專利名稱：一種水平出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水平出電鋁電解槽陰極結(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(yáng)極和炭塊陰極，通過(guò)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組成，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(chē)間內(nèi)電磁場(chǎng)的影響而運(yùn)動(dòng)，需要保持一定高度的鋁液， 減少界面的波動(dòng)。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(chǎng)條件下，進(jìn)一步優(yōu)化磁場(chǎng)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(wèn)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?，F(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(chǎng)造成的鋁液波動(dòng)，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(wú)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(lái)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(chǎng)帶來(lái)的鋁液電解質(zhì)界面波動(dòng)影響， 電解槽就會(huì)變得不穩(wěn)定，丟失電流效率，很難達(dá)到節(jié)能的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，目的是 減小電解槽內(nèi)鋁液的流動(dòng)和降低鋁液界面的波動(dòng)，從而降低極間壓降，提高鋁電解槽的電 能效率，降低磁場(chǎng)對(duì)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(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 —種水平出電鋁電解槽的陰極結(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?jī)?nèi)襯、底部?jī)?nèi)襯以及陰極炭塊間扎固材料組成，陰極炭塊之間采用炭間糊、鎂磚或碳化硅
磚等扎固材料連接，陰極炭塊之間的距離拉大，炭塊扎固材料的高度低于陰極炭塊的高度，
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。 所述的每塊陰極炭塊中安裝1 8根陰極鋼棒。 所述的陰極炭塊截面形狀為方形。 所述的陰極炭塊截面形狀為上部為梯形、三角形、圓形、橢圓形等形狀、下部為方 形。
所述的陰極炭塊上表面開(kāi)有凹槽。 所述的每塊陰極炭塊上開(kāi)設(shè)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，每塊陰極炭塊中安裝1 8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。 所述的陰極炭塊彼此間距為30 300mm之間。 所述的炭間糊高度低于陰極炭塊的高度在20 450mm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(yáng)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。 所述的陰極炭塊下面的底部?jī)?nèi)襯為耐火保溫材料。 所述的陰極炭塊的端部與側(cè)部?jī)?nèi)襯之間由澆注料和周?chē)龘v固連接。 所述的陰極炭塊的上表面是平面。 本發(fā)明的特點(diǎn)和效果如下 本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)，陰極炭塊之間距離拉大，炭塊之間的扎固材料高度低于陰極 炭塊高度，造成陰極上表面出現(xiàn)很多凹槽，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(dòng)和波動(dòng)，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(wèn)題，可以采取適當(dāng)增大出鋁端的加工面，在陰極炭塊 上表面開(kāi)溝槽等措施，為鋁液提供匯集通道。 本發(fā)明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(chǎng) 對(duì)鋁電解生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響。


圖1是本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)，陰極炭塊截面形狀為方形的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)陰極炭塊中部有一個(gè)方形凹槽的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)陰極炭塊中部有一個(gè)梯形凹槽的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)陰極炭塊上表面有多個(gè)方形凹槽的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)陰極炭塊上表面有多個(gè)梯形凹槽的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)陰極炭塊中部沒(méi)有凹槽的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)，陰極炭塊截面形狀上部為梯形、下部為方形的主視結(jié) 構(gòu)示意圖。 圖中，1、側(cè)部?jī)?nèi)襯，2、陰極鋼棒，3、陰極炭塊，4、陰極炭塊凹槽5扎固材料，6、底部?jī)?nèi)襯。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(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
