專利名稱：一種陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁電解技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽。
背景技術(shù)：
目前，工業(yè)上的純鋁是用冰晶石-氧化鋁融鹽電解的方法制取的，所用的電解槽 的陽(yáng)極是由煅后石油焦制取的陽(yáng)極碳?jí)K組合而成的。電解槽的陰極也是碳?jí)K組裝而成的， 電解槽的各陰極碳?jí)K底部安裝有鋼棒，鋼棒的兩端伸出于電解槽的兩個(gè)側(cè)面，并與陰極母 線連接，陰極碳?jí)K與陰極碳?jí)K之間用炭素糊進(jìn)行粘結(jié)。目前工業(yè)上所用的鋁電解槽陰極碳?jí)K多為高溫煅燒后的無(wú)煙煤制成的，為了增加 陰極碳?jí)K的導(dǎo)電性和抗鈉和電解質(zhì)的腐蝕功能，也在廣泛地使用的電煅無(wú)煙煤碳?jí)K的配料 中添加人造石墨。人造石墨的含量一般約占整個(gè)陰極碳?jí)K骨料的配料的30 50%，稱之為 半石墨質(zhì)的陰極碳?jí)K；也有用全石墨質(zhì)碳?jí)K的，所謂全石墨質(zhì)陰極碳?jí)K就是制作陰極碳?jí)K 的骨粒料配料(包括粉粒料)為100%的人造石墨。此外，為了使陰極碳?jí)K具有更小的電阻 和更好的抗鈉和電解質(zhì)腐蝕的功能以能使電解槽的陰極具有更小的陰極電壓降和更高的 槽壽命，許多較大容量的電解槽也開始使用完全由石油焦制成的石墨化陰極碳?jí)K或半石墨 化陰極碳?jí)K。但是鋁電解槽的陰極碳?jí)K使用半石墨質(zhì)、石墨質(zhì)和石墨化的陰極碳?jí)K后，隨著 陰極碳?jí)K中人造石墨組分含量的增加，其強(qiáng)度和抗電解槽中鋁液沖刷和磨蝕能力也越來(lái)越 差。2007年，東北大學(xué)馮乃祥發(fā)明了一種異形陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，這種陰極結(jié)構(gòu)鋁電 解槽的特點(diǎn)是陰極碳?jí)K表面帶有凸起結(jié)構(gòu)。該凸起結(jié)構(gòu)具有大大降低鋁液流速和減少鋁液 波動(dòng)，增加電解槽鋁液穩(wěn)定的功能，從而使得電解槽的槽電壓大大降低，電流效率也有了進(jìn) 一步的提高，取得了大大降低鋁電解槽電能消耗的效果。異形陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，對(duì)其陰極的一個(gè)重要技術(shù)要求是電解槽的陰極碳?jí)K上的 凸起必須要有比較好的抗陰極鋁液沖刷的能力，傳統(tǒng)的煅后無(wú)煙煤為主要材料的陰極碳 塊具有較強(qiáng)的抗陰極鋁液沖刷的能力，異形陰極結(jié)構(gòu)電解槽系列生產(chǎn)的實(shí)踐表明，陰極表 面具有凸起結(jié)構(gòu)的含30%人造石墨的無(wú)煙煤碳?jí)K，其陰極表面上凸起的消耗可以降低到 IOmm/年，而陰極凸起的高度有110mm，因此以無(wú)煙煤為主要骨料材料制作的其陰極碳?jí)K表 面具有的凸起結(jié)構(gòu)能夠滿足鋁電解槽對(duì)其陰極碳?jí)K凸起的壽命的要求。然而對(duì)于以人造石墨為主要骨料材料的石墨質(zhì)陰極碳?jí)K，或石墨化陰極碳?jí)K來(lái) 說，其抗鋁液沖刷的能力要遠(yuǎn)不如以無(wú)煙煤為主要骨料材料的陰極碳?jí)K，其抗鋁液沖刷的 能力，后者是前者的幾倍。