專利名稱：一種鋁電解槽的節(jié)能型陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鋁電解槽的節(jié)能型陰極，屬于鋁電解槽技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著鋁電解槽設(shè)計(jì)和操作技術(shù)水平的提高，國際國內(nèi)新設(shè)計(jì)和建設(shè)的鋁電解槽日益向大 型化的方向發(fā)展。系列電流不可避免的會(huì)增加到550kA 700kA甚至以上。近年來，我國的鋁 電解技術(shù)也得到了長足的進(jìn)展，在電解槽容量上已能達(dá)到甚至超過國際先進(jìn)水平。但在節(jié)能 降耗方面與世界先進(jìn)水平卻仍存在著較大的差距。目前，國內(nèi)各鋁廠的直流電耗徘徊在 13200 — 13500kWh/T.Al左右，甚至有的接近14000kWh/T. Al，有相當(dāng)大的潛力可挖掘。特別 是在目前國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)環(huán)境極為嚴(yán)峻的情況下，對(duì)節(jié)能的要求就更加的急迫
在鋁電解生產(chǎn)中，節(jié)能的途徑很多。從理論上說，電耗率只取決于電流效率和電解槽的 平均電壓V平。而鋁電解槽的平均電壓主要包括三部分，艮口
V平二 A 乂槽+ A V母屮A V效
其中的AV母為槽外母線電壓降，AV效為陽極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航?，AV槽為電解槽工作電壓 ，又可分解為陽極、陰極、電解質(zhì)電壓降和反電動(dòng)勢(shì)(或稱實(shí)際分解電壓)，即 V槽二AV陽+AV陰+AV質(zhì)+E反
由計(jì)算可知，反電動(dòng)勢(shì)和電解質(zhì)電壓降分別占到平均電壓的35% 40%，是平均電壓中 的兩個(gè)大項(xiàng)。反電動(dòng)勢(shì)基本為定值，故要想降低電耗，首要的是降低電解質(zhì)電壓AV質(zhì)。
同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐、及計(jì)算可知，典型的大面多點(diǎn)進(jìn)電鋁電解槽的鋁液流速分布如圖9 11所示，其中圖9為160kA級(jí)鋁電解槽的典型鋁液流速分布圖，圖10為300kA鋁電解槽的典 型鋁液流速分布圖，圖ll為450kA鋁電解槽的典型鋁液流速分布圖。通過圖9 11可以看出這 些流速分布的特征都很相似，當(dāng)然，在正常生產(chǎn)時(shí)，由于操作條件、爐棒、爐底沉淀等的變 化，實(shí)測(cè)出的流速分布會(huì)有一定的差異，但總體而言對(duì)于大面多點(diǎn)進(jìn)電鋁電解槽的鋁液流速 分布有幾項(xiàng)特征是不變的，S卩產(chǎn)生的渦旋沿電解槽長度方向分布、高流速區(qū)位于每個(gè)渦旋 靠近爐幫的區(qū)域、槽內(nèi)最大流速的區(qū)域位于槽兩端(煙道端及出鋁端)及大面靠近兩端的區(qū) 域。同時(shí)高流速渦旋的存在會(huì)使鋁液-電解質(zhì)表面產(chǎn)生較大的隆起及波動(dòng)，進(jìn)而可能會(huì)在一 定條件下使鋁液-電解質(zhì)界面產(chǎn)生不穩(wěn)定，能耗增加
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，提供一種通過改變鋁電解槽的陰極使鋁電解槽獲得良 好的穩(wěn)定性，以達(dá)到節(jié)能、降耗的效果?？梢钥朔F(xiàn)有技術(shù)的不足。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案；它包括設(shè)置在鋁電解槽底部的陰極碳?jí)K和陰極碳棒，陰極碳?jí)K 由長度和厚度均不相同的長陰極塊和短陰極塊拼接而成。
長陰極塊與短陰極塊交錯(cuò)排列。
長陰極塊和短陰極塊的底部高度相同，陰極鋼棒的出線位置相同。 長陰極塊比短陰極塊或短陰極塊比長陰極塊高出的部分為整體高出或部分區(qū)域高出。 長陰極塊和短陰極塊的高度差為50 200mm 。
長陰極塊與短陰極塊的長度差為200 800mm，且短陰極塊的長度不小于長陰極塊的1/2 制作長陰極塊和短陰極塊的材料為無煙煤炭塊、半石墨質(zhì)炭塊或半石墨化或石墨化炭塊
