專利名稱：一種鋁電解槽的陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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。[0003] 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(chǎng)如圖7。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(chǎng)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)容本發(fā)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。[0005] 本發(fā)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，陰極炭塊包括頂面有凹槽的凹形陰極炭塊和頂面水平的普通陰極炭塊；鋁電解槽的陰極由凹形陰極炭塊拼接構(gòu)成或由凹形陰極炭塊和普通陰極炭塊搭配拼接構(gòu)成。 凹形陰極炭塊包括頂面中部設(shè)有凹槽的凹槽陰極炭塊和凹槽位于頂面一端的半凹槽陰極炭塊。 凹形陰極炭塊和普通陰極炭塊交錯(cuò)配置。 拼接鋁電解槽陰極時(shí)凹形陰極炭塊布置于中部，普通陰極炭塊或/和半凹槽陰極炭塊布置于兩端。 凹形陰極炭塊和普通陰極炭塊為通長陰極或中間斷開陰極，中間斷開陰極由兩根短炭塊拼接構(gòu)成。 凹形陰極炭塊的高度為450mm 550mm，凹槽深度為80mm 200mm。 凹槽陰極炭塊的凹槽寬度為100mm 350mm;半凹槽陰極炭塊突起部的寬度為
80mm 350mm。 在陰極炭塊上橫向開設(shè)有橫向槽，橫向槽的寬度為100mm 250mm，橫向槽的深度與凹形陰極炭塊的開槽深度相同。[0013] 陰極炭塊由石墨質(zhì)或石墨化材料制作，兩種材料制作的陰極炭塊可單獨(dú)使用也可搭配實(shí)用。 普通陰極炭塊的頂面與凹形陰極炭塊的凹槽端面齊高。 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明根據(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5，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)整為端面有突起和凹槽的陰極，這樣有突起和凹槽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6)。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。凹形陰極炭塊包括頂面中部設(shè)有凹槽的凹槽陰極炭塊和凹槽位于頂面一端的半凹槽陰極炭塊；凹形陰極炭塊和普通陰極炭塊交錯(cuò)配置；凹形陰極炭塊和普通陰極炭塊為通長陰極或中間斷開陰極，設(shè)置上述陰極炭塊的多種形狀，多種布置方式的目的是為了更好的適應(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(chǎng)的分布，達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能、降低能耗的效果(如圖8)。凹形陰極炭塊的高度為450mm 550mm，凹槽深度為80mm 150mm ;凹槽陰極炭塊的凹槽寬度為100mm 350mm ;半凹槽陰極炭塊突起部的寬度為80mm 350mm ;在陰極炭塊上橫向開設(shè)有橫向槽，橫向槽的寬度為100mm 250mm，橫向槽的深度與凹形陰極炭塊的開槽深度相同；普通陰極炭塊的頂面與凹形陰極炭塊的凹槽端面齊高；此數(shù)據(jù)是申請(qǐng)人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬后得到的，其目的是滿足生產(chǎn)時(shí)的正常出鋁、完成導(dǎo)流和引流；拼接鋁電解槽陰極時(shí)凹形陰極炭塊布置于中部，普通陰極炭塊或/和半凹槽陰極炭塊布置于兩端；這樣方便出鋁和防止結(jié)殼與陽極粘接。同時(shí)本發(fā)明還具有對(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為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的橫截面示意圖； 圖3為鋁電解槽陰極的中部由凹槽陰極炭塊相互拼接的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為鋁電解槽陰極的中部由半凹槽陰極炭塊相互拼接的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為"防波堤"阻流示意圖； 圖6為鋁液層散熱示意圖； 圖7為大面多點(diǎn)進(jìn)電鋁電解槽鋁液流速分布圖； 