一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)。包括陰極炭塊和導(dǎo)電棒，其特征在于導(dǎo)電棒凸出陰極炭塊底面，凸出陰極炭塊底面的導(dǎo)電棒被包覆材料包圍，導(dǎo)電棒沿長(zhǎng)度方向被分隔縫分成若干部分，分隔縫之上的導(dǎo)電棒用電連接體與陰極炭塊連接，分隔縫之下至陰極炭塊底面的導(dǎo)電棒用絕緣體與陰極炭塊連接，分隔縫內(nèi)用絕緣材料填充。本發(fā)明既大幅度降低了陰極壓降，又大幅度降低了鋁液中的水平電流，提高電解槽的穩(wěn)定性，使電解槽可以在低極距條件下高效平穩(wěn)運(yùn)行，有效地減少了噸鋁能耗，具有顯著的節(jié)能效果，同時(shí)，陰極電流分布更加均勻，延長(zhǎng)了槽壽命。
【專利說(shuō)明】一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]金屬鋁在工業(yè)上采用熔鹽電解法進(jìn)行生產(chǎn)，即電解溶解在熔融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。
[0003]生產(chǎn)電解鋁的直接設(shè)備為電解槽，電解槽主要有兩大部分組成，一部分為陽(yáng)極，通常由碳素材料制成；另一部分為陰極，由陰極炭塊組與內(nèi)襯材料砌筑而成。
[0004]鋁電解槽被串聯(lián)在整個(gè)電解系列中，電流從陽(yáng)極進(jìn)入電解槽，通過(guò)熔融的電解質(zhì)，穿過(guò)鋁液，進(jìn)入陰極炭塊，電流通過(guò)裝配在陰極炭塊中的陰極鋼棒收集，通過(guò)陰極母線導(dǎo)入下一臺(tái)電解槽。
[0005]現(xiàn)有的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)為:在陰極炭塊的底部裝有陰極鋼棒，陰極鋼棒不凸出陰極炭塊底部，陰極鋼棒與炭塊之間全部采用扎糊或澆磷鐵的方式連接，每個(gè)陰極炭塊裝有Γ4根陰極鋼棒，陰極鋼棒與陰極炭塊同向水平放置，陰極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(dǎo)電結(jié)構(gòu)存在一個(gè)非常大的缺點(diǎn):由于陰極鋼棒與陰極炭塊同向水平放置，導(dǎo)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(chǎng)共同作用產(chǎn)生電磁力，這種電磁力驅(qū)動(dòng)鋁液在電解槽中流動(dòng)和波動(dòng)，如果電解槽中的水平電流過(guò)大且分布不均，將會(huì)導(dǎo)致鋁液與電解質(zhì)界面波動(dòng)過(guò)大，使電解槽在生產(chǎn)中產(chǎn)生嚴(yán)重的不穩(wěn)定性，降低電流效率。此外，鋁液中水平電流分布沿陰極炭塊的長(zhǎng)度方向分布不均勻，使得陰極炭塊的端部處電流密度最大，從而顯著加快此處陰極炭塊的腐蝕，降低電解槽的壽命。
[0006]為了提高電解槽的穩(wěn)定性，通常的做法是在電解槽的設(shè)計(jì)中嚴(yán)格控制鋁液中的垂直磁場(chǎng)分布，這不僅增加了陰極母線設(shè)計(jì)的難度，而且導(dǎo)致陰極配置復(fù)雜，母線用量大，投資增加。
[0007]此外，通過(guò)改進(jìn)陰極結(jié)構(gòu)能夠抑制部分水平電流的產(chǎn)生，但會(huì)增加陰極炭塊組的壓降，造成噸鋁能耗的增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提供一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)，目的是大幅度降低鋁液中的水平電流，使陰極電流密度更加均勻，從而提高鋁電解槽生產(chǎn)的穩(wěn)定性，使電解槽能夠在較低極距下高效平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)陰極電流密度均勻，降低陰極磨損的速率，延長(zhǎng)陰極壽命。大幅度降低陰極壓降，顯著降低噸鋁能耗。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)，包括陰極炭塊和導(dǎo)電棒，其特征在于導(dǎo)電棒凸出陰極炭塊底面，凸出陰極炭塊底面的導(dǎo)電棒被包覆材料包圍，導(dǎo)電棒沿長(zhǎng)度方向被分隔縫分成若干部分，分隔縫之上的導(dǎo)電棒用電連接體與陰極炭塊連接，分隔縫之下至陰極炭塊底面的導(dǎo)電棒用絕緣體與陰極炭塊連接，分隔縫內(nèi)用絕緣材料填充。