因此，以石墨質(zhì)或石墨化為材料的其表面具有凸起結(jié)構(gòu)的陰極 碳?jí)K不能很好地滿足異形陰極結(jié)構(gòu)電解槽對(duì)其陰極表面凸起壽命的要求。此外，其表面具 有與電解槽陰極碳?jí)K的縱向方向相垂直的橫向凸起結(jié)構(gòu)的鋁電解槽陰極碳?jí)K，不僅加工量 大，而其材料的消耗量大，故使材料費(fèi)和成本加工費(fèi)增加，生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽，通 過在無(wú)煙煤碳?jí)K的表面，或者在全石墨質(zhì)、半石墨化或全石墨化的陰極碳?jí)K基體的上表面 鑲嵌凸起結(jié)構(gòu)，使陰極碳?jí)K具有較強(qiáng)的抗鋁液沖刷能力。本發(fā)明的陰極碳?jí)K上表面鑲嵌有柱形炭素凸起的鋁電解槽包括槽殼、槽內(nèi)襯耐火 保溫材料、側(cè)部碳磚、陰極碳?jí)K和陰極鋼棒，各陰極碳?jí)K之間填充有炭素糊，各陰極碳?jí)K與 側(cè)部碳磚之間用炭素糊搗固；其中陰極碳?jí)K由陰極碳?jí)K基體及其上表面的柱形凸起構(gòu)成， 柱形凸起鑲嵌在陰極碳?jí)K基體的上表面。上述的柱形凸起和陰極碳?jí)K基體之間填充有石墨糊，所述的石墨糊是將熱固性樹 脂和石墨粉混合制成的糊狀物。上述的陰極碳?jí)K基體為長(zhǎng)方體，其上表面設(shè)有凹槽，柱形凸起通過凹槽鑲嵌在陰 極碳?jí)K基體的上表面。上述的柱形凸起為長(zhǎng)方體或圓柱體。上述的柱形凸起由煅后無(wú)煙煤，或煅后無(wú)煙煤與人造石墨的混合物料，或人造石 墨碎為骨料與浙青混捏成型后經(jīng)焙燒加工而成，或者是由人造石墨電極和石墨塊加工制 成；當(dāng)柱形凸起為圓柱體時(shí)，插入到陰極碳?jí)K基體的部分側(cè)面加工有外螺紋。上述的電解槽中，當(dāng)柱形凸起為長(zhǎng)方體時(shí)，柱形凸起的長(zhǎng)度方向與陰極碳?jí)K基體 的長(zhǎng)度方向垂直，在陰極碳?jí)K基體的寬度為50 70cm的條件下，柱形凸起的長(zhǎng)度為21 35cm,寬度為17 30cm，柱形凸起與陰極碳?jí)K基體上表面的高度差為9 15cm，當(dāng)陰極碳 塊基體的寬度增加時(shí)，柱形凸起的長(zhǎng)度按陰極碳?jí)K基體寬度增加的比例增加。上述的電解槽中，當(dāng)柱形凸起為圓柱體時(shí)，在陰極碳?jí)K基體的寬度為50 70cm 時(shí)，柱形凸起的直徑為17 35cm，柱形凸起與陰極碳?jí)K基體上表面的高度差為9 15cm， 當(dāng)陰極碳?jí)K的寬度增加時(shí)，柱形凸起的直徑按陰極碳?jí)K基體寬度增加的比例增加。上述電解槽中，柱形凸起沿陰極碳?jí)K基體上表面長(zhǎng)度方向按兩排或三排排列，相 鄰兩排的柱形凸起交錯(cuò)排列；在陰極碳?jí)K基體的寬度為50 70cm的條件下，同一排柱形凸 起中相鄰兩個(gè)柱形凸起之間的間距為17 35cm，同一陰極碳?jí)K上不同排的相鄰柱形凸起 的間距為5 20cm，同時(shí)與出鋁口相鄰的兩個(gè)柱形凸起之間的間距為30 70cm。上述的柱形凸起在陰極碳?jí)K基體內(nèi)的深度為5 10cm。