圖8為采用本發(fā)明后大面多點(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至4所示鋁電解槽的陰極由多塊陰極炭塊1扎糊拼接而成的，但為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，申請(qǐng)人將陰極炭塊分為頂面有凹槽的凹形陰極炭塊1和頂面水平的普通陰極炭塊2，其中凹形陰極炭塊1又可分為頂面中部設(shè)有凹槽的凹槽陰極炭塊和凹槽位于頂面一端的半凹槽陰極炭塊；這樣在扎糊陰極炭塊時(shí)就可以有如下幾種大的配置方式a:全部采用凹槽陰極炭塊制成陰極(如圖3) ;b :全部采用半凹槽陰極炭塊制成陰極(如圖4) ;C :凹槽陰極炭塊和半凹槽陰極炭塊相互搭配制作陰極；d :凹槽陰極炭塊和普通陰極炭塊搭配制作陰極；e :半凹槽陰極炭塊和普通陰極炭塊搭配制作陰極；f :凹槽陰極炭塊、半凹槽陰極炭塊和普通陰極炭塊相互搭配制作陰極。對(duì)于各種陰極炭塊的放置位置可根據(jù)電解槽的類型和現(xiàn)有電磁力所產(chǎn)生的鋁液內(nèi)流速場(chǎng)的分布而定；但為了方便出鋁和防止結(jié)殼與陽極粘接，拼接的鋁電解槽陰極凹形陰極炭塊1布置于中部，普通陰極炭塊2或/和半凹槽陰極炭塊布置于兩端(如圖l)。為滿足生產(chǎn)時(shí)的正常出鋁，所制作的凹形陰極炭塊1的高度為450mm 550mm，凹槽深度為80mm 200mm，凹槽陰極炭塊的凹槽寬度為100mm 350mm ;半凹槽陰極炭塊突起部的寬度為80mm 350mm ;且制作的普通陰極炭塊2的頂面與凹形陰極炭塊l的凹槽端面齊高。同時(shí)為方便出鋁和方便導(dǎo)流引流，在凹形陰極炭塊1橫向開設(shè)有橫向槽3，橫向槽3的寬度為100mm 250mm，橫向槽3的深度與凹形陰極炭塊l的開槽深度相同。 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。
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頂面有凹槽的凹形陰極炭塊(1)和頂面水平的普通陰極炭塊(2)；鋁電解槽的陰極由凹形陰極炭塊(1)拼接構(gòu)成或由凹形陰極炭塊(1)和普通陰極炭塊(2)搭配拼接構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于凹形陰極炭塊(1)包括頂面 中部設(shè)有凹槽的凹槽陰極炭塊和凹槽位于頂面一端的半凹槽陰極炭塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于凹形陰極炭塊(1)和普 通陰極炭塊(2)交錯(cuò)配置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于拼接的鋁電解槽陰極，凹形陰 極炭塊(1)布置于中部，普通陰極炭塊(2)或/和半凹槽陰極炭塊布置于兩端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于凹形陰極炭塊(1)和普通陰極炭塊(2)為通長陰極或中間斷開陰極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于凹形陰極炭塊(1)的高度為450mm 550mm，凹槽深度為80mm 200mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于凹槽陰極炭塊的凹槽寬度為 100mm 350mm ;半凹槽陰極炭塊突起部的寬度為80mm 350mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于在陰極炭塊上橫向開設(shè) 有橫向槽(3)，橫向槽(3)的寬度為100mm 250mm，橫向槽(3)的深度與凹形陰極炭塊(1) 的開槽深度相同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽的陰極，其特征在于普通陰極炭塊(2)的頂 面與凹形陰極炭塊(1)的凹槽端面齊高。
10. 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，陰極炭塊包括頂面有凹槽的凹形陰極炭塊(1)和頂面水平的普通陰極炭塊(2)；鋁電解槽的陰極由凹形陰極炭塊(1)拼接構(gòu)成或由凹形陰極炭塊(1)和普通陰極炭塊(2)搭配拼接構(gòu)成。本實(shí)用新型用帶有突起和凹槽的陰極第一可降低鋁液和電解質(zhì)流動(dòng)，減少流動(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)C25C3/08GK201495299SQ20092030068
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者曹斌, 楊濤 申請(qǐng)人:貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院