專利名稱：一種消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及霍爾-埃魯電解法生產(chǎn)原鋁技術(shù)及實施該技術(shù)的設備-鋁電解 槽。具體地說是涉及一種消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法。
背景技術(shù)：
金屬鋁在工業(yè)上采用熔鹽電解法進行生產(chǎn)，即電解溶解在熔融的冰晶石 為主要成分的電解質(zhì)中的氧化鋁，目前主要采用的方法為霍爾-埃魯
(Hall-Heroult)電解法。
生產(chǎn)電解鋁的直接設備為電解槽，電解槽主要由兩大部分組成， 一部分 為陽極，由碳素材料制成為塊狀；另一部分為陰極，由炭塊與內(nèi)襯材料砌筑而成。
現(xiàn)有的陰極結(jié)構(gòu)是在陰極炭塊的底部安裝陰極鋼棒，陰極鋼棒與炭塊之 間采用扎糊或澆磷鐵的方式連接，每個陰極炭塊裝有一根或兩根陰極鋼棒， 陰極鋼棒與陰極炭塊同向水平放置，鋼棒的一端伸出電解槽的側(cè)壁與陰極母
線相連接。這種結(jié)構(gòu)的電解槽，陰極導電結(jié)構(gòu)存在一個非常大的缺點由于 陰極鋼棒與陰極炭塊同向水平放置，導致鋁液中產(chǎn)生非常大的水平電流，該 水平電流與鋁液中垂直磁場作用產(chǎn)生非常有害的電磁力，使電解槽在生產(chǎn)中 產(chǎn)生嚴重的不穩(wěn)定性，降低電流效率。同時鋁液中水平電流還可導致陰極炭 塊表面上電流密度分布不均勻，使得陰極炭塊的端部處電流密度最大，從而 顯著加快此處石墨化陰極炭塊的腐蝕，降低電解槽的壽命。陰極電流密度分 布問題和水平電流的存在，限定了現(xiàn)代大型電解槽的設計向?qū)挼姆较虬l(fā)展，導致長寬比嚴重失調(diào)。
隨著電解槽容量的增大，電解槽寬度的增加，現(xiàn)有的陰極導電結(jié)構(gòu)產(chǎn)生 的水平電流就更大，陰極炭塊表面上電流密度分布就更不均勻，鋁電解槽生 產(chǎn)的穩(wěn)定性更加惡化，電流效率很難達到理想的要求，這就制約了大容量鋁 電解槽的開發(fā)，制約了鋁工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述技術(shù)問題而提供一種消除鋁電解槽鋁液中水平 電流的方法，目的是消除鋁液中的水平電流，使陰極電流密度分布更加均勻， 提高了鋁電解槽生產(chǎn)的穩(wěn)定性，延長了陰極壽命，有利于電解槽操作和電流
效率的提高。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的 一種消除鋁電解槽鋁液 中水平電流的方法，在陰極炭塊的下部或下面設置有導電體，導電體直接從 槽底穿出。
在所述的陰極炭塊的下面設置防滲材料，導電體穿過防滲材料從槽底穿出。
在所述的陰極炭塊的下面設置防滲材料，導電體的一端鑲嵌在陰極炭塊 內(nèi)，導電體的另一端設置在防滲材料內(nèi)，每兩根或兩根以上的連接導電體通 過匯流導電體匯集到一根引出導電體，引出導電體直接從槽底穿出。
在所述的陰極炭塊中固定一根或一根以上陰極鋼棒，然后導電體與陰極 鋼棒連接，導電體直接從槽底穿出。
在所述的陰極炭塊中固定一根或一根以上陰極鋼棒，然后導電體與陰極 鋼棒連接，在陰極炭塊和陰極鋼棒的下面設置防滲材料，導電體穿過防滲材 料從槽底穿出。在所述的陰極炭塊中固定一根或一根以上陰極鋼棒，然后導電體與陰極 鋼棒連接，在陰極炭塊和陰極鋼棒的下面設置防滲材料，導電體的另一端鑲 嵌在陰極炭塊內(nèi)，導電體的一端設置在防滲材料內(nèi)，每兩根或兩根以上的連 接導電體通過匯流導電體匯集到一根引出導電體，引出導電體直接從槽底穿出。
所述的陰極鋼棒的下表面與陰極炭塊的下表面在同一水平面上，也可以 不在同一水平面上。
所述的陰極鋼棒水平方向設置。
所述的導電體與陰極炭塊或陰極鋼棒垂直設置，導電體的一端通過磷生 鐵或扎糊鑲嵌在陰極炭塊內(nèi)。
所述的陰極鋼棒7為l-50根。
所述的陰極炭塊的下部設置連接導電體，連接導電體的一端鑲嵌在陰極 炭塊內(nèi)，連接導電體的另一端伸出陰極炭塊外兩根或兩根以上通過匯流導電 體與引出導電體連接，引出導電體的下端從槽底穿出。
在所述的陰極炭塊的下面設置防滲材料，連接導電體和匯流導電體設置 在防滲材料內(nèi)。
所述的匯流導電體與同一塊陰極炭塊內(nèi)的連接導電體連接。 所述的匯流導電體與相鄰陰極炭塊內(nèi)的連接導電體連接。 所述的匯流導電體與2-10根連接導電體連接。 所述的引出導電體位于陰極炭塊的正下方。
所述的連接導電體、引出導電體和匯流導電體的截面形狀為方形、三角 形、圓形或橢圓形等。所述的連接導電體與陰極炭塊垂直設置，連接導電體的一端通過磷生鐵 或扎糊鑲嵌在陰極炭塊內(nèi)。