本發(fā)明的鋁電解槽的陰極碳?jí)K的制備方法按以下步驟進(jìn)行1、制備陰極碳?jí)K基體的方法分為兩種①采用擠壓方法生產(chǎn)陰極碳?jí)K基體，其基體的斷面為規(guī)則的矩形面時(shí)，生產(chǎn)出陰 極碳?jí)K基體的生坯，經(jīng)過1100 1300°C焙燒后制成無(wú)煙煤或石墨質(zhì)的陰極碳?jí)K基體，或者 先經(jīng)過1100 1300°C焙燒再進(jìn)行2300 2500°C高溫?zé)崽幚砗笾瞥砂胧年帢O碳?jí)K 基體，然后在陰極碳?jí)K基體上表面需要鑲嵌柱型凸起的位置上機(jī)加工成深度為5-lOcm的 圓形坑槽，并在坑槽側(cè)壁加工出內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋與圓柱體的柱形凸起的外螺紋相配合；②陰極碳?jí)K基體生坯用振動(dòng)成型或模壓成型方法進(jìn)行制作時(shí)，所用的振動(dòng)成型模 內(nèi)物料上面的重物的底表面改傳統(tǒng)的平面成具有凸起結(jié)構(gòu)，或模壓成型時(shí)模內(nèi)物料上的壓 模的底表面改傳統(tǒng)的平面為其表面上具有凸起結(jié)構(gòu)；這樣在陰極碳?jí)K基體振動(dòng)成型或模壓 成型后，振動(dòng)成型或模壓成型出來(lái)的陰極碳?jí)K基體生坯的上表面就具有了用于安置柱型凸起的坑槽；其中模內(nèi)物料的重物底表面或模內(nèi)物料壓模底表面上的凸起結(jié)構(gòu)的位置分布與 陰極碳?jí)K基體上表面所要鑲嵌柱形凸起的位置對(duì)應(yīng)；凸起結(jié)構(gòu)的形狀與所要振動(dòng)成型或模 壓成型生產(chǎn)出的其上表面所要鑲嵌柱型凸起的坑槽的形狀相一致；坑槽的深度為5-lOcm ； 當(dāng)陰極碳?jí)K基體為無(wú)煙煤陰極碳?jí)K基體、石墨質(zhì)陰極碳?jí)K基體或半石墨質(zhì)陰極碳?jí)K基體 時(shí)，將上述陰極碳?jí)K基體生坯在1100 1300°C焙燒，制成帶有坑槽的陰極碳?jí)K基體；當(dāng)陰 極碳?jí)K基體為石墨化或半石墨化的陰極碳?jí)K基體時(shí)，焙燒方法和制成坑槽的方法與方法① 培燒方法及制成坑槽的方法相同，焙燒后在石墨化爐中在2300 3000°C條件下進(jìn)行高溫 處理，制成半石墨化或全石墨化陰極碳?jí)K基體；陰極碳?jí)K基體上表面的的坑槽分為圓形坑 槽和方形坑槽；當(dāng)坑槽為圓形時(shí)，坑槽的內(nèi)壁加工有內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋與圓柱體的柱形凸 起的外螺紋相配合；當(dāng)坑槽為方形坑槽時(shí)，其內(nèi)壁有至少4個(gè)直徑不小于5mm，深度不小于 IOmm的圓坑；2、以熱固性樹脂與石墨粉混合制成石墨糊，配比要求能夠混合制成糊狀物；將石 墨糊填入坑槽中；然后將柱形凸起裝入坑槽中，其中當(dāng)柱形凸起為長(zhǎng)方體時(shí)，坑槽亦為方形 坑槽，坑槽的長(zhǎng)寬尺寸大于柱形凸起的長(zhǎng)寬尺寸1 10mm，長(zhǎng)方體柱形凸起垂直壓入坑槽 中；當(dāng)柱形凸起為圓柱形時(shí)，坑槽為圓形，側(cè)壁加工有內(nèi)螺紋；柱形凸起上的外螺紋與坑槽 中的內(nèi)螺紋相配合，柱形凸起擰入坑槽中，內(nèi)螺紋和外螺紋縫隙間亦有石墨糊填充；當(dāng)柱形 凸起進(jìn)入坑槽后，坑槽內(nèi)將有一部分石墨糊從凸起與坑槽之間的縫隙中被擠壓出來(lái)，堆積 在陰極碳?jí)K基體上表面與柱形凸起相接合的地方。在鋁電解槽焙燒過程中，石墨糊中的熱固性樹脂排出揮發(fā)份進(jìn)行碳化，使柱形凸 起與陰極碳?jí)K基體連接的更為緊密。