專利名稱：：鋁電解槽節(jié)能陰極碳塊結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：目前通用的鋁電解槽呈一個長方體的箱形，內(nèi)部裝有900100(TC左右的熔融冰晶石電解液和鋁液。電解槽在長軸方向的一側(cè)設(shè)有立柱母線，電流由此進(jìn)入槽上的陽極梁。懸掛在陽極梁上的碳素陽極浸入到電解液中，與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成鋁液，鋁液定期地被專有設(shè)備吸出槽外。在電解槽的下部，由一些內(nèi)置有鋼棒的碳素陰極將電流導(dǎo)出槽外，電流通過設(shè)置在電解槽四周的陰極母線匯集到下一臺槽的立柱母線上。電解槽通過多個電阻的串聯(lián)方式，將電流從上游槽傳送到下游槽上。在此過程中，由于各個電阻存在的電壓降組成電解槽的全槽壓降，從而需要消耗大量的電能。鋁電解生產(chǎn)的電能效率(nE)，是指生產(chǎn)一定數(shù)量的金屬鋁，理論上應(yīng)該消耗的能量(W理)和實(shí)際上所消耗的能量(W實(shí))之比，即nE=W理/W實(shí)X100%通過計算，在采用活性陽極煉鋁時，每kg鋁的理論電能消耗是6.33kwh;而當(dāng)前世界最先進(jìn)的電解鋁廠抓加拿大魁北克的325kA電解系列，其電耗達(dá)9.0kwh，由此可知，其鋁電解的電能效率nE是nE=W理/W實(shí)X100%=6.33/9.0=48.7%。由此可見，鋁電解生產(chǎn)的電能利用率很低，節(jié)能潛力很大。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，即V平二AV槽+AV母+AV效上式中AV槽為電解槽工作電壓，包括陽極、陰極、電解質(zhì)電壓降和反電動勢(或稱實(shí)際分解電壓)，如下式表示V槽二AV陽+AV陰+AV質(zhì)+E反AV母為槽外母線電壓降，槽外母線主要有陽極母線以及槽間聯(lián)接母線等。當(dāng)電流通過這些母線時，將造成電阻電壓損失，盡管它們很小，但有一定的電解損失。此外，母線與母線的接觸處(焊接或壓接)也會產(chǎn)生接觸電壓降。AV效為陽極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航?。在電解槽生產(chǎn)過程中，當(dāng)發(fā)生效應(yīng)時，槽電壓會突然升高，這也會造成電能額外的消耗，將其平均分?jǐn)偟秸麄€電解系列中各臺電解槽上，稱為陽極效應(yīng)分?jǐn)傠妷骸５湫碗娊獠鄹鞑糠蛛妷航M成如下3<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>由以上的理論可知，當(dāng)電解槽設(shè)計完成后，其陰極壓降、陽極壓降、母線壓降即可視為恒定。而和生產(chǎn)有關(guān)的效應(yīng)分?jǐn)傠妷核既垭妷旱谋壤^小，控制該部分難以大幅度降低槽平均電壓。由上表可知，電解質(zhì)電壓降占到了平均電壓的35%40%，是降低電解槽平均電壓的關(guān)鍵項目之一。目前，對于電解質(zhì)壓降的降低方法主要有兩種第一種方法改善電解質(zhì)成分，提高電解質(zhì)的導(dǎo)電率；第二種方法降低極距(陽極與鋁液表面的距離)，即降低電解質(zhì)熔體的電阻；對于第一種方法，試驗室測試數(shù)據(jù)表明，當(dāng)分子比增加O.l，其電導(dǎo)率約增加1.5%。相應(yīng)的電解質(zhì)壓降可降低1.5%。然而，分子比過高后又將會降低電流效率，因此，該方法只適于小幅降低電解槽的能耗，目前工業(yè)電解槽的分子比一般都在2.02.6之間，可獲得較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。對于第二種降低極距的方法，主要取決于電解槽內(nèi)鋁液波動的情況。我們知道，當(dāng)直流電通過導(dǎo)體，將在周圍環(huán)境產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場。電解槽內(nèi)的鋁液正好處在立柱、陽極母線、陰極母線所產(chǎn)生的磁場內(nèi)，而它本身又是載流導(dǎo)體，因此，鋁液會受到磁場作用力的影響而運(yùn)動。