組合形式 的變化把巨大的鋁池分割成數(shù)個(gè)小的區(qū)域，有效地束縛了鋁液的流動(dòng)和波動(dòng)， 能夠大幅度提高電解槽的穩(wěn)定性，因此鋁液高度可以保持很低，高出凸起的陰 極炭塊幾厘米即可，極距也可以顯著降低，可以使極距從傳統(tǒng)電解槽的4.5 5cm 左右降到2.5 4cm或更低，陰極壓降也顯著降低，因此采用本實(shí)用新型陰極結(jié) 構(gòu)的鋁電解槽具有非常顯著的節(jié)能效果。由于保持了較低的鋁液水平，在電解槽出鋁時(shí)，容易造成出鋁口位置的鋁 量不足，使電解質(zhì)進(jìn)入出鋁裝置，為了解決此問題，可以采取適當(dāng)增大出鋁端 的加工面，或在陰極炭塊上表面開溝槽等措施，為鋁液提供匯集通道。
本實(shí)用新型由于采用上述陰極結(jié)構(gòu)，降低了極距，基本消除了鋁液中的水 平電流，顯著降低了陰極壓降，提高了電能利用率，大大降低了磁場對(duì)鋁電解 生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響。


圖1是本實(shí)用新型的陰極結(jié)構(gòu)底部出電、陰極間縫加大、間縫扎固高度低 于陰極炭塊高度的一種主視結(jié)構(gòu)示意圖。 —
圖2是本實(shí)用新型的陰極結(jié)構(gòu)底部出電、陰極間縫加大、間縫扎固高度低 于陰極炭塊高度、陰極炭塊上部截面形狀為梯形的一種主視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的陰極結(jié)構(gòu)底部出電、陰極上表面放擋塊的主視結(jié)構(gòu)示 意圖。
圖4是本實(shí)用新型的陰極結(jié)構(gòu)底部出電、陰極上表面放擋塊的側(cè)視結(jié)構(gòu)示 意圖。
圖5是本實(shí)用新型的陰極結(jié)構(gòu)底部出電、陰極炭塊中部有1個(gè)方形凹槽的 側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本實(shí)用新型的陰極結(jié)構(gòu)底部出電、陰極炭塊中部有1個(gè)梯形凹槽的 側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本實(shí)用新型的陰極結(jié)構(gòu)底部出電、陰極炭塊上表面有多個(gè)方形凹槽 的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本實(shí)用新型的陰極結(jié)構(gòu)底部出電、陰極炭塊上表面有多個(gè)梯形凹槽 的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是本實(shí)用新型的陰極結(jié)構(gòu)底部出電、陰極炭塊上表面沒有凹槽的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1、側(cè)部內(nèi)襯，2、陰極鋼棒，3、陰極炭塊，4、擋±央，5、扎固材料， 6、底部內(nèi)襯，7、凹槽。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍不受實(shí)施例所限。
實(shí)施例l:
圖1 2所示，鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)由槽殼、側(cè)部內(nèi)襯l、陰極炭塊3、陰極 炭塊間扎固材料5、底部內(nèi)襯6構(gòu)成。陰極炭塊3底部垂直安裝陰極鋼棒2， 2~6 根陰極鋼棒2匯集成一根穿過底部內(nèi)襯6從槽底穿出，陰極炭塊3安裝時(shí)間距 拉大，陰極炭塊3間采用炭糊、鎂磚、碳化硅磚等扎固材料5連接，扎固材料5 的高度低于陰極炭塊20 450mm，陰極炭塊3截面形狀為方形或炭塊上部為梯 形等形狀，陰極炭塊的端部與側(cè)部內(nèi)襯1之間采用澆注料和周圍糊搗固。陰極 炭塊3彼此間距為30~300mm之間。
陰極炭塊的端部與側(cè)部內(nèi)襯1之間采用澆注料和周圍糊搗固。
