專利名稱：一種鋁電解槽的帶局部表面突起的陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鋁電解槽的帶局部表面突起的陰極，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13200-3500kWh/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"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 其中的AV母為槽外母線電壓降，AV效為陽極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航担珹V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(或稱實(shí)際分解電壓)，即 Vw= AV陽+ AV陰+ AV質(zhì)+E反 由計(jì)算可知，反電動(dòng)勢和電解質(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11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)測出的流速分布會有一定的差異，但總體而言對于大面多點(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，即產(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塊，在陰極碳塊上
設(shè)有突起帶。 突起帶設(shè)置在位于鋁電解槽槽膛內(nèi)的陰極碳塊的表面。[0012] 突起帶沿陰極碳塊的縱向布置。 突起帶位于陰極炭塊頂面的中部、邊部、或兩塊陰極炭塊拼接的間縫上。 設(shè)在電解槽槽膛中部的突起帶的數(shù)量為電解槽槽膛左右兩段突起帶數(shù)量的0
0. 5倍。 突起帶均勻布置在陰極碳塊的表面，且數(shù)量為陰極碳塊數(shù)量的0. 9 2倍。 突起帶通過扎糊、粘接、鑲嵌或整體鑄造的方式連接在陰極碳塊的表面。 突起帶的高度為50 200mm。 制作突起帶的材料是導(dǎo)電材料、不良導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料。 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型通過在原有平整的陰極碳塊表面增加一定數(shù)量的突 起帶，這樣就可通過突起帶在鋁液高流速區(qū)域設(shè)置一定的障礙，破壞如圖9 11中形成的 渦旋，破壞原有電磁力所產(chǎn)生的鋁液內(nèi)流速場的分布，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。突起帶的位置、間距、及數(shù)量并不固定，正常情況下靠近鋁電解槽槽膛兩端 (即煙道端和出鋁端)布置的突起帶數(shù)量較多，而槽膛中部的突起帶數(shù)量較少、甚至沒有； 其布置是根據(jù)磁場分布而定的，其目的是為了更好的破壞了原有電磁力所產(chǎn)生的鋁液內(nèi)流 速場的分布，使其更好的支離破碎。突起帶通過扎糊、粘接、鑲嵌或整體鑄造的方式連接在 陰極碳塊的表面，這樣的連接方式可針對舊槽的維護(hù)，也便方便加工新槽，維護(hù)操作比較靈 活。突起帶的高度為50 200mm，使用的材料是導(dǎo)電材料、不良導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料，這 些數(shù)據(jù)均是申請人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬后得到的。同時(shí)本實(shí)用新型還具有對電解槽 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1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為采用本實(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3為本實(shí)用新型突起帶位于陰極碳塊頂部表面中間位置的示意圖； 圖4為本實(shí)用新型突起帶位于陰極碳塊頂部表面一側(cè)位置的示意圖； 圖5為本實(shí)用新型突起帶位于兩塊陰極碳塊間縫頂部位置的示意圖； 圖6為本實(shí)用新型直接在陰極碳塊表面扎糊形成突起帶的示意圖； 圖7為本實(shí)用新型在陰極碳塊表面粘接突起帶的示意圖； 圖8為本實(shí)用新型在陰極表面鑲嵌突起帶的示意圖； 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11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)施例如圖1所示，陰極碳塊1設(shè)置在鋁電解槽的底部，在陰極碳塊兩端設(shè)有陰 極鋼棒3，陰極炭塊1之間通過扎糊4拼接；同時(shí)在位于鋁電解槽槽膛內(nèi)的陰極碳塊1的表 面設(shè)有突起帶2，突起帶2的高度為50 200mm，突起帶2沿陰極碳塊2的縱向(系列電流 方向)布置，突起帶2可布置在陰極炭塊1頂面的中部(如圖3)、邊部(如圖4)、或兩塊陰極炭塊l拼接的間縫上(如圖5)，突起帶2可通過扎糊(如圖6)、粘接(如圖7)、鑲嵌 (如圖8)或整體鑄造的方式連接在陰極碳塊1的表面。