專利名稱：一種鋁電解槽的節(jié)能型陰極的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鋁電解槽的節(jié)能型陰極，屬于鋁電解槽技術領域。
背景技術：
隨著鋁電解槽設計和操作技術水平的提高，國際國內(nèi)新設計和建設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 電解技術也得到了長足的進展，在電解槽容量上已能達到甚至超過國際先進水平。但在節(jié)能 降耗方面與世界先進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 — 13500kWh/T.Al左右，甚至有的接近14000kWh/T. Al，有相當大的潛力可挖掘。特別 是在目前國內(nèi)外經(jīng)濟環(huán)境極為嚴峻的情況下，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平。而鋁電解槽的平均電壓主要包括三部分，艮口
V平二 A 乂槽+ A V母屮A V效
其中的AV母為槽外母線電壓降，AV效為陽極效應分攤電壓降，AV槽為電解槽工作電壓 ，又可分解為陽極、陰極、電解質(zhì)電壓降和反電動勢(或稱實際分解電壓)，即 V槽二AV陽+AV陰+AV質(zhì)+E反
由計算可知，反電動勢和電解質(zhì)電壓降分別占到平均電壓的35% 40%，是平均電壓中 的兩個大項。反電動勢基本為定值，故要想降低電耗，首要的是降低電解質(zhì)電壓AV質(zhì)。
同時根據(jù)生產(chǎn)實踐、及計算可知，典型的大面多點進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ll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，當然，在正常生產(chǎn)時，由于操作條件、爐棒、爐底沉淀等的變 化，實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進電鋁電解槽的鋁液流速 分布有幾項特征是不變的，S卩產(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，進而可能會在一 定條件下使鋁液-電解質(zhì)界面產(chǎn)生不穩(wěn)定，能耗增加
實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術問題是，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，以達到節(jié)能、降耗的效果。可以克服現(xiàn)有技術的不足。
本實用新型的技術方案；它包括設置在鋁電解槽底部的陰極碳塊和陰極碳棒，陰極碳塊 由長度和厚度均不相同的長陰極塊和短陰極塊拼接而成。
長陰極塊與短陰極塊交錯排列。
長陰極塊和短陰極塊的底部高度相同，陰極鋼棒的出線位置相同。 長陰極塊比短陰極塊或短陰極塊比長陰極塊高出的部分為整體高出或部分區(qū)域高出。 長陰極塊和短陰極塊的高度差為50 200mm 。
長陰極塊與短陰極塊的長度差為200 800mm，且短陰極塊的長度不小于長陰極塊的1/2 制作長陰極塊和短陰極塊的材料為無煙煤炭塊、半石墨質(zhì)炭塊或半石墨化或石墨化炭塊
與現(xiàn)有技術比較，本實用新型通過將陰極碳塊由長度和厚度均不相同的長陰極塊和短陰 極塊拼接而成，并且長陰極塊與短陰極塊交錯排列構成鋁電解陰極，這樣的設置目的是為了 克服現(xiàn)有陰極炭塊產(chǎn)生的渦旋(如圖9-11)。同時通過試驗證明及圖8可見，將現(xiàn)有平整的 陰極碳塊改制成長短、厚度不同的拼接炭塊，這樣就可通在鋁液高流速區(qū)域設置一定的障礙 ，破壞如圖9-ll中形成的渦旋，破壞現(xiàn)有鋁電解槽電磁力所產(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，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)時極距可較低、能耗也較低。長陰極塊比短陰極塊或短陰極塊比長陰極塊 高出的部分為整體高出或部分區(qū)域高出，即高出部分的區(qū)域、數(shù)量和位置并不確定，這樣的 設置原因也是根據(jù)現(xiàn)有鋁電解槽槽的磁場分布而定的，其目的是為了更好適應各類電解槽并 破壞原有電磁力所產(chǎn)生的鋁液內(nèi)流速場的分布，達到進一步節(jié)能、降低能耗的效果。長陰極 塊和短陰極塊的高度差為50 200mm ;長陰極塊與短陰極塊的長度差為200 800mm，且短陰 極塊的長度不小于長陰極塊的1/2，這些數(shù)據(jù)均是申請人經(jīng)過大量實驗和計算機模擬后得到 的，其目的是滿足生產(chǎn)時的正常出鋁；制作長陰極塊和短陰極塊的材料為無煙煤炭塊、半石 墨質(zhì)炭塊或半石墨化或石墨化炭塊，上述制作材料均為制作現(xiàn)有陰極炭塊的材料，并不需其 它特殊材料，因此本實用新型不會另增加太多資金。同時本實用新型還具有對電解槽改動少 、節(jié)能效果好等優(yōu)點，具有很好的經(jīng)濟效應、推廣價值和實用價值。