陰極炭塊底部垂直安裝陰極鋼棒2，每一組陰極炭塊底部根據(jù)尺寸和大小布 置1~40根垂直于炭塊底面的陰極鋼棒2， 1~6根此陰極鋼棒2匯集成一根后穿 過底部內(nèi)襯6從槽底穿出，陰極鋼棒6的橫向截面形狀可以為圓形、橢圓形或 矩形。為了防止?jié)B漏的電解質(zhì)對(duì)陰極鋼棒2的腐蝕和對(duì)底部保溫耐火材料的破 壞，在陰極炭塊下首先鋪設(shè)一層防滲澆注料，將陰極鋼棒2包裹在其中，再在 此澆注料下鋪設(shè)一層干式防滲料有效的阻止電解質(zhì)的滲漏，再往下就是根據(jù)熱 平衡計(jì)算配置的各種保溫耐火材料。底部內(nèi)襯6通過兩層有效的防滲保護(hù)，保 證了陰極結(jié)構(gòu)的壽命。圖3 4所示，鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)由側(cè)部內(nèi)襯1、陰極炭塊3、擋塊4、陰 極炭塊間扎固材料5、底部內(nèi)襯6構(gòu)成。陰極炭塊底部垂直安裝陰極鋼棒2， 2~6 根陰極鋼棒2匯集成一根穿過底部內(nèi)襯6從槽底穿出，陰極炭塊3的安裝同現(xiàn) 在生產(chǎn)中的電解槽，陰極炭塊3間采用扎固材料5連接，陰極炭塊3上表面為 平面，在陰極炭塊上表面放置擋塊4，擋塊可以順著電解槽的縱向或橫向放置， 每塊陰極炭塊3上表面一般放置擋塊4的數(shù)量為1-100塊
陰極炭塊的端部與側(cè)部內(nèi)襯1之間采用澆注料和周圍糊搗固。
陰極炭塊底部垂直安裝陰極鋼棒2，每一組陰極炭塊底部根據(jù)尺寸和大小布 置1~40根垂直于炭塊底面的陰極鋼棒2，也可以2~6根此陰極鋼棒2匯集成一 根后穿過底部內(nèi)襯6從槽底穿出，為了防止?jié)B漏的電解質(zhì)對(duì)陰極鋼棒2的腐蝕 和對(duì)底部保溫耐火材料的破壞，在陰極炭塊下首先鋪設(shè)一層防滲澆注料，將陰 極鋼棒2包裹在其中，再在此澆注料下鋪設(shè)一層干式防滲料有效的阻止電解質(zhì) 的滲漏，再往下就是根據(jù)熱平衡計(jì)算配置的各種保溫耐火材料。底部內(nèi)襯6通 過兩層有效的防滲保護(hù)，保證了陰極結(jié)構(gòu)的壽命。
無論是實(shí)施例1還是實(shí)施例2，陰極炭塊的高度可以為300~700mm之間， 寬度可以與陽極炭塊保持一致，也可以采用寬度在250~800mm之間的陰極炭 塊。采用本實(shí)用新型的陰極結(jié)構(gòu)，可以保持很低的鋁液水平，同時(shí)極距顯著降 低，因此電解槽內(nèi)的液態(tài)鋁量較少，在電解槽出鋁時(shí)，容易造成出鋁口位置的 鋁量不足，使電解質(zhì)進(jìn)入出鋁裝置，為了解決此問題，如圖5 9所示，可以在 陰極炭塊3上表面開凹槽7，每塊陰極炭塊3上開設(shè)凹槽的數(shù)量為1~20個(gè)。為 鋁液提供匯集到出鋁口的通道，還可以適當(dāng)增大出鋁端的加工面。陰極炭塊的 凹槽7的橫向截面形狀可以為方形、梯形、三角形或圓形等形狀，另外可以只 在陰極炭塊的中間部位開凹槽7，也可以整個(gè)上表面都開凹槽7。本實(shí)用新型的鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，首先，有效的束縛了磁場造成的鋁液 流動(dòng)和波動(dòng)，減少了電解槽鋁液與電解質(zhì)界面的波動(dòng)，從而可以適當(dāng)降低極距
至4.0cm以下，實(shí)現(xiàn)了極間鋁液-電解質(zhì)界面很小的波動(dòng)情況下生產(chǎn)，提高了電 流效率，大大降低了直流電耗；其次，由于采用了槽底出電的陰極鋼棒配置形 式，基本消除了鋁液中的水平電流，提高了電解槽的穩(wěn)定性，另外陰極導(dǎo)電路 徑縮短，顯著降低了陰極壓降；再次，由于鋁液與導(dǎo)電的陰極炭塊之間的接觸 面積增大，降低了陰極炭塊與鋁液之間的壓降，從而降低了陰極壓降；
采用此種方案設(shè)計(jì)的電解槽，由于磁場變化對(duì)于電解槽鋁液波動(dòng)影響很小， 從而可以極大的簡化母線設(shè)計(jì)，減少母線的用量，縮短電解槽之間的距離，降 低建設(shè)費(fèi)用。
