專利名稱：一種鋁電解槽的組合型陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鋁電解槽的組合型陰極，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(guó)際國(guó)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(huì)增加到550kA 700kA甚至以上。近年來(lái)，我國(guó)的鋁 電解技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)展，在電解槽容量上已能達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)環(huán)境極為嚴(yán)峻的情況下，對(duì)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(shuō)，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(yáng)極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航?，AV槽為電解槽工作電壓 ，又可分解為陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)電壓降和反電動(dòng)勢(shì)(或稱實(shí)際分解電壓)，即 V槽二AV陽(yáng)+AV陰+AV質(zhì)+E反
由計(jì)算可知，反電動(dòng)勢(shì)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(shì)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、實(shí)驗(yàn)、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7所示，通過(guò)圖7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(cè)出的流速分布會(huì)有一定的差異，但總體而言對(duì)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，S卩產(chǎn)生的渦旋沿電解槽長(zhǎng)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(huì)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(huì)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(wèn)題是，提供一種通過(guò)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。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；它包括設(shè)置在鋁電解槽底部的普通規(guī)格的陰極碳?jí)K、陰極鋼棒 和碳間扎糊，在兩塊陰極碳?jí)K之間設(shè)有高度或?qū)挾扰c陰極炭塊不等的異型陰極塊。 異型陰極塊的底部安裝高度與陰極碳?jí)K相同。 異型陰極塊的端面高度與陰極碳?jí)K的端面高度差為0 200mm。 每塊異型陰極塊的寬度相同，且寬度范圍為50 300mm。
與陰極碳?jí)K等長(zhǎng)的異型陰極塊為一根等長(zhǎng)炭塊或由2 6根短異型陰極塊拼接組成。 制作異型陰極塊的材料為無(wú)煙煤炭塊、半石墨質(zhì)炭塊、半石墨化或石墨化炭塊。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型通過(guò)在兩塊普通陰極炭塊之間設(shè)置一個(gè)高度或?qū)挾扰c陰極 炭塊不等的異形陰極塊，這樣就可通過(guò)異形陰極塊破壞現(xiàn)有電磁力所產(chǎn)生的鋁液內(nèi)流速場(chǎng)的 分布，達(dá)到節(jié)能、降低能耗的效果。異型陰極塊的底部安裝高度與陰極碳?jí)K相同，這樣的設(shè)
置可便于鋁電解槽的組裝。異型陰極塊的端面高度與普通的陰極碳?jí)K端面的高度差為o