本發(fā)明陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽在進(jìn)行鋁電解時(shí)的工作條件是 陰極碳?jí)K的柱形凸起都要浸沒于鋁液中，鋁液上面為電解質(zhì)熔體，鋁液面的高度要高出凸 起的上表面，在出鋁后為1 10cm，電解槽的工作電壓在3. 5 3. 9V之間。本發(fā)明通過在陰極碳?jí)K基體上鑲嵌柱形凸起，使整個(gè)陰極碳?jí)K在具備減少濾液波 動(dòng)能力的同時(shí)，能夠自由選擇陰極碳?jí)K基體的材質(zhì)，達(dá)到對(duì)陰極碳?jí)K工作能力的增強(qiáng)并提 高陰極碳?jí)K壽命的效果；同時(shí)采用在陰極碳?jí)K基體上鑲嵌柱形凸起的方式，與原有的在陰 極碳?jí)K上直接制備凸起的方法相比，還具有加工量小，成本低的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的表面鑲嵌有 柱形凸起的陰極碳?jí)K鋁電解槽經(jīng)試驗(yàn)表明工作性能穩(wěn)定，能夠更加有效地降低鋁液流速和 波動(dòng)，使槽電壓在更低情況下正常工作。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的鋁電解槽俯視剖面示意圖。圖2為圖1的B-B剖面圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的鋁電解槽俯視剖面示意圖。圖4為圖3的B-B剖面圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的鋁電解槽俯視剖面示意圖。圖6為圖5的B-B剖面圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例4的鋁電解槽俯視剖面示意圖。圖8為圖7的B-B剖面圖。
圖9為本發(fā)明實(shí)施例5的鋁電解槽俯視剖面示意圖。圖10為圖9的B-B剖面中1、槽殼，2、側(cè)部碳磚，3、陰極碳?jí)K基體，4、柱形凸起，5、側(cè)部炭素糊，6、陰極 鋼棒，7、槽底耐火保溫材料，8、槽側(cè)部耐火保溫材料，9、石墨糊，10、陰極碳?jí)K之間炭素?fù)v固糊。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例中陰極碳?jí)K基體的寬度在50 70cm。本發(fā)明實(shí)施例中的石墨糊以熱固性樹脂與石墨粉混合制成，配比要求能夠混合制 成糊狀物。本發(fā)明實(shí)施例中陰極碳?jí)K的制備方法為1、制備陰極碳?jí)K基體的方法分為兩種①采用擠壓方法生產(chǎn)陰極碳?jí)K基體，其基體的斷面為規(guī)則的矩形面時(shí)，生產(chǎn)出陰 極碳?jí)K基體的生坯，經(jīng)過1100 1300°C焙燒后制成無(wú)煙煤或石墨質(zhì)的陰極碳?jí)K基體，或者 先經(jīng)過1100 1300°C焙燒再進(jìn)行2300 2500°C高溫?zé)崽幚砗笾瞥砂胧年帢O碳?jí)K 基體，然后在陰極碳?jí)K基體上表面需要鑲嵌柱型凸起的位置上機(jī)加工成深度為5-lOcm的 圓形坑槽，并在坑槽側(cè)壁加工出內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋與圓柱體的柱形凸起的外螺紋相配合；②陰極碳?jí)K基體生坯用振動(dòng)成型或模壓成型方法進(jìn)行制作時(shí)，所用的振動(dòng)成型模 內(nèi)物料上面的重物的底表面改傳統(tǒng)的平面成具有凸起結(jié)構(gòu)，或模壓成型時(shí)模內(nèi)物料上的壓 