專利名稱：一種鋁電解槽的陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鋁電解槽的陰極，屬于鋁電解技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
最近10年來，我國以鋁電解槽為核心的電解鋁技術(shù)得到了充分發(fā)展，基本實(shí)現(xiàn)了 電解槽容量系列化(200KA、300KA、400KA等多個(gè)級(jí)別)，和電解系列大型化(從10萬噸到 25萬噸)。但是，鋁電解是典型的高載能工業(yè)，噸鋁綜合電耗一般在14000kwh/t-Al以上， 按2008年全國1500萬噸原鋁產(chǎn)能計(jì)，每年我國電解鋁行業(yè)的總能耗應(yīng)該在2100億度以 上。而電解鋁生產(chǎn)的能量利用率在45% 48%，有很大節(jié)能挖潛空間。 目前，國內(nèi)外大型預(yù)焙陽極電解槽內(nèi)襯均采用相同規(guī)格的陰極炭塊縱向排列配 置，所有陰極炭塊頂面均在同一水平面上，正常生產(chǎn)時(shí)，由于電磁力作用，電解槽中鋁液層 總是處于流動(dòng)狀態(tài)，鋁液流速最快達(dá)到16cm/s，流場如圖5。已知鋁液的流動(dòng)特別是鋁液的 不規(guī)則流動(dòng)是電解槽不穩(wěn)定的主要因素，而電解槽的不穩(wěn)定就會(huì)使①電解質(zhì)體系不穩(wěn)定， 電化學(xué)反應(yīng)效率降低；②電解槽噪聲值升高，控制系統(tǒng)會(huì)抬高槽電壓以控低噪聲，以上兩點(diǎn) 均會(huì)導(dǎo)致噸鋁電耗增加。同時(shí)隨著電解槽容量大型化的發(fā)展，電解槽的爐膛和電流越來越 大，導(dǎo)致流場問題也越來越嚴(yán)重槽內(nèi)電解液內(nèi)溫度和各種物料分布不均的概率增大；電 解液流速增大；槽中在產(chǎn)鋁量增加；槽內(nèi)熔融流體在一些位置發(fā)生紊流的可能性增大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種可降低鋁液層流速，減少鋁液層能量
散發(fā)，增強(qiáng)電解槽生產(chǎn)穩(wěn)定性、降低能耗的鋁電解槽的陰極，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是鋁電解槽的陰極由陰極炭塊拼接構(gòu)成，陰極炭塊包括
高陰極炭塊和矮陰極炭塊；且高陰極炭塊和矮陰極炭塊交錯(cuò)布置。 拼接的鋁電解槽陰極的兩端為矮陰極炭塊。 高陰極炭塊和矮陰極炭塊為通長陰極或中間斷開陰極。 高陰極炭塊的高度為500mm 600mm，矮陰極炭塊的高度為400mm 500mm，高陰 極炭塊與矮陰極炭塊的高差范圍為50mm 200mm。在高陰極炭塊上橫向開設(shè)有橫向槽，橫向槽的寬度為100mm 450mm，橫向槽的槽
底面與矮陰極炭塊的端面齊平。 陰極炭塊由石墨質(zhì)或石墨化材料制作。 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型根據(jù)電解槽生產(chǎn)能耗分布計(jì)算式"總能耗=電化學(xué) 反應(yīng)分解消耗+整流機(jī)組電耗+母線、陽極和陰極通流損耗+電解質(zhì)通流損耗+電解槽體 系散熱"知降耗可從電解質(zhì)通流損耗和電解槽體系散熱入手；同時(shí)結(jié)合"防波堤"原理(如 圖3，設(shè)置堤壩于流體底部，增加流動(dòng)阻力，可有效降低流體流動(dòng)速度)；將現(xiàn)有端面平整的 鋁電解槽的陰極調(diào)整為由突起的高陰極炭塊和下凹低陰極炭塊組成的陰極，這樣有高有低 的陰極第一可降低鋁液和電解質(zhì)流動(dòng)，減少鋁液流動(dòng)給電解質(zhì)電阻帶來的擾動(dòng)，使電解質(zhì)體系電阻更加穩(wěn)定，從而減少電解質(zhì)通流損耗；第二根據(jù)傳熱理論，傳熱媒介體積和面積越 小，則傳熱效率越低，因此在保持相同鋁水平的基礎(chǔ)上，由于高陰極占用部分鋁液空間，從 而減少了鋁液體積和側(cè)部散熱面積，從而達(dá)到減少側(cè)部熱量散發(fā)的目的，節(jié)約能耗(如圖 4);第三可以減緩鋁液的高流速旋轉(zhuǎn)漩渦的流動(dòng)速度、增強(qiáng)電解液體系穩(wěn)定性，減少散熱， 可進(jìn)一步降低能耗(如圖6)。拼接鋁電解槽陰極時(shí)，鋁電解槽陰極的兩端為矮陰極炭塊，這 樣可方便出鋁和防止結(jié)殼與陽極粘接；高陰極炭塊和矮陰極炭塊為通長陰極或中間斷開陰 極，這樣可更好的適應(yīng)各類電解槽，并破壞現(xiàn)有電磁力所產(chǎn)生的鋁液內(nèi)流速場的分布，達(dá)到 進(jìn)一步節(jié)能、降低能耗的效果。