200mm，這樣位于兩陰極炭塊之間的異性陰極塊便可在現(xiàn)有平整的陰極表面形成一定數(shù)量的 突起帶，這樣的設(shè)置目的是為了克服現(xiàn)有平整的陰極炭塊產(chǎn)生的渦旋(如圖7)，通過(guò)試驗(yàn) 證明及圖8可見(jiàn)，在現(xiàn)有平整的陰極碳?jí)K表面設(shè)置一定數(shù)量的突起帶(異形陰極塊端面高于 陰極炭塊部分)，可對(duì)高流速區(qū)域的鋁液設(shè)置一定的障礙，破壞如圖7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(chǎng)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。同時(shí)根據(jù)圖7的鋁液流速分布如圖可以看出產(chǎn)生的渦旋沿電解槽長(zhǎng)度方向分布， 且高流速區(qū)域位于槽兩端，所以位于兩陰極炭塊之間的異型陰極塊的高度也存在差異，即高 出陰極炭塊部分的區(qū)域、數(shù)量和位置并不確定，這樣的設(shè)置原因是根據(jù)現(xiàn)有鋁電解槽槽的磁 場(chǎng)分布而定的，其目的是為了更好的適應(yīng)各類(lèi)電解槽并破壞原有電磁力所產(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；高度差的最大值為200mm，其目的是滿足生 產(chǎn)時(shí)的正常出鋁。異型陰極塊的寬度相同，且寬度范圍為50 300mm，這樣的寬度范圍可保 證鋁電解槽的穩(wěn)定性。與陰極碳?jí)K等長(zhǎng)的異型陰極塊為一根等長(zhǎng)炭塊或由2 6根短異型陰極 塊拼接組成，這樣可以更好的調(diào)節(jié)鋁電解槽的熱平衡，減少電解槽的發(fā)冷現(xiàn)象。制作異型陰 極碳?jí)K的材料為無(wú)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(shí)用新型不會(huì)另增加太多資金。同時(shí) 本實(shí)用新型還具有對(duì)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l為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的Y向視圖3為異型陰極塊2由4段短異形陰極塊拼接結(jié)構(gòu)示意圖4為異型陰極塊2高低交錯(cuò)配置示意圖5為圖4的部分Y向視圖6為異型陰極塊2的端面高于陰極炭塊僅配置于槽兩端時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖7現(xiàn)有的160kA大面多點(diǎn)進(jìn)電鋁電解槽鋁液流速分布圖8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9為采用圖4配置方式后160kA大面多點(diǎn)進(jìn)電鋁電解槽鋁液流速分布圖10為采用圖6配置方式后160kA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l:如圖1所示，普通規(guī)格的陰極碳?jí)K1和異型陰極碳?jí)K2均設(shè)置在鋁電解槽的底 部，在普通規(guī)格陰極碳?jí)K1內(nèi)設(shè)有陰極鋼棒4 ，鋁電解槽陰極由普通規(guī)格的陰極碳?jí)Kl和異型 陰極碳?jí)K2交錯(cuò)配置而成，陰極碳?jí)Kl和異型陰極碳?jí)K2之間通過(guò)碳間扎糊3拼接為鋁電解陰極 。在制作和拼接時(shí)采用的標(biāo)準(zhǔn)為，普通規(guī)格的陰極碳?jí)K1和異型陰極碳?jí)K2的底部位于同一標(biāo) 高，陰極鋼棒4的出線位置位于同一標(biāo)高，(如圖l);這樣交錯(cuò)排列后鋁電解槽陰極側(cè)視圖 就如圖2所示。這里制作異型陰極碳?jí)K2的材料為無(wú)煙煤炭塊、半石墨質(zhì)炭塊、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(huì)增 加太多成本。設(shè)置異型陰極塊2的目的是為了克服現(xiàn)有平整的陰極炭塊產(chǎn)生的渦旋，因此當(dāng) 異形陰極塊2與陰極炭塊l的高度差大于0小于200時(shí)，拼接成的鋁電解陰極表面就會(huì)形成間隔 均勻的突起帶，突起帶的高度多在50 200mm之間，在正常生產(chǎn)時(shí)鋁液沒(méi)過(guò)這些高出部分的 30 150mm，這個(gè)高度的突起帶就能很好的破壞鋁液流場(chǎng)，破壞后的鋁液流場(chǎng)如圖8所示，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。異性陰 極塊2的寬度為50 300mm，長(zhǎng)度與陰極碳?jí)Kl等長(zhǎng)，但與陰極碳?jí)K1等長(zhǎng)的異型陰極塊2可以 為一根等長(zhǎng)炭塊或者由2 6根短異型陰極塊拼接組成，如圖3所示就是將每根異型陰極2塊分 為4段的做法。