模的底表面改傳統(tǒng)的平面為其表面上具有凸起結(jié)構(gòu)；這樣在陰極碳?jí)K基體振動(dòng)成型或模壓 成型后，振動(dòng)成型或模壓成型出來(lái)的陰極碳?jí)K基體生坯的上表面就具有了用于安置柱型凸 起的坑槽；其中模內(nèi)物料的重物底表面或模內(nèi)物料壓模底表面上的凸起結(jié)構(gòu)的位置分布與 陰極碳?jí)K基體上表面所要鑲嵌柱形凸起的位置對(duì)應(yīng)；凸起結(jié)構(gòu)的形狀與所要振動(dòng)成型或模 壓成型生產(chǎn)出的其上表面所要鑲嵌柱型凸起的坑槽的形狀相一致；坑槽的深度為5-lOcm ； 當(dāng)陰極碳?jí)K基體為無(wú)煙煤陰極碳?jí)K基體、石墨質(zhì)陰極碳?jí)K基體或半石墨質(zhì)陰極碳?jí)K基體 時(shí)，將上述陰極碳?jí)K基體生坯在1100 1300°C焙燒，制成帶有坑槽的陰極碳?jí)K基體；當(dāng)陰 極碳?jí)K基體為石墨化或半石墨化的陰極碳?jí)K基體時(shí)，焙燒方法和制成坑槽的方法與方法① 培燒方法及制成坑槽的方法相同，焙燒后在石墨化爐中在2300 3000°C條件下進(jìn)行高溫 處理，制成半石墨化或全石墨化陰極碳?jí)K基體；陰極碳?jí)K基體上表面的的坑槽分為圓形坑 槽和方形坑槽；當(dāng)坑槽為圓形時(shí)，坑槽的內(nèi)壁加工有內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋與圓柱體的柱形凸 起的外螺紋相配合；當(dāng)坑槽為方形坑槽時(shí)，其內(nèi)壁有至少4個(gè)直徑不小于5mm，深度不小于 10mm的圓坑；2、以熱固性樹脂與石墨粉混合制成石墨糊，配比要求能夠混合制成糊狀物；將石 墨糊填入坑槽中；然后將柱形凸起裝入坑槽中，其中當(dāng)柱形凸起為長(zhǎng)方體時(shí)，坑槽亦為方形 坑槽，坑槽的長(zhǎng)寬尺寸大于柱形凸起的長(zhǎng)寬尺寸1 10mm，長(zhǎng)方體柱形凸起垂直壓入坑槽 中；當(dāng)柱形凸起為圓柱形時(shí)，坑槽為圓形，側(cè)壁加工有內(nèi)螺紋；柱形凸起上的外螺紋與坑槽 中的內(nèi)螺紋相配合，柱形凸起擰入坑槽中，內(nèi)螺紋和外螺紋縫隙間亦有石墨糊填充；當(dāng)柱形 凸起進(jìn)入坑槽后，坑槽內(nèi)將有一部分石墨糊從凸起與坑槽之間的縫隙中被擠壓出來(lái)，堆積 在陰極碳?jí)K基體上表面與柱形凸起相接合的地方。
實(shí)施例1陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽如圖1所示，B-B面剖圖如圖2所示，該 電解槽包括槽殼1、槽內(nèi)襯耐火保溫材料、側(cè)部碳磚2、陰極碳?jí)K和陰極鋼棒6，各陰極碳?jí)K 之間填充有陰極碳?jí)K之間間炭素?fù)v固糊10，各陰極碳?jí)K與側(cè)部碳磚之間用側(cè)部炭素5糊搗 固；其中陰極碳?jí)K由陰極碳?jí)K基體3及其上表面的柱形凸起4構(gòu)成，柱形凸起4鑲嵌在陰極 碳?jí)K基體1的上表面。槽內(nèi)襯耐火保溫材料包括槽底耐火保溫材料7和槽側(cè)部耐火保溫材 料8，側(cè)部碳磚2內(nèi)部設(shè)有側(cè)部炭素糊5。陰極碳?jí)K基體3為長(zhǎng)方體，其上表面設(shè)有凹槽，柱形凸起4通過凹槽鑲嵌在陰極碳 塊基體3的上表面；柱形凸起4為長(zhǎng)方體，柱形凸起4和陰極碳?jí)K基體3之間填充有石墨糊 9。