權(quán)利要求1、槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，它包括槽殼和內(nèi)襯，其特征在于內(nèi)襯主要由陰極炭塊、側(cè)部內(nèi)襯、底部內(nèi)襯以及扎固材料組成，陰極炭塊之間采用扎固材料連接，陰極炭塊之間的距離拉大，扎固材料的高度低于陰極炭塊的高度，或陰極炭塊間距不拉大，陰極炭塊上表面放擋塊，陰極鋼棒垂直安裝在陰極炭塊的底部，陰極鋼棒從電解槽的底部穿出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的 陰極炭塊上表面開設(shè)有凹槽。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的 每塊陰極炭塊上開設(shè)凹槽的數(shù)量為1~20個(gè)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所 述的凹槽的橫向截面形狀為方形、梯形、三角形或圓形等。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的 每塊陰極炭塊垂直安裝1~40根陰極鋼棒。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的 陰極鋼棒為2-6根匯集成一根從槽底穿出。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所 述的陰極鋼棒的橫向截面形狀可以為圓形、橢圓形或矩形。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的 陰極炭塊形狀為方形。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的 陰極炭塊上部為梯形。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述 的陰極炭塊上表面為平面，在陰極炭塊表面放置擋塊。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊彼此間距為30 300mm之間。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述 的扎固材料的高度低于陰極炭塊的高度在20~450mm之間。
13、 根據(jù)權(quán)利要求l、 11或12所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述的陰極炭塊的高度可以為300 700mm之間，寬度可以與陽極炭塊保持一致。
14、 根據(jù)權(quán)利要求l、 11或12所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述的陰極炭塊的高度可以為300 700mm之間，陰極炭塊的寬度在 250~800mm之間的陰極炭塊。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述 的陰極炭塊的端部與側(cè)部內(nèi)襯之間由澆注料和周圍糊搗固連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種槽底出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，屬于鋁電解槽技術(shù)領(lǐng)域。它包括槽殼和內(nèi)襯，陰極炭塊之間采用扎固材料連接，陰極炭塊之間的距離拉大，扎固材料的高度低于陰極炭塊的高度，或陰極炭塊間距不拉大，陰極炭塊上表面放擋塊，陰極鋼棒垂直安裝在陰極炭塊的底部，陰極鋼棒從電解槽的底部穿出。陰極鋼棒垂直陰極炭塊底面安裝，并從槽底穿出，基本消除了鋁液中的水平電流，提高了電解槽的穩(wěn)定性，同時(shí)縮短了陰極導(dǎo)電路徑，降低了陰極壓降。本實(shí)用新型將巨大的鋁池分割成若干小的區(qū)域，有效地束縛了鋁液由于受到電磁力的作用而產(chǎn)生的流動(dòng)和波動(dòng)，提高了電解槽的穩(wěn)定性，可以降低鋁液高度和極距，可達(dá)到提高電流效率，大大減少無謂的電能消耗，節(jié)能降耗效果非常明顯。
文檔編號(hào)C25C3/08GK201367472SQ20092001113
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者劉雅鋒, 周東方, 孫康建, 朱佳明, 楊曉東, 胡紅武, 鄒智勇 申請(qǐng)人:沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院