實(shí)施例2:按實(shí)施例l的方法實(shí)施的效果雖然明顯，但過(guò)多的槽底突起帶來(lái)的問(wèn)題是產(chǎn)鋁 量大量的減少、可能會(huì)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。因此為了更 好的調(diào)節(jié)鋁電解槽的熱平衡，我們了采取減少異形陰極塊端面高出部分的體積，即使部分異 形陰極塊2與陰極炭塊1的高度差為0，如圖4和5所示，可選擇兩種高度不同的異型陰極碳?jí)K2，其中一種高度高于普通規(guī)格的陰極碳?jí)K50 200mm，而另一種與普通規(guī)格的陰極碳?jí)K等高 ，兩種異型塊的數(shù)量基本相同，也交錯(cuò)配置。相當(dāng)于每隔兩塊普通規(guī)格的陰極碳?jí)Kl才有l(wèi)塊 突起的異型陰極碳?jí)K，即陰極表面突起帶的數(shù)量為方案l的一半，這樣也能改善鋁液層的流 速(如圖9所示)，提高電解槽的穩(wěn)定性。這一方案可適用于較長(zhǎng)的槽型，能達(dá)到改善流速 場(chǎng)、提高穩(wěn)定性的作用，便于生產(chǎn)時(shí)熱平衡的保持。
實(shí)施例3:上述兩例均是將突起帶(即高出陰極炭塊1的異型陰極碳?jí)K2)間隔均勻的布 置方式，實(shí)際上根據(jù)目前大面多點(diǎn)進(jìn)電鋁電解槽鋁液流速特征，我們也可以將突起帶(即高 的異型陰極碳?jí)K)集中設(shè)置于流速較大的區(qū)域(一般是接近槽的兩個(gè)小面端部區(qū)域)，而在 鋁電解槽的中部區(qū)域，可少設(shè)甚至不設(shè)存在高度差的異性炭塊2，如圖6所示。這樣也能起到 改善鋁液層的流速(如圖10所示)，提高電解槽的穩(wěn)定性的效果，同時(shí)陰極材料的用量也最 少。
需要說(shuō)明的是實(shí)施例2， 3中與普通陰極碳?jí)K1等高的異型陰極碳?jí)K實(shí)際上在生產(chǎn)中不起 改善流場(chǎng)的作用，也可以取消不用，而直接將兩塊普通規(guī)格的陰極碳?jí)K(通過(guò)扎糊)拼接， 但那樣的后果將是陰極鋼棒間的距離不均勻，給槽的設(shè)計(jì)增加了難度，故本實(shí)用新型仍保留 這種(與普通陰極塊等高的)異型陰極碳?jí)K，但也不排斥將起取消的做法。
權(quán)利要求1.一種鋁電解槽的組合型陰極，它包括設(shè)置在鋁電解槽底部的普通規(guī)格的陰極碳?jí)K(1)、碳間扎糊(3)和陰極鋼棒(4)，其特征在于在兩塊陰極碳?jí)K(1)之間設(shè)有高度或?qū)挾扰c陰極炭塊(1)不等的異型陰極塊(2)。
2.根據(jù)要求l所述的鋁電解槽的組合型陰極，其特征在于異型陰極 塊(2)的底部安裝高度與陰極碳?jí)K(1)相同。
3.根據(jù)要求1或2所述的鋁電解槽的組合型陰極，其特征在于異型陰極塊(2)的端面高度與陰極碳?jí)K(1)的端面高度差為0 200mm。
4.根據(jù)要求1或2所述的鋁電解槽的組合型陰極，其特征在于每塊異型陰極塊(2)的寬度相同，且寬度范圍為50 300mm。
5.根據(jù)要求l所述的鋁電解槽的組合型陰極，其特征在于與陰極碳?jí)K(1)等長(zhǎng)的異型陰極塊(2)為一根等長(zhǎng)炭塊或由2 6根短異型陰極塊拼接組成。
6.根據(jù)要求l所述的鋁電解槽的組合型陰極，其特征在于制作異型陰極塊(2)的材料為無(wú)煙煤炭塊、半石墨質(zhì)炭塊、半石墨化或石墨化炭塊。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種鋁電解槽的組合型陰極，它包括設(shè)置在鋁電解槽底部的普通規(guī)格的陰極碳?jí)K(1)、陰極鋼棒(4)和碳間扎糊(3)，在兩塊陰極碳?jí)K(1)之間設(shè)有高度或?qū)挾扰c陰極炭塊(1)不等的異型陰極塊(2)，異型陰極塊(2)的底部安裝高度與陰極碳?jí)K(1)相同，并且異型陰極塊(2)的端面高度與陰極碳?jí)K(1)的端面高度差為0～200mm。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(hào)C25C3/00GK201354389SQ20092030070
公開(kāi)日2009年12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)明者溢 楊, 莆 鄭 申請(qǐng)人:貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院