所述的引出導電體位于陰極炭塊之間。
所述的導電體為鋼棒、鋼板、銅棒、銅板、合金板、合金棒或其它任意 導電材料制成。
每個陰極炭塊的下部和下面設置1-100個連接導電體。
所述的導電體的截面形狀為方形、三角形、圓形或橢圓形等。
本發(fā)明的優(yōu)點和效果如下
它能消除了鋁電解槽鋁液中的水平電流，使陰極炭塊表面上電流密度分 布更均勻，提高電流效率，大幅提高鋁電解槽的穩(wěn)定性，延長槽壽命。本發(fā) 明具有很強的實用性。通過本方法可以從根本上解決鋁液中水平電流的問題， 對未來大型鋁電解槽的開發(fā)具有十分重要的指導意義。


圖1是本發(fā)明實施例1陰極炭塊與導電體的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實施例2陰極炭塊與導電體的連接結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明實施例3陰極炭塊與導電體的連接結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明實施例5陰極炭塊與導電體的連接結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是本發(fā)明實施例6陰極炭塊與導電體的連接結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6是本發(fā)明實施例7陰極炭塊與導電體的連接結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7是圖3和圖6的兩根連接導電體匯流的A-A向剖視圖。 圖8是圖3和圖6的四根連接導電體匯流的A-A向剖視圖。圖9是本發(fā)明實施例9陰極炭塊與導電體的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1、陰極炭塊；2、磷生鐵或扎糊；3、連接導電體；4、匯流導電 體；5、引出導電體；6、防滲材料；7、陰極鋼棒。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍不受實施例所限。
實施例l:
如圖1所示，本發(fā)明消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法如下在陰極
炭塊1的下部設置1~100個連接導電體3，連接導電體3為鋼棒或鋼板等任意 導電材料，連接導電體3的一端通過磷生鐵或扎糊2鑲嵌在陰極炭塊1內(nèi)， 連接導電體3與陰極炭塊1可以垂直設置。連接導電體3的另一端直接從槽 底穿出，使電流基本上垂直穿過鋁液和陰極炭塊l，這樣就消除了鋁液中的水 平電流。
實施例2:
如圖2所示，本發(fā)明消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法如下在陰極
炭塊1的下部設置1 100個連接導電體3，連接導電體3為鋼棒或鋼板等任意 導電材料，連接導電體3的一端通過磷生鐵或扎糊2鑲嵌在陰極炭塊1內(nèi)， 連接導電體3與陰極炭塊1可以垂直設置。連接導電體3的另一端直接從槽 底穿出，使電流基本上垂直穿過鋁液和陰極炭塊l，這樣就消除了鋁液中的水 平電流。為了防止電解質(zhì)或鋁液滲漏并腐蝕連接導電體3，在陰極炭塊1的下 面設置防滲材料6，防滲材料6可以使用防滲澆注料，它將靠近陰極炭塊1 一端的連接導電體3包裹起來，延長連接導電體3的壽命。連接導電體3的 下端伸出防滲材料6并從槽底穿出。實施例3:
如圖3、圖7和圖8所示，本發(fā)明消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法如 下在陰極炭塊1的下部設置2 100個連接導電體3，連接導電體3與陰極炭 塊1可以垂直設置，在陰極炭塊1的下面設置防滲材料6，連接導電體3的一 端通過磷生鐵或扎糊2鑲嵌在陰極炭塊1內(nèi)；連接導電體3的另一端設置在 防滲材料6內(nèi)，設置在防滲材料6這一端的連接導電體3兩根或兩根以上通 過匯流導電體4與引出導電體5連接，引出導電體5的下端伸出防滲材料6 并從槽底穿出。引出導電體5位于陰極炭塊1的正下方。連接導電體3和匯 流導電體4全被包裹在防滲材料6中，避免了電解質(zhì)或鋁液對其的腐蝕。連 接導電體3、匯流導電體4和引出導電體5為鋼棒或鋼板等任意導電材料。匯 流導電體與2-10根連接導電體連接。
實施例4:
實施例1-3中所述的連接導電體3、匯流導電體4和引出導電體5可以根 據(jù)需要做成任意形狀，如方形、三角形、圓形或橢圓形等。其它結(jié)構(gòu)同實施 例1-3。
實施例5:
如圖4所示，在陰極炭塊1中用磷生鐵或扎糊2固定一根或一根以上陰 極鋼棒7，然后連接導電體3與陰極鋼棒7連接，連接導電體3直接從槽底穿 出，使電流基本上垂直穿過鋁液和陰極炭塊l，這樣就消除了鋁液中的水平電 流。其它結(jié)構(gòu)同實施例l。陰極鋼棒7—般為l-50根。
上述的陰極鋼棒7的下表面與陰極炭塊1的下表面在同一水平面上，也 可以不在同一水平面上。陰極鋼棒7可以水平方向設置。
實施例6:如圖5所示，在陰極炭塊1中用磷生鐵或扎糊2固定一根或一根以上陰 極鋼棒7，然后連接導電體3與陰極鋼棒7連接，連接導電體3直接從槽底穿 出，使電流基本上垂直穿過鋁液和陰極炭塊l，這樣就消除了鋁液中的水平電 流。其它結(jié)構(gòu)同實施例2。陰極鋼棒7—般為l-50根。
上述的陰極鋼棒7的下表面與陰極炭塊1的下表面在同一水平面上，也 可以不在同一水平面上。陰極鋼棒7可以水平方向設置。
實施例7:
如圖6所示，實施例3中，在陰極炭塊1中用磷生鐵或扎糊2固定一根 或一根以上陰極鋼棒7，然后連接導電體3與陰極鋼棒7連接，連接導電體3 直接從槽底穿出，使電流基本上垂直穿過鋁液和陰極炭塊l，這樣就消除了鋁 液中的水平電流。其它結(jié)構(gòu)同實施例3。陰極鋼棒7—般為l-50根。
上述的陰極鋼棒7的下表面與陰極炭塊1的下表面在同一水平面上，也 可以不在同一水平面上。陰極鋼棒7可以水平方向設置。
實施例8:
實施例5-7中所述的連接導電體3、匯流導電體4和引出導電體5可以根 據(jù)需要做成任意形狀，如方形、三角形、圓形或橢圓形等。其它結(jié)構(gòu)同實施 例1-3。
實施例9:
如圖9所示，在陰極炭塊l的下部設置1 100個連接導電體3，連接導電 體3為鋼棒或鋼板等任意導電材料，連接導電體3的一端通過磷生鐵或扎糊2 鑲嵌在陰極炭塊1內(nèi)，連接導電體3的另一端伸出陰極炭塊1外兩根或兩根 以上通過匯流導電體4與引出導電體5連接，引出導電體5的下端從槽底穿 出。同樣為了防止電解質(zhì)或鋁液滲漏，延長導電體的壽命，連接導電體3和匯流導電體4可以包裹在防滲材料6中，保護導電體免于其腐蝕。
上述匯流導電體4可以與同一塊陰極炭塊1內(nèi)的連接導電體3連接。匯 流導電體4也可以與相鄰陰極炭塊1內(nèi)的連接導電體3連接。
上述引出導電體5位于陰極炭塊1之間。
實施例10:
實施例1-9中的連接導電體3、匯流導電體4以及引出導電體5為導電體 為鋼棒、鋼板、銅棒、銅板、合金板、合金棒或其它任意導電材料制成。其 它同實施例1-9。
權(quán)利要求
1、一種消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特征在于在陰極炭塊的下部或下面設置有導電體，導電體直接從槽底穿出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特征在于在所述的陰極炭塊的下面設置防滲材料，導電體穿過防滲材料從槽底穿 出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特征 在于所述的陰極炭塊的下面設置防滲材料，連接導電體的一端鑲嵌在陰極炭 塊內(nèi)，連接導電體的另一端設置在防滲材料內(nèi)，每兩根或兩根以上的導電體 通過匯流導電體匯集到一根引出導電體上，引出導電體直接從槽底穿出。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特征 在于在所述的陰極炭塊中固定一根或一根以上陰極鋼棒，然后導電體與陰極 鋼棒連接，導電體直接從槽底穿出。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特征 在于在所述的陰極炭塊中固定一根或一根以上陰極鋼棒，然后導電體與陰極 鋼棒連接，在陰極炭塊和陰極鋼棒的下面設置防滲材料，導電體穿過防滲材 料從槽底穿出。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特征 在于在所述的陰極炭塊中固定一根或一根以上陰極鋼棒，然后連接導電體與 陰極鋼棒連接，在陰極炭塊和陰極鋼棒的下面設置防滲材料，連接導電體的 一端鑲嵌在陰極炭塊內(nèi)，連接導電體的另一端設置在防滲材料內(nèi)，每兩根或 兩根以上的連接導電體通過匯流導電體匯集到一根引出導電體，引出導電體直接從槽底穿出。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其 特征在于在所述的匯流導電體設置在防滲材料內(nèi)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4、 5或6所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法， 其特征在于所述的陰極鋼棒的下表面與陰極炭塊的下表面在同一水平面上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4、 5或6所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法， 其特征在于所述的陰極鋼棒水平方向設置。