在電解槽內(nèi)，由于鋁液中的水平電流分量受到磁場垂直分量的作用而發(fā)生"磁力效應(yīng)"；另外，電解質(zhì)和鋁液還受到陽極氣體的攪拌作用。鋁液表面在這樣的情況下會產(chǎn)生變形；當(dāng)這些變形較大后，就會引起鋁液表面的波動，從而為降低極距帶來難度。因此，如何抑制鋁液界面的波動，是降低極距降低電壓的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種鋁電解槽節(jié)能陰極碳塊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將鋁液的波動抑制在一個范圍內(nèi)，使極距有效降低，降低電解槽平均電壓，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的鋁液界面的波動大等不足。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案在傳統(tǒng)的陰極表面進(jìn)行切削加工或者進(jìn)行異型粘接，將陰極碳塊切削(粘接)出一個個的儲鋁池，電解槽內(nèi)的鋁液大量地儲存在儲鋁池內(nèi)，鋁液受到電磁力的影響而產(chǎn)生的波動將被儲鋁池限制。同時，通過加工(粘接)的陰極碳塊，改變了傳統(tǒng)陰極的電阻，使得儲鋁池至陰極鋼棒的電阻大大低于陰極表面至陰極鋼棒的電阻，從而使大量的電流由儲鋁池流至陰極鋼棒，而少量的電流由陰極表面流至陰極鋼棒。這樣一來，在陰極表面的水平電流會大大減少，從而電磁力減弱，鋁液的波動被降低。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使電解槽內(nèi)的鋁液大量地儲存在儲鋁池內(nèi)，鋁液受到電磁力的影響而產(chǎn)生的波動將被儲鋁池限制。同時，通過加工(粘接)的陰極碳塊改變了傳統(tǒng)陰極的電阻，使得儲鋁池至陰極鋼棒的電阻大大低于陰極表面至陰極鋼棒的電阻，從而使大量的電流由儲鋁池流至陰極鋼棒，而少量的電流由陰極表面流至陰極鋼棒，在陰極表面的水平電流會大大減少，從而電磁力減弱，鋁液的波動被降低。圖1為現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中斷面為圓弧形的碳塊3與陰極碳塊1為粘接連接；圖3為本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)示意圖，圖中在陰極碳塊1之間的間縫表面沿長方向間斷粘接碳塊3，碳塊3為長方體形；圖4為本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4的A—A剖視圖，圖中流出槽5的底面是平的，兩側(cè)邊為傾斜式的。具體實(shí)施例方式具體實(shí)施例方式實(shí)施例一、如圖2所示意，它包括陰極碳塊1、陰極鋼棒6，陰極碳塊1按傳統(tǒng)方式沿其長方向并列排放，陰極碳塊1之間的間縫用碳素糊2扎固，形成一個長方體的陰極結(jié)構(gòu)，在陰極碳塊1上部有儲鋁池4和流出槽5。陰極炭塊1采用雙鋼棒配置。[OO31]具體制作為陰極炭塊1尺寸為3240(長)X515(寬)X450(高)mm的長方體，將一塊厚150mm、長1600mm、寬515mm的炭塊3加工成圓弧型，圓弧半徑為150mm，將上述陰極炭塊1、炭塊3這兩個部件在筑爐時進(jìn)行粘接，從而形成儲鋁池4;每個陰極炭塊上有兩段儲鋁池4;由陰極炭塊1的表面及炭塊3的端面形成流出槽5，儲鋁池4內(nèi)的鋁液通過電解槽中部的流出槽5匯集到出鋁端儲存，再通過真空抬包將其抽出。實(shí)施例二、如圖3所示意，它包括陰極碳塊1、陰極鋼棒6，陰極碳塊1按傳統(tǒng)方式沿其長方向并列排放，陰極碳塊1之間的間縫用碳素糊2扎固，形成一個長方體的陰極結(jié)構(gòu)；在陰極碳塊1的間縫表面沿長方向間斷粘接碳塊3，使碳塊3與陰極碳塊1表面形成縱向的槽形結(jié)構(gòu)即儲鋁槽4，同時在陰極碳塊1的中部形成橫向的流出槽5。碳塊3為碳化硅塊，可制作成"T"形結(jié)構(gòu)，碳塊3的凸出部分插入相鄰陰極炭塊間縫位置。實(shí)施例三、它包括陰極碳塊1、陰極鋼棒6，陰極碳塊1與陰極鋼棒6通過扎糊形成一組陰極碳塊組；在陰極碳塊1上部有儲鋁槽4和流出槽5，流出槽5的底面是平的，兩側(cè)邊為傾斜式的。制作時，在陰極上表面采用機(jī)加工方式加工出特有的儲鋁溝槽4和流出槽5后，陰極鋼棒通過扎糊方式與陰極碳塊形成一組陰極碳塊組。然后將多組陰極碳塊組放入電解槽內(nèi)，每組陰極碳塊組之間扎糊連接。