[0010]導(dǎo)電棒由均質(zhì)材料或多層復(fù)合材料構(gòu)成。
[0011]導(dǎo)電棒橫截面可以為矩形、圓形、半圓形、梯形、T型或L型。
[0012]導(dǎo)電棒數(shù)量為I?40根。
[0013]包覆材料部分或全部包圍凸出陰極炭塊底部的導(dǎo)電棒。
[0014]電連接體為碳素糊料、鑄鐵、碳膠或粘結(jié)劑。
[0015]所述的均質(zhì)材料為鋼、銅、鋁或銀。
[0016]所述的多層復(fù)合材料為銅-鋼復(fù)合、鋁-鋼復(fù)合、銀-鋼復(fù)合或銅-鋁復(fù)合。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果如下:本發(fā)明具有很強(qiáng)的實(shí)用性，在不改變陰極出電方式即側(cè)面出電的條件下，既大幅度降低了陰極壓降，又大幅度降低了鋁液中的水平電流，提高電解槽的穩(wěn)定性，使電解槽可以在低極距條件下高效平穩(wěn)運(yùn)行，有效地減少了噸鋁能耗，具有顯著的節(jié)能效果，同時(shí)，陰極電流分布更加均勻，延長(zhǎng)了槽壽命。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的主視圖。
[0019]圖2為圖1的A-A剖視圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的主視圖。
[0021 ] 圖4為圖3的A-A剖視圖。
[0022]圖中，1、陰極炭塊；2、導(dǎo)電棒；3、電連接體；4、分隔縫；5、絕緣體；6、包覆材料；7、
多層復(fù)合材料。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不受實(shí)施例所限。
[0024]實(shí)施例1
如圖1和2所示本發(fā)明一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電棒2凸出陰極炭塊I底面，凸出陰極炭塊I底面的導(dǎo)電棒2被包覆材料6包圍，導(dǎo)電棒2沿長(zhǎng)度方向被分隔縫4分成兩部分，分隔縫4之上的導(dǎo)電棒2用電連接體3與陰極炭塊I連接，分隔縫4以下至陰極炭塊I底面的導(dǎo)電棒2用絕緣體5與陰極炭塊I連接，分隔縫4內(nèi)用絕緣材料填充，導(dǎo)電棒2由均質(zhì)材料構(gòu)成，導(dǎo)電棒2橫截面為矩形，導(dǎo)電棒2的數(shù)量為四根，包覆材料6全部包圍凸出陰極炭塊I底部的導(dǎo)電棒2，電連接體3為鑄鐵，導(dǎo)電棒2的材質(zhì)為鋼。
[0025]實(shí)施例2
如圖3-4所示本發(fā)明一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電棒2凸出陰極炭塊I底面，凸出陰極炭塊I底面的導(dǎo)電棒2被包覆材料6包圍，導(dǎo)電棒2沿長(zhǎng)度方向被分隔縫4分成兩部分，分隔縫4之上的導(dǎo)電棒2用電連接體3與陰極炭塊I連接，分隔縫4以下至陰極炭塊I底面的導(dǎo)電棒2用絕緣體5與陰極炭塊I連接，分隔縫4內(nèi)用絕緣材料填充，導(dǎo)電棒2由多層復(fù)合材料7構(gòu)成，導(dǎo)電棒2橫截面為半圓形，導(dǎo)電棒2的數(shù)量為兩根，包覆材料6部分包圍凸出陰極炭塊I底部的導(dǎo)電棒2，導(dǎo)電棒2底表面露出包覆材料6，電連接體3為碳素糊料，多層復(fù)合材料7為銅-鋼復(fù)合材料。
[0026]實(shí)施例3
實(shí)施例1中的導(dǎo)電棒2橫截面為圓形，導(dǎo)電棒2的數(shù)量為8根，包覆材料6部分包圍凸出陰極炭塊I底部的導(dǎo)電棒2，導(dǎo)電棒2底表面露出包覆材料6，電連接體3為粘結(jié)劑，導(dǎo)電棒2的材質(zhì)為銅，其它同實(shí)施例1。