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型通過將陰極碳?jí)K由長度和厚度均不相同的長陰極塊和短陰 極塊拼接而成，并且長陰極塊與短陰極塊交錯(cuò)排列構(gòu)成鋁電解陰極，這樣的設(shè)置目的是為了 克服現(xiàn)有陰極炭塊產(chǎn)生的渦旋(如圖9-11)。同時(shí)通過試驗(yàn)證明及圖8可見，將現(xiàn)有平整的 陰極碳?jí)K改制成長短、厚度不同的拼接炭塊，這樣就可通在鋁液高流速區(qū)域設(shè)置一定的障礙 ，破壞如圖9-ll中形成的渦旋，破壞現(xiàn)有鋁電解槽電磁力所產(chǎn)生的鋁液內(nèi)流速場(chǎng)的分布，使 其變得支離破碎，使鋁液不能產(chǎn)生較大的隆起和波動(dòng)，從而獲得較好的穩(wěn)定性。而穩(wěn)定性較 好的電解槽，生產(chǎn)時(shí)極距可較低、能耗也較低。長陰極塊比短陰極塊或短陰極塊比長陰極塊 高出的部分為整體高出或部分區(qū)域高出，即高出部分的區(qū)域、數(shù)量和位置并不確定，這樣的 設(shè)置原因也是根據(jù)現(xiàn)有鋁電解槽槽的磁場(chǎng)分布而定的，其目的是為了更好適應(yīng)各類電解槽并 破壞原有電磁力所產(chǎn)生的鋁液內(nèi)流速場(chǎng)的分布，達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能、降低能耗的效果。長陰極 塊和短陰極塊的高度差為50 200mm ;長陰極塊與短陰極塊的長度差為200 800mm，且短陰 極塊的長度不小于長陰極塊的1/2，這些數(shù)據(jù)均是申請(qǐng)人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬后得到 的，其目的是滿足生產(chǎn)時(shí)的正常出鋁；制作長陰極塊和短陰極塊的材料為無煙煤炭塊、半石 墨質(zhì)炭塊或半石墨化或石墨化炭塊，上述制作材料均為制作現(xiàn)有陰極炭塊的材料，并不需其 它特殊材料，因此本實(shí)用新型不會(huì)另增加太多資金。同時(shí)本實(shí)用新型還具有對(duì)電解槽改動(dòng)少 、節(jié)能效果好等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、推廣價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。

圖l為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的Y向視圖； 圖3為圖1的X向視圖4為本實(shí)用新型的短陰極塊2的高出區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)較窄突臺(tái)的示意圖5為圖4的部分Y向視圖6為本實(shí)用新型的短陰極塊高出區(qū)域?yàn)閮蓚€(gè)較窄突臺(tái)的示意圖7為圖6的部分Y向視圖8采用本實(shí)用新型后160kA大面多點(diǎn)進(jìn)電鋁電解槽鋁液流速分布圖； 圖9為現(xiàn)有的160kA大面多點(diǎn)進(jìn)電鋁電解槽鋁液流速分布圖； 圖10為現(xiàn)有的300kA大面多點(diǎn)進(jìn)電鋁電解槽鋁液流速分布圖； 圖ll為現(xiàn)有的450kA大面多點(diǎn)進(jìn)電鋁電解槽鋁液流速分布圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例l:如圖1所示，陰極碳?jí)K設(shè)置在鋁電解槽的底部，在陰極碳?jí)K兩端設(shè)有陰極鋼
棒3 ，構(gòu)成鋁電解槽陰極的每根陰極碳?jí)K由長度和厚度均不相同的長陰極塊1和短陰極塊2拼 接而成，多個(gè)厚度不同的拼接的陰極炭塊通過扎糊4拼接為鋁電解陰極，在拼接時(shí)長陰極塊l 與短陰極塊2交錯(cuò)排列，并且在制作和拼接厚度不同、長度不同的陰極炭塊所采用的標(biāo)準(zhǔn)為 ，長陰極塊1和短陰極塊2的底部位于同一標(biāo)高，陰極鋼棒3的出線位置位于同一標(biāo)高，(如 圖l);這樣交錯(cuò)排列后鋁電解槽陰極側(cè)視圖就如圖2和圖3所示。