一種同時降低鋁液水平電流和陰極炭塊表面最大電流的鋁電解槽陰極結構，涉及一種鋁電解槽技術領域。

背景技術：

目前，工業(yè)煉鋁仍采用傳統(tǒng)的霍爾-埃魯鋁電解工藝。生產(chǎn)電解鋁的為大型預焙鋁電解槽，在鋁電解槽中，強大的直流電從陽極母線進入到陽極導桿，電流從陽極導桿垂直向下，以此經(jīng)過陽極炭塊和電解質(zhì)、鋁液和陰極炭塊，最后由水平放置的陰極鋼棒匯集導入到陰極母線中。由于陰極鋼棒水平放置，導致電流在電解槽中有較大方向的改變，這對鋁電解槽產(chǎn)生了不利的影響。

一方面，鋁電解槽這種結構使得鋁液中產(chǎn)生了較大的水平電流分量。水平電流和垂直磁場產(chǎn)生作用，使得鋁液產(chǎn)生較大的波動。這給鋁電解槽生產(chǎn)帶來諸多不便。鋁液的波動會使極距難以控制，極距太小可能導致鋁電解槽局部短路和加速鋁液的二次氧化，造成電流效率的降低。極距過大會增加電解槽的槽電壓，增加能源消耗。另一方面，導致陰極炭塊表面電流分布的不均，在靠近槽側部的位置產(chǎn)生了較大的電流，由于陰極炭塊的腐蝕速率隨著電流的增加而加快，導致靠近槽側部的位置腐蝕最快，最終造成整個陰極炭塊產(chǎn)生了“w”型的破損。

降低鋁液中的水平電流，對于更好的控制鋁電解槽中的極距，增加電流效率和減小噸鋁能耗具有重要的意義。近年來，國內(nèi)外有很多關于采用雙鋼棒、鋼棒開縫、垂直鋼棒、異型鋼棒等技術改善鋁液中水平電流的方法。在中國專利申請cn201110286115.8中針對減小鋁液中水平電流這一技術問題，公開了一種陰極結構，其通過在陰極鋼棒沿長度方向設置分隔縫的方法來減小鋁液中的水平電流。但這些方法都是集中于對陰極鋼棒的改進，在鋁電解槽中，由于鋼棒中存在非常大的電流，在鋼棒附近改動使得鋼棒中電流發(fā)生較大的變化，使得鋼棒附近以及陰極溫度場發(fā)生較大的改變，為鋁電解槽陰極的熱平衡帶來了新的挑戰(zhàn)，為鋁電解槽槽底的保溫也帶來了新的要求。需要對電解槽進行大量的改進，增加投資成本。另外，這些設計對鋁電解槽陰極炭塊表面電流分布的影響卻很小。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種既可以降低鋁液中水平電流，又可以降低陰極炭塊表面最大電流的方法，通過將傳統(tǒng)電解槽單個陰極炭塊分成多個陰極炭塊，利用絕緣扎糊和導電扎糊將各炭塊連接，改善電流在陰極炭塊中的分布，從而達到預期的目的，該方法可有效降低鋁電解槽中鋁液中水平電流和陰極炭塊表面最大電流，并且簡單易行，不需要對現(xiàn)有電解槽結構進行較大改變，改動投資較少。具體技術方案如下：

一種同時降低鋁液水平電流和陰極炭塊表面最大電流的鋁電解槽陰極結構，包括多個陰極炭塊，絕緣扎糊，導電扎糊和陰極鋼棒，所述陰極鋼棒和多個陰極炭塊通過所述絕緣扎糊和導電扎糊連接。

所述多個陰極炭塊種類可以相同，也可以不同，所述陰極炭塊的種類為無定形、半石墨質(zhì)、半石墨化或石墨化的一種或幾種。

所述絕緣扎糊可以在水平方向或豎直方向連接多個陰極炭塊,也可以同時在水平方向和豎直方向連接多個陰極炭塊。。

所述陰極炭塊的高度為200～650mm，長度為200～2000mm，所述陰極鋼棒的高度為50～200mm，絕緣扎糊的厚度在5～20mm，長度在50～1000mm，導電扎糊厚度在5～20mm，長度在500～2000mm。

本方法的優(yōu)點是：通過導電扎糊和絕緣扎糊連接多個陰極炭塊，改變陰極炭塊的電路拓撲結構，從而達到降低鋁液中水平電流和陰極炭塊表面最大電流的目的。減小水平電流，可以降低鋁液波動，從而降低極距和減少鋁的二次氧化，增加電流效率，降低噸鋁能耗。減小陰極炭塊表面最大電流，可以減緩陰極炭塊的破損速率，延長電解槽壽命。此外，本方法簡單易執(zhí)行，不需要對現(xiàn)有電解槽結構進行較大改變，改動投資較少。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)的鋁電解槽陰極炭塊結構的剖面示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1中的兩個炭塊在水平方向采用絕緣扎糊、在豎直方向采用導電扎糊連接的剖面示意圖。