高陰極炭塊的高度為500mm 600mm，矮陰極炭塊的高度為 400mm 500mm，高陰極炭塊與矮陰極炭塊的高差范圍為50mm 200mm ;在高陰極炭塊上橫 向開設(shè)有橫向槽，橫向槽的寬度為100mm 450mm，橫向槽的槽底面與矮陰極炭塊的端面齊 平；這樣可滿足生產(chǎn)時(shí)的正常出鋁、完成導(dǎo)流和引流。同時(shí)本實(shí)用新型還具有對(duì)電解槽改動(dòng) 少、結(jié)構(gòu)簡單、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為圖1的橫截面示意圖； 圖3為"防波堤"阻流示意圖； 圖4為鋁液層散熱示意圖； 圖5為大面多點(diǎn)進(jìn)電鋁電解槽鋁液流速分布圖 圖6為采用本實(shí)用新型后大面多點(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和圖2所示鋁電解槽的陰極由多塊陰極炭塊扎糊拼接而成的， 但為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，申請(qǐng)人將陰極炭塊分為高陰極炭塊1和矮陰極炭塊2，在扎糊時(shí) 采用高陰極炭塊1和矮陰極炭塊2相互交錯(cuò)排列的方式，但為但為了方便出鋁和防止結(jié)殼 與陽極粘接，處于鋁電解槽陰極兩端的炭塊為矮陰極炭塊2。為滿足生產(chǎn)時(shí)的正常出鋁，所 制作的高陰極炭塊1的高度為500mm 600mm，矮陰極炭塊2的高度為400mm 500mm，高 陰極炭塊1與矮陰極炭塊2的高差范圍為50mm 200mm。同時(shí)為方便出鋁和方便導(dǎo)流引 流，在高陰極炭塊1上橫向開設(shè)有橫向槽3，橫向槽3的寬度為100mm 450mm，橫向槽3的 槽底面與矮陰極炭塊2的端面齊平。用來制作的陰極炭塊的材料可以為石墨質(zhì)或石墨化材 料，且兩種材料制作的陰極炭塊可單獨(dú)使用也可搭配實(shí)用；所用陰極炭塊的規(guī)格為通長陰 極或中間斷開陰極，其中中間斷開陰極由兩根短炭塊拼接構(gòu)成。所用的高陰極炭塊1和矮 陰極炭塊的高度并不統(tǒng)一，可在電解槽流速較快處配置高、低差較大的高陰極炭塊1和矮 陰極炭塊2，流速低處配置陰極炭塊高、低差較小的高陰極炭塊1和矮陰極炭塊2。
權(quán)利要求一種鋁電解槽的陰極，它由陰極炭塊拼接構(gòu)成，其特征在于陰極炭塊包括高陰極炭塊(1)和矮陰極炭塊(2)；且高陰極炭塊(1)和矮陰極炭塊(2)交錯(cuò)布置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于拼接的鋁電解槽陰極的兩端 為矮陰極炭塊(2)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于高陰極炭塊(1)和矮陰 極炭塊(2)為通長陰極或中間斷開陰極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于高陰極炭塊(1)的高度為500mm 600mm，矮陰極炭塊(2)的高度為400mm 500mm，高陰極炭塊(1)與矮陰極炭 塊(2)的高差范圍為50mm 200mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于在高陰極炭塊(1)上橫 向開設(shè)有橫向槽(3)，橫向槽(3)的寬度為100mm 450mm，橫向槽(3)的槽底面與矮陰極 炭塊(2)的端面齊平。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于陰極炭塊由石墨質(zhì)或石墨化 材料制作。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鋁電解槽的陰極，它由陰極炭塊拼接構(gòu)成，其特征在于陰極炭塊包括高陰極炭塊(1)和矮陰極炭塊(2)；且高陰極炭塊(1)和矮陰極炭塊(2)交錯(cuò)布置。本實(shí)用新型將現(xiàn)有端面平整的鋁電解槽的陰極調(diào)整為由突起的高陰極炭塊和下凹低陰極炭塊組成的陰極，這樣有高有低的陰極第一可降低鋁液和電解質(zhì)流動(dòng)，減少鋁液流動(dòng)給電解質(zhì)電阻帶來的擾動(dòng)，使電解質(zhì)體系電阻更加穩(wěn)定，從而減少電解質(zhì)通流損耗；第二根據(jù)傳熱理論，傳熱媒介體積和面積越小，則傳熱效率越低，因此在保持相同鋁水平的基礎(chǔ)上，由于高陰極占用部分鋁液空間，從而減少了鋁液體積和側(cè)部散熱面積，從而達(dá)到減少側(cè)部熱量散發(fā)的目的，節(jié)約能耗。
文檔編號(hào)C25C3/08GK201473602SQ20092030066
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者曹斌, 楊濤, 鄭莆 申請(qǐng)人:貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院