最終電解槽陰極形成具有多條儲鋁槽4和中間低、兩邊高的流出槽5。以上發(fā)明可以用在不同容量的電解槽上作為電極的陰極裝置，陰極碳塊1可以分段，一般分為13段進(jìn)行制作；陰極鋼棒的數(shù)量及形狀可以調(diào)整，被粘接的碳塊3的數(shù)量及大小可以調(diào)整，碳塊3可用炭化硅制作。同時，該陰極裝置各組成部分的材質(zhì)也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。權(quán)利要求一種鋁電解槽節(jié)能陰極碳塊結(jié)構(gòu)，它包括陰極碳塊(1)、陰極鋼棒(6)，陰極碳塊(1)按傳統(tǒng)方式沿其長方向并列排放，相臨陰極碳塊(1)之間的間縫用碳素糊(2)扎固，形成一個長方體的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于在陰極碳塊(1)上部有儲鋁池(4)和流出槽(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽節(jié)能陰極碳塊結(jié)構(gòu)，其特征在于在陰極碳塊(1)上部有碳塊(3)，碳塊(3)與陰極碳塊(1)為粘接連接，在碳塊(3)上有儲鋁槽(4)，碳塊(3)與陰極碳塊(1)表面形成流出槽(5)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽節(jié)能陰極碳塊結(jié)構(gòu)，其特征在于陰極炭塊(1)采用雙鋼棒配置。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋁電解槽節(jié)能陰極碳塊結(jié)構(gòu)，其特征在于陰極炭塊(1)的尺寸為3240mmX15mmX50mm的長方體。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁電解槽節(jié)能陰極碳塊結(jié)構(gòu)，其特征在于儲鋁池(4)的斷面為圓弧形。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁電解槽節(jié)能陰極碳塊結(jié)構(gòu)，其特征在于儲鋁池(4)的斷面圓弧半徑為150mm。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁電解槽節(jié)能陰極碳塊結(jié)構(gòu)，其特征在于儲鋁池(4)由厚160mm、長1600mm、寬515mm的炭塊(3)加工而成。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽節(jié)能陰極碳塊結(jié)構(gòu)，其特征在于在陰極碳塊(1)之間的間縫上面沿長方向間斷粘接碳塊(3)，陰極碳塊(1)表面與碳塊(3)形成儲鋁槽(4)和流出槽(5)。9.根據(jù)權(quán)利要求l所述的節(jié)能鋁電解槽陰極碳塊結(jié)構(gòu)，其特征在于流出槽(5)的底面是平的，兩側(cè)邊為傾斜式的。10.根據(jù)權(quán)利要求2、5、6、7或8所述的節(jié)能鋁電解槽陰極碳塊結(jié)構(gòu)，其特征在于碳塊(3)為炭化硅材料。全文摘要本發(fā)明公開了一種鋁電解槽節(jié)能陰極碳塊結(jié)構(gòu)，它包括陰極碳塊(1)、陰極鋼棒(6)，陰極碳塊(1)按傳統(tǒng)方式沿其長方向并列排放，陰極碳塊(1)之間的間縫用碳素糊(2)扎固，形成一個長方體的陰極結(jié)構(gòu)，在陰極碳塊(1)上部有儲鋁池(4)和流出槽(5)。碳塊(3)與陰極碳塊(1)為粘接連接。本發(fā)明使電解槽內(nèi)的鋁液大量地儲存在儲鋁池內(nèi)，鋁液受到電磁力的影響而產(chǎn)生的波動將被儲鋁池限制。同時，通過加工(粘接)的陰極碳塊改變了傳統(tǒng)陰極的電阻，使得儲鋁池至陰極鋼棒的電阻大大低于陰極表面至陰極鋼棒的電阻，從而使大量的電流由儲鋁池流至陰極鋼棒，在陰極表面的水平電流會大大減少，從而電磁力減弱，鋁液的波動被降低。文檔編號C25C3/08GK101775623SQ20091030013公開日2010年7月14日申請日期2009年1月9日優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日發(fā)明者傅長宏,包崇愛,阮紹勇,陳穎,隋建新,顏非亞申請人:貴陽鋁鎂設(shè)計研究院