圖3為本發(fā)明中的兩個炭塊在水平方向采用絕緣和導電扎糊、在豎直方向采用導電扎糊連接的剖面示意圖。

圖4為本發(fā)明中的兩個炭塊在水平方向采用絕緣扎糊、在豎直方向采用導電和絕緣扎糊連接的剖面示意圖。

圖5為本發(fā)明中的被劃分為上下兩個陰極炭塊，僅在水平方向采用絕緣和導電扎糊連接的剖面示意圖。

圖6為本發(fā)明專利中的被劃分為三個陰極炭塊，在水平方向采用絕緣扎糊，在豎直方向采用導電扎糊連接的剖面示意圖。

圖7和圖8為本發(fā)明專利中的被劃分為三個陰極炭塊，在水平方向采用絕緣扎糊，在豎直方向采用絕緣扎糊和絕緣扎糊連接的剖面示意圖。

圖中，1—陰極炭塊一；2—絕緣扎糊；3—陰極炭塊二；4—導電扎糊一；5—導電扎糊二；6—陰極鋼棒；7—陰極炭塊三；圖中所示箭頭方向為電流方向。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(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1：

如圖3所示是本發(fā)明的兩個炭塊在水平方向采用絕緣扎糊、在豎直方向采用導電扎糊連接的剖面示意圖。由陰極炭塊一1，絕緣扎糊2，陰極炭塊二3，導電扎糊一4，導電扎糊二5和陰極鋼棒6組成。本實施例中，陰極炭塊一1的高度為400～650mm，陰極鋼棒6的高度為65～200mm，陰極炭塊一1和陰極炭塊二3之間添加一水平絕緣扎糊2，絕緣扎糊的厚度為5～20mm，絕緣扎糊的長度為50～500mm，陰極炭塊一1和陰極炭塊二3之間在豎直方向添加導電扎糊二5。此種結構使電流從靠近側部的陰極炭塊進入到鋼棒中的路徑變長，電阻增加，促使更多的電流從靠近中間的陰極炭塊進入到鋼棒中，從而達到降低鋁液中水平電流及陰極炭塊表面最大電流的目的。

實施例2：

如圖5為本發(fā)明中的被劃分為上下兩個陰極炭塊，僅在水平方向采用絕緣和導電扎糊連接的剖面示意圖，由陰極炭塊一1，絕緣扎糊2，陰極炭塊二3、導電扎糊一4、導電扎糊二5和陰極鋼棒6組成。本實施例中，陰極炭塊一1和陰極炭塊二3通過絕緣扎糊2和導電扎糊二5連接。陰極炭塊一1的高度為400～650mm，陰極炭塊二3的高度為200～500mm，陰極鋼棒6的高度為65～200mm，絕緣扎糊2的厚度為5～20mm，長度為50～500mm。導電扎糊二5的厚度為5～20mm，長度為500～2000mm。此種結構使電流從靠近側部的陰極炭塊進入到鋼棒中的路徑變長，電阻增加，促使更多的電流從靠近中間的陰極炭塊進入到鋼棒中，從而達到降低鋁液中水平電流及陰極炭塊表面最大電流的目的。

實施例3：

如圖6所示本發(fā)明中的被劃分為三個陰極炭塊，在水平方向采用絕緣扎糊、在豎直方向采用絕緣扎糊連接的剖面示意圖，由陰極炭塊一1，絕緣扎糊2，陰極炭塊二3、導電扎糊一4、導電扎糊二5、陰極鋼棒6和陰極炭塊三7組成。本實施例中，陰極炭塊三7的高度為400～650mm，陰極炭塊一1的高度為100～500mm，陰極炭塊二3的高度為200～500mm，陰極鋼棒6的高度為65～200mm，絕緣扎糊2的厚度為5～20mm，長度為50～500mm，導電扎糊二5的厚度為5～20mm，長度為420～650mm。此種結構使電流從靠近側部的陰極炭塊進入到鋼棒中的路徑變長，電阻增加，促使更多的電流從靠近中間的陰極炭塊進入到鋼棒中，從而達到降低鋁液中水平電流及陰極炭塊表面最大電流的目的。

本發(fā)明可以大大降低鋁液中的水平電流及陰極炭塊表面最大電流，且簡單易執(zhí)行，不會對鋁電解槽產(chǎn)生較大的改變，減小對現(xiàn)有鋁電解槽改造所需的費用。