10、 根據(jù)權(quán)利要求4、 5或6所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法， 其特征在于所述的連接導電體與陰極鋼棒垂直設置。
11、 根據(jù)權(quán)利要求4、 5或6所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法， 其特征在于所述的陰極鋼棒7為1-50根。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特 征在于所述的陰極炭塊的下部設置連接導電體，連接導電體的一端鑲嵌在陰 極炭塊內(nèi)，連接導電體的另一端伸出陰極炭塊外兩根或兩根以上通過匯流導 電體與引出導電體連接，引出導電體的下端從槽底穿出。
13、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特 征在于在所述的陰極炭塊的下面設置防滲材料，連接導電體和匯流導電體設 置在防滲材料內(nèi)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特 征在于所述的匯流導電體與同一塊陰極炭塊內(nèi)的連接導電體連接。
15、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特 征在于所述的匯流導電體與相鄰陰極炭塊內(nèi)的連接導電體連接。
16、 根據(jù)權(quán)利要求3、 6或11所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方 法，其特征在于所述的匯流導電體與2-10根連接導電體連接。
17、 根據(jù)權(quán)利要求3、 6或11所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方 法，其特征在于所述的引出導電體位于陰極炭塊的正下方。
18、 根據(jù)權(quán)利要求3、 6或11所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方 法，其特征在于所述的連接導電體、引出導電體和匯流導電體的截面形狀為 方形、三角形、圓形或橢圓形。
19、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 11或12所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電 流的方法，其特征在于所述的連接導電體與陰極炭塊垂直設置，連接導電體 的一端通過磷生鐵或扎糊鑲嵌在陰極炭塊內(nèi)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特 征在于所述的引出導電體位于陰極炭塊之間。
21、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3、 4、 5、 6、 10、 11或12所述的消除鋁電解 槽鋁液中水平電流的方法，其特征在于所述的導電體為鋼棒、鋼板、銅棒、 銅板、合金板或合金棒。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特 征在于所述的導電體的截面形狀為方形、三角形、圓形或橢圓形。
23、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法，其特 征在于所述的每個陰極炭塊的下部或下面設置1-100個導電體。
全文摘要
本發(fā)明屬于霍爾-埃魯電解法生產(chǎn)原鋁的設備-鋁電解槽技術(shù)領域。具體地說是涉及一種消除鋁電解槽鋁液中水平電流的方法。本發(fā)明是在陰極炭塊的下部或下面設置導電體，導電體直接從槽底穿出。本發(fā)明能消除了鋁電解槽鋁液中的水平電流，使陰極炭塊表面上電流密度分布更均勻，提高電流效率，大幅提高鋁電解槽的穩(wěn)定性，延長槽壽命。本發(fā)明具有很強的實用性。通過本方法可以從根本上解決鋁液中水平電流的問題，對未來大型鋁電解槽的開發(fā)具有十分重要的指導意義。
文檔編號C25C3/08GK101451249SQ20071015871
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者周東方, 楊曉東 申請人:沈陽鋁鎂設計研究院