[0027]實(shí)施例4
實(shí)施例1中的導(dǎo)電棒2橫截面為梯形，導(dǎo)電棒2的數(shù)量為16根，包覆材料6全部包圍凸出陰極炭塊I底部的導(dǎo)電棒2，電連接體3為碳膠，導(dǎo)電棒2的材質(zhì)為鋁，其它同實(shí)施例1o
[0028]實(shí)施例5
實(shí)施例1中的導(dǎo)電棒2橫截面為梯形，導(dǎo)電棒2的數(shù)量為16根，包覆材料6全部包圍凸出陰極炭塊I底部的導(dǎo)電棒2，電連接體3為碳膠，導(dǎo)電棒2的材質(zhì)為銀，其它同實(shí)施例1o
[0029]實(shí)施例6
實(shí)施例2中的導(dǎo)電棒2橫截面為T型，導(dǎo)電棒2的數(shù)量為40根，包覆材料6全部包圍凸出陰極炭塊I底部的導(dǎo)電棒2，電連接體3為碳膠，多層復(fù)合材料7為鋁-鋼復(fù)合材料，其它同實(shí)施例2。
[0030]實(shí)施例7
實(shí)施例2中的導(dǎo)電棒2橫截面為L(zhǎng)型，導(dǎo)電棒2的數(shù)量為I根，包覆材料6全部包圍凸出陰極炭塊I底部的導(dǎo)電棒2，電連接體3為碳膠，多層復(fù)合材料7為銀-鋼復(fù)合材料，其它同實(shí)施例2。
[0031]實(shí)施例7
實(shí)施例2中的導(dǎo)電棒2橫截面為L(zhǎng)型，導(dǎo)電棒2的數(shù)量為I根，包覆材料6全部包圍凸出陰極炭塊I底部的導(dǎo)電棒2，電連接體3為碳膠，多層復(fù)合材料7為銅-鋁復(fù)合材料，其它同實(shí)施例2。
【權(quán)利要求】
1.一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)，包括陰極炭塊和導(dǎo)電棒，其特征在于導(dǎo)電棒凸出陰極炭塊底面，凸出陰極炭塊底面的導(dǎo)電棒被包覆材料包圍，導(dǎo)電棒沿長(zhǎng)度方向被分隔縫分成若干部分，分隔縫之上的導(dǎo)電棒用電連接體與陰極炭塊連接，分隔縫之下至陰極炭塊底面的導(dǎo)電棒用絕緣體與陰極炭塊連接，分隔縫內(nèi)用絕緣材料填充。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于導(dǎo)電棒由均質(zhì)材料或多層復(fù)合材料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于導(dǎo)電棒橫截面可以為矩形、圓形、半圓形、梯形、T型或L型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于導(dǎo)電棒數(shù)量為I?40根。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于包覆材料部分或全部包圍凸出陰極炭塊底部的導(dǎo)電棒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于電連接體為碳素糊料、鑄鐵、碳膠或粘結(jié)劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的均質(zhì)材料為鋼、銅、鋁或銀。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種節(jié)能、均化鋁液水平電流的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的多層復(fù)合材料為銅-鋼復(fù)合、鋁-鋼復(fù)合、銀-鋼復(fù)合或銅-鋁復(fù)合。
【文檔編號(hào)】C25C3/08GK104250830SQ201310265139
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】楊曉東, 劉雅鋒, 周東方, 邱陽(yáng), 劉銘, 鄒智勇, 胡宏武, 殷小寶, 曹曦 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司