專利名稱：一種鋁電解槽陰極結(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構(gòu)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，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。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。現(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，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。
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)界面波動影響，電解槽就會變得不穩(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)用新型就是為了解決上述技術(shù)問題，而提供一種鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，目的是減小電解槽內(nèi)鋁液的流動和降低鋁液的波動，降低極間壓降，提高鋁電解槽的電能效率，降低磁場對鋁電解生產(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)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種鋁電解槽陰極結(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)襯以及搗固糊構(gòu)成，同一電解槽內(nèi)的陰極炭塊由高、低兩種陰極炭塊排列而成，使陰極上表面凹凸不平，陰極鋼棒水平安裝在陰極炭塊的底部，陰極鋼棒從電解槽的側(cè)
部穿出。
所述的陰極炭塊上表面開有凹槽。所述的凹槽數(shù)量為1 20個(gè)。
所述的凹槽橫向截面形狀為方形、梯形、三角形或圓形等。
所述的陰極炭塊為方形，每組陰極炭塊中安裝1 4根陰極鋼棒。
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。
所述的陰極炭塊通過炭間糊連成一體，陰極炭塊之間的高度差在20 400mm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。所述的陰極炭塊中高陰極炭塊與低陰極炭塊是呈高、低、高、低交替排列。
所述的陰極炭塊中高陰極炭塊與低陰極炭塊是呈低、低、高、低、低、高交替排列。
所述的陰極炭塊中高陰極炭塊與低陰極炭塊是高、低塊之間的任何排列。所述的陰極炭塊下面的底部內(nèi)襯為耐火保溫材料。
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)用新型鋁電解槽由于其陰極結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，陰極炭塊高度不同，從而導(dǎo)致陰極上表面凹凸不平，巨大的鋁液池被分割成數(shù)個(gè)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)生的流動和波動，提高了電解槽的穩(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。
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，可以適當(dāng)增大出鋁端的加工面，同時(shí)在陰極炭塊上表面開溝槽，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，提高了電能利用率，大大降低了磁場對鋁電解生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響。


圖1是本實(shí)用新型鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)高、低陰極炭塊交錯(cuò)排列的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)高、低陰極炭塊任意排列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)陰極炭塊中部有一個(gè)方形凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)陰極炭塊中部沒有凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本實(shí)用新型鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)陰極炭塊中部有一個(gè)梯形凹槽的結(jié)構(gòu)
示意圖。
圖6是本實(shí)用新型鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)陰極炭塊上表面有多個(gè)方形凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本實(shí)用新型鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)陰極炭塊上表面有多個(gè)梯形凹槽的結(jié)
構(gòu)示意圖。
圖中，1、側(cè)部內(nèi)襯，2、陰極鋼棒，3、高陰極炭塊，4、低陰極炭塊，5、陰極炭塊間扎糊，6、底部內(nèi)襯，7、凹槽。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(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。
圖1和圖2所示，鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)由側(cè)部內(nèi)襯l、高陰極炭塊3、低陰極炭塊4、陰極炭塊間扎糊5、底部內(nèi)襯6構(gòu)成，陰極炭塊底部水平安裝陰極鋼棒2，如圖3、 5 7所示，陰極炭塊上表面可以是平面，也可以開有凹槽7。側(cè)部內(nèi)襯1和底部內(nèi)襯6的結(jié)構(gòu)以及材料選擇可以根據(jù)不同容量電解槽的熱平衡計(jì)算獲得，并且與現(xiàn)行工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的鋁電解槽基本相同，這已經(jīng)成為比較成熟的技術(shù)，這里不再贅述。
本實(shí)用新型的電解槽的陰極結(jié)構(gòu)如圖1所示，同一電解槽內(nèi)的陰極炭塊有高、低兩種構(gòu)成，使陰極上表面凹凸不平；并且高、低陰極炭塊非常有規(guī)律的呈高、低、高、低排列，圖2所示，高、低陰極炭塊的排列為兩低一高，圖1和圖2僅僅示出兩種排列形式，在實(shí)際應(yīng)用中可以任意排列。高、低陰極炭的高差在20 400mm之間，高、低陰極炭塊放置在底部內(nèi)襯6上，底部內(nèi)襯由隔熱耐火材料構(gòu)成，起到保溫和承載的作用，陰極炭塊之間采用陰極炭塊間扎糊5扎固連接，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。陰極鋼棒2水平安裝在陰極炭塊的底部，每組陰極炭塊中安裝1 4根陰極鋼棒2。陰極鋼2從電解槽的側(cè)部穿出。陰極鋼棒2的橫向截面形狀為圓形、橢圓形或矩形等任意形狀。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。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3、 5 7所示，在陰極炭塊上表面開凹槽7，為鋁液提供匯集到出鋁口的通道，同時(shí)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、三角形或圓形等不同的形式，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，凹槽7的數(shù)量為1 20個(gè)。
本實(shí)用新型的鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)， 一方面有效的束縛了磁場造成的鋁液流動和波動，減少了電解槽鋁液與電解質(zhì)界面的波動，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)界面很小的波動情況下生產(chǎn)，提高了電流效率，大大降低了直流電耗；另一方面由于鋁液與導(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，由于磁場變化對于電解槽鋁液波動影響很小，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、一種鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，它包括槽殼和內(nèi)襯，內(nèi)襯包括陰極炭塊、側(cè)部內(nèi)襯、底部內(nèi)襯以及搗固糊，其特征在于同一電解槽內(nèi)的陰極炭塊由高、低兩種陰極炭塊排列而成，使陰極上表面凹凸不平，陰極鋼棒水平安裝在陰極炭塊的底部，陰極鋼棒從電解槽的側(cè)部穿出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊上表面開有凹槽。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的凹槽數(shù)量 為1 20個(gè)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的凹槽橫向 截面形狀為方形、梯形、三角形或圓形。
5、 裉據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊 為方形，每組陰極炭塊中安裝1 4根陰極鋼棒。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極鋼棒 的橫向截面形狀為圓形、橢圓形或矩形。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊 通過炭間糊連成一體，陰極炭塊之間的高度差在20~400mm之間。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陰極結(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。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陰極結(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。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭 塊中高陰極炭塊與低陰極炭塊是呈高、低、高、低交替排列。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭 塊中高陰極炭塊與低陰極炭塊是呈低、低、高、低、低、高交替排列。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭 塊中高陰極炭塊與低陰極炭塊是高、低塊之間的任何排列。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭 塊下面的底部內(nèi)襯為耐火保溫材料。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陰極結(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。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊的上表面是平面。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，屬于鋁電解槽技術(shù)領(lǐng)域。一種鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，它包括槽殼和內(nèi)襯，內(nèi)襯包括陰極炭塊、側(cè)部內(nèi)襯、底部內(nèi)襯以及搗固糊，其特征在于同一電解槽內(nèi)的陰極炭塊由高、低兩種陰極炭塊排列而成，使陰極上表面凹凸不平，陰極鋼棒水平安裝在陰極炭塊的底部，陰極鋼棒從電解槽的側(cè)部穿出。從而液態(tài)鋁液被分割成若干小鋁池，有效地束縛了鋁液由于受到電磁力的作用而產(chǎn)生的流動和波動，提高了電解槽的穩(wěn)定性，可以降低鋁液高度和極距，提高電流效率，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
文檔編號C25C3/08GK201390784SQ20092001108
公開日2010年1月27日 申請日期2009年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者銘 劉, 劉雅鋒, 周東方, 朱佳明, 楊曉東, 胡紅武 申請人:沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院