這里制作長陰極塊l和短陰 極塊2的材料為無煙煤炭塊、半石墨質(zhì)炭塊或半石墨化或石墨化炭塊，上述制作材料均為制 作現(xiàn)有陰極炭塊的材料，并不需其它特殊材料，因此不會(huì)增加太多成本，但在制作長陰極塊 l和短陰極塊2時(shí)為滿足生產(chǎn)時(shí)的正常出鋁的要求，長陰極塊1和短陰極塊2的高度差要求為50 200mm;長陰極塊l與短陰極塊2的長度差要求為200 800mm，且短陰極塊2的長度不小于 長陰極塊1的1/2，這些數(shù)據(jù)限制目的是為了保證正常出鋁，因正常生產(chǎn)時(shí)鋁液應(yīng)沒過這些 高出部分的30 50mm，高出鋁液部分就能很好的破壞鋁液流場(chǎng)，使鋁電解槽的穩(wěn)定性增加， 可在正常生產(chǎn)中進(jìn)一步的降低極距，起到節(jié)能降耗的作用。這里需要說明的是，雖然圖l中 僅示出了加厚短陰極塊2，但本實(shí)用新型并不排斥短陰極塊2采用常規(guī)塊而長陰極塊1加厚的 做法，只是這樣的布置并不比本實(shí)施例的效果更明顯，且可能會(huì)影響鋁電解槽的正常出鋁。
實(shí)施例2:在按實(shí)施例l的方法制作好鋁電解槽陰極后，由于在實(shí)際生產(chǎn)中可能會(huì)出現(xiàn)槽 內(nèi)在產(chǎn)鋁量減少幅度較大的弱點(diǎn)，也有可能會(huì)使鋁電解槽的熱平衡難以建立，出現(xiàn)電解槽發(fā) 冷的現(xiàn)象。為了更好的調(diào)節(jié)鋁電解槽的熱平衡，我們了采取減少突臺(tái)體積的辦法，即如圖4 和5，圖6和7所示，我們將長陰極塊1或短陰極塊2高出的區(qū)域部分進(jìn)行機(jī)械切削，減少其寬度，切削后的原有高出部分將會(huì)變成窄的突起帶，這樣本實(shí)用新型就可針對(duì)不同槽型，只要 將高出部分的面積調(diào)整合適就能達(dá)到改善流速場(chǎng)、提高穩(wěn)定性的作用，便于生產(chǎn)時(shí)熱平衡的 保持。需說明的是高出區(qū)域不一定為加工切削而成，也可以粘貼、鑲嵌而成。
權(quán)利要求1.一種鋁電解槽的節(jié)能型陰極，它包括設(shè)置在鋁電解槽底部的陰極碳?jí)K和陰極碳棒(3)，其特征在于陰極碳?jí)K由長度和厚度均不相同的長陰極塊(1)和短陰極塊(2)拼接而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋁電解槽的節(jié)能型陰極，其特征在于長陰 極塊(1)與短陰極塊(2)交錯(cuò)排列。
3.根據(jù)要求1或2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于長陰極塊(1 )和短陰極塊(2)的底部高度相同，陰極鋼棒(3)的出線位置相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于長陰極塊( 1)比短陰極塊(2)或短陰極塊(2)比長陰極塊(1)高出的部分為整體高出或部分區(qū)域高 出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于長陰極塊(1)和短陰極塊(2)的高度差為50 200mm 。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于長陰極 塊(1)與短陰極塊(2)的長度差為200 800mm，且短陰極塊(2)的長度不小于長陰極塊 (1)的1/2。
7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于制作長陰極 塊(1)和短陰極塊(2)的材料為無煙煤炭塊、半石墨質(zhì)炭塊或半石墨化或石墨化炭塊。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鋁電解槽的節(jié)能型陰極，它包括設(shè)置在鋁電解槽底部的陰極碳?jí)K和陰極碳棒(3)，陰極碳?jí)K由長度和厚度均不相同的長陰極塊(1)和短陰極塊(2)拼接而成，且長陰極塊(1)與短陰極塊(2)交錯(cuò)排列，同時(shí)長陰極塊(1)比短陰極塊(2)或短陰極塊(2)比長陰極塊(1)高出的部分為整體高出或部分區(qū)域高出。本實(shí)用新型能較好的提高鋁電解槽內(nèi)鋁液電解質(zhì)界面的穩(wěn)定性，使正常生產(chǎn)時(shí)極距可有效的降低，獲得較低的電解槽工作電壓，從而達(dá)到節(jié)能降耗的效果。
文檔編號(hào)C25C3/08GK201358307SQ20092030035
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者席燦明, 斌 曹, 溢 楊, 莆 鄭 申請(qǐng)人:貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院