圖l為本實用新型的結構示意圖；圖2為圖1的Y向視圖； 圖3為圖1的X向視圖4為本實用新型的短陰極塊2的高出區(qū)域為一個較窄突臺的示意圖5為圖4的部分Y向視圖6為本實用新型的短陰極塊高出區(qū)域為兩個較窄突臺的示意圖7為圖6的部分Y向視圖8采用本實用新型后160kA大面多點進電鋁電解槽鋁液流速分布圖； 圖9為現(xiàn)有的160kA大面多點進電鋁電解槽鋁液流速分布圖； 圖10為現(xiàn)有的300kA大面多點進電鋁電解槽鋁液流速分布圖； 圖ll為現(xiàn)有的450kA大面多點進電鋁電解槽鋁液流速分布圖。
具體實施方式

實施例l:如圖1所示，陰極碳塊設置在鋁電解槽的底部，在陰極碳塊兩端設有陰極鋼
棒3 ，構成鋁電解槽陰極的每根陰極碳塊由長度和厚度均不相同的長陰極塊1和短陰極塊2拼 接而成，多個厚度不同的拼接的陰極炭塊通過扎糊4拼接為鋁電解陰極，在拼接時長陰極塊l 與短陰極塊2交錯排列，并且在制作和拼接厚度不同、長度不同的陰極炭塊所采用的標準為 ，長陰極塊1和短陰極塊2的底部位于同一標高，陰極鋼棒3的出線位置位于同一標高，(如 圖l);這樣交錯排列后鋁電解槽陰極側視圖就如圖2和圖3所示。這里制作長陰極塊l和短陰 極塊2的材料為無煙煤炭塊、半石墨質(zhì)炭塊或半石墨化或石墨化炭塊，上述制作材料均為制 作現(xiàn)有陰極炭塊的材料，并不需其它特殊材料，因此不會增加太多成本，但在制作長陰極塊 l和短陰極塊2時為滿足生產(chǎn)時的正常出鋁的要求，長陰極塊1和短陰極塊2的高度差要求為50 200mm;長陰極塊l與短陰極塊2的長度差要求為200 800mm，且短陰極塊2的長度不小于 長陰極塊1的1/2，這些數(shù)據(jù)限制目的是為了保證正常出鋁，因正常生產(chǎn)時鋁液應沒過這些 高出部分的30 50mm，高出鋁液部分就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)中進一步的降低極距，起到節(jié)能降耗的作用。這里需要說明的是，雖然圖l中 僅示出了加厚短陰極塊2，但本實用新型并不排斥短陰極塊2采用常規(guī)塊而長陰極塊1加厚的 做法，只是這樣的布置并不比本實施例的效果更明顯，且可能會影響鋁電解槽的正常出鋁。
實施例2:在按實施例l的方法制作好鋁電解槽陰極后，由于在實際生產(chǎn)中可能會出現(xiàn)槽 內(nèi)在產(chǎn)鋁量減少幅度較大的弱點，也有可能會使鋁電解槽的熱平衡難以建立，出現(xiàn)電解槽發(fā) 冷的現(xiàn)象。為了更好的調(diào)節(jié)鋁電解槽的熱平衡，我們了采取減少突臺體積的辦法，即如圖4 和5，圖6和7所示，我們將長陰極塊1或短陰極塊2高出的區(qū)域部分進行機械切削，減少其寬度，切削后的原有高出部分將會變成窄的突起帶，這樣本實用新型就可針對不同槽型，只要 將高出部分的面積調(diào)整合適就能達到改善流速場、提高穩(wěn)定性的作用，便于生產(chǎn)時熱平衡的 保持。需說明的是高出區(qū)域不一定為加工切削而成，也可以粘貼、鑲嵌而成。
權利要求1.一種鋁電解槽的節(jié)能型陰極，它包括設置在鋁電解槽底部的陰極碳塊和陰極碳棒(3)，其特征在于陰極碳塊由長度和厚度均不相同的長陰極塊(1)和短陰極塊(2)拼接而成。
2.根據(jù)權利要求l所述的鋁電解槽的節(jié)能型陰極，其特征在于長陰 極塊(1)與短陰極塊(2)交錯排列。
3.根據(jù)要求1或2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于長陰極塊(1 )和短陰極塊(2)的底部高度相同，陰極鋼棒(3)的出線位置相同。
4.根據(jù)權利要求3所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于長陰極塊( 1)比短陰極塊(2)或短陰極塊(2)比長陰極塊(1)高出的部分為整體高出或部分區(qū)域高 出。
5.根據(jù)權利要求4所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于長陰極塊(1)和短陰極塊(2)的高度差為50 200mm 。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于長陰極 塊(1)與短陰極塊(2)的長度差為200 800mm，且短陰極塊(2)的長度不小于長陰極塊 (1)的1/2。
7.根據(jù)權利要求l所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于制作長陰極 塊(1)和短陰極塊(2)的材料為無煙煤炭塊、半石墨質(zhì)炭塊或半石墨化或石墨化炭塊。
專利摘要本實用新型公開了一種鋁電解槽的節(jié)能型陰極，它包括設置在鋁電解槽底部的陰極碳塊和陰極碳棒(3)，陰極碳塊由長度和厚度均不相同的長陰極塊(1)和短陰極塊(2)拼接而成，且長陰極塊(1)與短陰極塊(2)交錯排列，同時長陰極塊(1)比短陰極塊(2)或短陰極塊(2)比長陰極塊(1)高出的部分為整體高出或部分區(qū)域高出。本實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)時極距可有效的降低，獲得較低的電解槽工作電壓，從而達到節(jié)能降耗的效果。
文檔編號C25C3/08GK201358307SQ20092030035
公開日2009年12月9日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權日2009年1月21日
發(fā)明者席燦明, 斌 曹, 溢 楊, 莆 鄭 申請人:貴陽鋁鎂設計研究院