柱形凸起的長(zhǎng)度方向與陰極碳?jí)K基體的長(zhǎng)度方向垂直，柱形凸起的長(zhǎng) 度為30cm， 寬度為20cm，柱形凸起與陰極碳?jí)K基體上表面的高度差為9cm。柱形凸起沿陰極碳?jí)K基體上表面長(zhǎng)度方向按兩排排列，各柱形凸起均勻分布在陰 極碳?jí)K基體上表面，相鄰兩排的柱形凸起交錯(cuò)排列；同一排柱形凸起中相鄰兩個(gè)柱形凸起 之間的間距為17 35cm，同一陰極碳?jí)K上不同排的相鄰柱形凸起的間距為20cm，同時(shí)與出 鋁口相鄰的兩個(gè)柱形凸起之間的間距為60cm。上述的柱形凸起由煅后無(wú)煙煤成型后經(jīng)焙燒加工而成。陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽在電解生產(chǎn)金屬鋁時(shí)的工作條件是陰 極碳?jí)K的柱形都要浸沒于鋁液中，鋁液上面為電解質(zhì)熔體，鋁液面的高度要高出凸起的上 表面，在出鋁后為1 10cm，電解槽的工作電壓在3. 5 3. 9V之間。實(shí)施例2陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽如圖3所示，B-B面剖圖如圖4所示，電 解槽結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于柱形凸起沿陰極碳?jí)K基體上表面長(zhǎng)度方向按三排排列，柱形凸起的長(zhǎng)度為21cm， 寬度為19cm，柱形凸起與陰極碳?jí)K基體上表面的高度差為IOcm;同一排柱形凸起中相鄰兩 個(gè)柱形凸起之間的間距為25cm，同一陰極碳?jí)K上不同排的相鄰柱形凸起的間距為5cm，同 時(shí)與出鋁口相鄰的兩個(gè)柱形凸起之間的間距為50cm。柱形凸起由煅后無(wú)煙煤與人造石墨的混合物料制成。陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽在電解生產(chǎn)金屬鋁時(shí)的工作條件是陰 極碳?jí)K的柱形都要浸沒于鋁液中，鋁液上面為電解質(zhì)熔體，鋁液面的高度要高出凸起的上 表面，在出鋁后為1 10cm，電解槽的工作電壓在3. 5 3. 9V之間。實(shí)施例3陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽如圖5所示，B-B面剖圖如圖6所示，電 解槽結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于柱形凸起為圓柱體，在陰極碳?jí)K基體的寬度為50 70cm的條件下，柱形凸起的直 徑為25cm，柱形凸起與陰極碳?jí)K基體上表面的高度差為11cm，同一排柱形凸起中相鄰兩個(gè) 柱形凸起之間的間距為30cm，同一陰極碳?jí)K上不同排的相鄰柱形凸起的間距為20cm，同時(shí) 與出鋁口相鄰的兩個(gè)柱形凸起之間的間距為40cm。柱形凸起由人造石墨材料成型后經(jīng)焙燒加工而成。
陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽在電解生產(chǎn)金屬鋁時(shí)的工作條件是陰 極碳?jí)K的柱形都要浸沒于鋁液中，鋁液上面為電解質(zhì)熔體，鋁液面的高度要高出凸起的上 表面，在出鋁后為1 10cm，電解槽的工作電壓在3. 5 3. 9V之間。實(shí)施例4陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽如圖7所示，B-B面剖圖如圖8所示，電 解槽結(jié)構(gòu)同實(shí)施例3，不同點(diǎn)在于柱形凸起沿陰極碳?jí)K基體上表面長(zhǎng)度方向按三排排列，柱形凸起的直徑為17cm， 柱形凸起與陰極碳?jí)K基體上表面的高度差為11cm，同一排柱形凸起中相鄰兩個(gè)柱形凸起之 間的間距為19cm，同一陰極碳?jí)K上不同排的相鄰柱形凸起的間距為5cm，同時(shí)與出鋁口相 鄰的兩個(gè)柱形凸起之間的間距為30cm。柱形凸起由人造石墨電極和石墨塊加工制成。陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽在電解生產(chǎn)金屬鋁時(shí)的工作條件是陰 極碳?jí)K的柱形都要浸沒于鋁液中，鋁液上面為電解質(zhì)熔體，鋁液面的高度要高出凸起的上 表面，在出鋁后為1 10cm，電解槽的工作電壓在3. 5 3. 9V之間。實(shí)施例5陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽如圖9所示，B-B面剖圖如圖10所示， 電解槽結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于在陰極碳?jí)K基體的寬度為66cm的條件下，柱形凸起的長(zhǎng)度為30cm，寬度為23cm， 柱形凸起與陰極碳?jí)K基體上表面的高度差為11cm。同一排柱形凸起中相鄰兩個(gè)柱形凸起之 間的間距為35cm，同一陰極碳?jí)K上不同排的相鄰柱形凸起的間距為10cm，同時(shí)與出鋁口相 鄰的兩個(gè)柱形凸起之間的間距為70cm。陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽在電解生產(chǎn)金屬鋁時(shí)的工作條件是陰 極碳?jí)K的柱形都要浸沒于鋁液中，鋁液上面為電解質(zhì)熔體，鋁液面的高度要高出凸起的上 表面，在出鋁后為1 10cm，電解槽的工作電壓在3. 5 3. 9V之間。
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權(quán)利要求
一種陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽，包括陰極碳?jí)K；其特征在于所述的陰極碳?jí)K由陰極碳?jí)K基體及多個(gè)柱形凸起構(gòu)成，柱形凸起鑲嵌在陰極碳?jí)K基體的上表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽，其特征在于 所述的柱形凸起和陰極碳?jí)K基體之間填充有石墨糊，所述的石墨糊是將熱固性樹脂和石墨 粉混合制成的糊狀物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽，其特征在于 所述的陰極碳?jí)K基體為長(zhǎng)方體，其上表面設(shè)有凹槽，柱形凸起通過凹槽鑲嵌在陰極碳?jí)K基 體的上表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽，其特征在于 所述的柱形凸起為長(zhǎng)方體或圓柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽，其特征在于 所述的柱形凸起由煅后無(wú)煙煤，或煅后無(wú)煙煤與人造石墨的混合物料，或人造石墨碎為骨 