同時(shí)根據(jù)圖9 11可以看出，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；因此申請人在陰極碳塊表面 設(shè)置突起帶2的位置、間距、及數(shù)量并不固定，正常情況下靠近槽膛兩端(即煙道端和出鋁 端)布置的突起帶2數(shù)量較多，而槽膛中部的突起帶數(shù)量較少、甚至沒有。既將鋁電解槽分 為三段(如圖1中的三段區(qū)域)，設(shè)在鋁電解槽槽膛中段區(qū)域的突起帶2的數(shù)量為電解槽槽 膛左右兩區(qū)域突起帶2數(shù)量的0 0. 5倍；且突起帶2數(shù)量為陰極碳塊1數(shù)量的0. 9 2 倍。因突起帶2的設(shè)置是為了更好的破壞原有電磁力所產(chǎn)生的鋁液內(nèi)流速場的分布，因此 制作突起帶2的材料可以是導(dǎo)電材料、不良導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料。以160kA大面多點(diǎn)進(jìn) 電鋁電解槽為例，如圖1，這里的每一突起帶2中間分段為對稱的兩段，是為了出鋁的方便， 但并不排斥突起帶2的其它分段方式。對比圖2與圖9可知采用本實(shí)用新型(突起帶配置 方式)后鋁液表面渦旋的大小及流速都明顯的減少，也就意味著鋁液表面的隆起和波動(dòng)減 少，鋁電解槽更加穩(wěn)定，也更加節(jié)能。這里的突起帶高度為50 200mm，寬度50 350mm， 正常生產(chǎn)時(shí)鋁液應(yīng)沒過這些突起帶2的頂部30 50mm，這樣設(shè)置突起帶2能很好的破壞鋁 液流場，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。需要說明的是，雖然本實(shí)施例中端部區(qū)域內(nèi)的突起帶數(shù)量與該區(qū)域陰極碳塊數(shù)量一致， 但并不排斥更多的突起帶數(shù)量。只是突起帶數(shù)量增加后并不比本實(shí)施例的效果更明顯，而 且突起帶數(shù)量的增加不可避免的造成在產(chǎn)鋁量的減少，將會損害到槽的熱平衡。故每一端 部區(qū)域的突起帶數(shù)量不應(yīng)超過該區(qū)域陰極碳塊數(shù)量的2倍。
權(quán)利要求一種鋁電解槽的帶局部表面突起的陰極，它包括設(shè)置在鋁電解槽底部的陰極碳塊(1)，其特征在于在陰極碳塊(1)上設(shè)有突起帶(2)。
2. 根據(jù)要求l所述的鋁電解槽的帶局部表面突起的陰極，其特點(diǎn)在于，突起帶(2)沿陰 極碳塊(1)縱向布置。
3. 根據(jù)要求1所述的鋁電解槽的帶局部表面突起的陰極，其特征在于突起帶(2)位于陰極炭塊(1)頂面的中部、邊部、或兩塊陰極炭塊(1)拼接的間縫上。
4. 根據(jù)要求3所述的鋁電解槽的帶局部表面突起的陰極，其特征在于設(shè)在電解槽槽膛中部的突起帶(2)的數(shù)量為電解槽槽膛左右兩段突起帶(2)數(shù)量的0 0. 5倍。
5. 根據(jù)要求4所述的鋁電解槽的帶局部表面突起的陰極，其特征在于突起帶(2)均 勻布置在陰極碳塊(1)的表面，且數(shù)量為陰極碳塊數(shù)量的0. 9 2倍。
6. 根據(jù)要求1所述的鋁電解槽的帶局部表面突起的陰極，其特征在于突起帶(2)通 過扎糊、粘接、鑲嵌或整體鑄造的方式連接在陰極碳塊(1)的表面。
7. 根據(jù)要求l所述的鋁電解槽的帶局部表面突起的陰極，其特征在于突起帶(2)的 高度為50 200mm。
8. 根據(jù)要求1所述的鋁電解槽的帶局部表面突起的陰極，其特征在于突起帶(2)為 導(dǎo)電突起帶、不良導(dǎo)電突起帶或非導(dǎo)電突起帶。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鋁電解槽的帶局部表面突起的陰極，它包括設(shè)置在鋁電解槽底部的陰極碳塊(1)，在陰極碳塊(1)上設(shè)有突起帶(2)，突起帶(2)設(shè)置在位于鋁電解槽槽膛內(nèi)的陰極碳塊(1)的表面，突起帶(2)位于陰極炭塊(1)頂面的中部、邊部、或兩塊陰極炭塊(1)拼接的間縫上。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C25C3/08GK201495298SQ20092030035
公開日2010年6月2日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者包崇愛, 席燦明, 曹斌, 楊溢, 鄭莆 申請人:貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院