4限。 如圖1所示，水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)由側(cè)部?jī)?nèi)襯1、陰極炭塊3、陰極炭間扎 糊、鎂磚等扎固材料5、底部?jī)?nèi)襯6構(gòu)成，陰極炭塊3之間采用炭間糊、鎂磚、碳化硅磚等材 料扎固連接，陰極炭塊3之間的距離拉大，陰極炭塊3之間的扎固材料5的高度低于陰極炭 塊3的高度，陰極炭塊3底部水平安裝陰極鋼棒2，陰極鋼棒2從電解槽的側(cè)部穿出。如圖 2 5所示，陰極炭塊3上表面為平面或在上表面上開(kāi)設(shè)凹槽4 ;每塊陰極炭塊3上開(kāi)設(shè)的 凹槽4數(shù)量為1 20個(gè)。側(cè)部?jī)?nèi)襯1和底部?jī)?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。 本發(fā)明的電解槽的陰極結(jié)構(gòu)如圖l所示，陰極炭塊3彼此間距增大，30 300mm之 間，并采用炭間糊、鎂磚、碳化硅磚等扎固材料5連接，炭間扎固材料5的高度低于陰極炭塊 3高度，在20 450mm之間，炭塊間的扎糊高度可以相同、也可以不同。陰極炭塊放置在底 部?jī)?nèi)襯6上，底部?jī)?nèi)襯6為隔熱保溫耐火材料，起到保溫和承載的作用，陰極炭塊3的端部 與側(cè)部?jī)?nèi)襯1之間采用澆注料和周?chē)龘v固。 陰極炭塊3可以為方形，也可以為上部梯形、三角形、圓形、橢圓形、下部方形等形 狀，每塊陰極炭塊中安裝1 8根陰極鋼棒。陰極鋼棒的橫向截面形狀可以為圓形、橢圓形 或矩形。 陰極炭塊3的高度可以為300 700mm之間，寬度可以與陽(yáng)極炭塊保持一致，也可 以采用寬度在250 800mm之間的陰極炭塊。 采用本發(fā)明的陰極結(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(wèn)題，如圖2 5所示，在陰極炭塊上表面開(kāi)凹槽4，為鋁液提供匯集到 出鋁口的通道，另外還可以適當(dāng)增大出鋁端的加工面。陰極炭塊的凹槽4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(kāi)凹槽4，也可以整個(gè) 上表面都開(kāi)凹槽4，不開(kāi)凹槽也是可以的，如圖6所示。 本發(fā)明的鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，一方面有效的束縛了磁場(chǎng)造成的鋁液流動(dòng)和波 動(dòng)，減少了電解槽鋁液與電解質(zhì)界面的波動(dòng)，從而可以適當(dāng)降低極距至4. Ocm以下，實(shí)現(xiàn)了 極間鋁液-電解質(zhì)界面很小的波動(dòng)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(chǎng)變化對(duì)于電解槽鋁液波動(dòng)影響很小，從而 可以極大的簡(jiǎn)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
一種水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，它包括槽殼和內(nèi)襯，其特征在于內(nèi)襯主要由陰極炭塊、側(cè)部?jī)?nèi)襯、底部?jī)?nèi)襯以及陰極炭塊間扎固材料組成，陰極炭塊之間采用扎固材料連接，陰極炭塊之間的距離拉大，扎固材料的高度低于陰極炭塊的高度，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所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊 上表面開(kāi)有凹槽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的每塊陰極 炭塊上開(kāi)設(shè)的凹槽數(shù)量為1 20個(gè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的凹槽橫向 截面形狀為方形、梯形、三角形或圓形等。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述每塊陰極炭 塊中安裝1 8根陰極鋼棒。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊 為方形或上部為梯形、三角形、圓形、橢圓形，下部為方形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極 鋼棒的橫向截面形狀可以為圓形、橢圓形或矩形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊 彼此間距為30 300mm之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的扎固材料 的高度低于陰極炭塊的高度在20 450mm之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(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(yáng)極炭塊保持一致。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(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。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭 塊下面的底部?jī)?nèi)襯為耐火保溫材料。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極 炭塊的端部與側(cè)部?jī)?nèi)襯之間由澆注料和周?chē)龘v固連接。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的水平出電鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極 炭塊的上表面是平面。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水平出電鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，屬于鋁電解槽技術(shù)領(lǐng)域。一種水平出電鋁電解槽的陰極結(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?jī)?nèi)襯、底部?jī)?nèi)襯以及陰極炭塊間扎固材料組成，陰極炭塊之間采用炭間糊、鎂磚、碳化硅 等扎固材料連接，陰極炭塊之間的距離拉大，炭間糊等扎固材料的高度低于陰極炭塊的高度，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。本發(fā)明陰極上表面出現(xiàn)很多凹槽，從而將巨大的液態(tài)鋁池被分割成若干區(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(dòng)和波動(dòng)，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(hào)C25C3/08GK101781773SQ20091001016
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者劉雅鋒, 周東方, 朱佳明, 楊曉東, 白斌, 耿培久 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院