料與浙青混捏成型后經(jīng)焙燒加工而成，或者是由人造石墨電極和石墨塊加工制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽，其特征在于 所述的上表面鑲嵌有柱形凸起的陰極碳?jí)K的制備方法為(1)制備陰極碳?jí)K基體采用兩種方法①采用擠壓方法生產(chǎn)陰極碳?jí)K基體，其基體的斷面為規(guī)則的矩形面時(shí)，生產(chǎn)出陰極碳 塊基體的生坯，經(jīng)過1100 1300°C焙燒后制成無(wú)煙煤或石墨質(zhì)的陰極碳?jí)K基體，或者先經(jīng) 過1100 1300°C焙燒再進(jìn)行2300 2500°C高溫?zé)崽幚砗笾瞥砂胧年帢O碳?jí)K基體， 然后在陰極碳?jí)K基體上表面需要鑲嵌柱型凸起的位置上機(jī)加工成深度為5-lOcm的圓形坑 槽，并在坑槽側(cè)壁加工出內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋與圓柱體的柱形凸起的外螺紋相配合；②陰極碳?jí)K基體生坯用振動(dòng)成型或模壓成型方法進(jìn)行制作時(shí)，所用的振動(dòng)成型模內(nèi)物 料上面的重物的底表面改傳統(tǒng)的平面成具有凸起結(jié)構(gòu)，或模壓成型時(shí)模內(nèi)物料上的壓模的 底表面改傳統(tǒng)的平面為其表面上具有凸起結(jié)構(gòu)；這樣在陰極碳?jí)K基體振動(dòng)成型或模壓成型 后，振動(dòng)成型或模壓成型出來(lái)的陰極碳?jí)K基體生坯的上表面就具有了用于安置柱型凸起的 坑槽；其中模內(nèi)物料的重物底表面或模內(nèi)物料壓模底表面上的凸起結(jié)構(gòu)的位置分布與陰極 碳?jí)K基體上表面所要鑲嵌柱形凸起的位置對(duì)應(yīng)；凸起結(jié)構(gòu)的形狀與所要振動(dòng)成型或模壓成 型生產(chǎn)出的其上表面所要鑲嵌柱型凸起的坑槽的形狀相一致；坑槽的深度為5-lOcm ；當(dāng)陰 極碳?jí)K基體為無(wú)煙煤陰極碳?jí)K基體、石墨質(zhì)陰極碳?jí)K基體或半石墨質(zhì)陰極碳?jí)K基體時(shí)，將 上述陰極碳?jí)K基體生坯在1100 1300°C焙燒，制成帶有坑槽的陰極碳?jí)K基體；當(dāng)陰極碳?jí)K 基體為石墨化或半石墨化的陰極碳?jí)K基體時(shí)，焙燒方法和制成坑槽的方法與方法①培燒方 法及制成坑槽的方法相同，焙燒后在石墨化爐中在2300 3000°C條件下進(jìn)行高溫處理，制 成半石墨化或全石墨化陰極碳?jí)K基體；陰極碳?jí)K基體上表面的的坑槽分為圓形坑槽和方形 坑槽；當(dāng)坑槽為圓形時(shí)，坑槽的內(nèi)壁加工有內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋與圓柱體的柱形凸起的外螺紋 相配合；當(dāng)坑槽為方形坑槽時(shí)，其內(nèi)壁有至少4個(gè)直徑不小于5mm，深度不小于IOmm的圓 坑；(2)以熱固性樹脂與石墨粉混合制成石墨糊，配比要求能夠混合制成糊狀物；將石墨 糊填入坑槽中；然后將柱形凸起裝入坑槽中，其中當(dāng)柱形凸起為長(zhǎng)方體時(shí)，坑槽亦為方形坑槽，坑槽的長(zhǎng)寬尺寸大于柱形凸起的長(zhǎng)寬尺寸1 10mm，長(zhǎng)方體柱形凸起垂直壓入坑槽中； 當(dāng)柱形凸起為圓柱形時(shí)，坑槽為圓形，側(cè)壁加工有內(nèi)螺紋；柱形凸起上的外螺紋與坑槽中的 內(nèi)螺紋相配合，柱形凸起擰入坑槽中，內(nèi)螺紋和外螺紋縫隙間亦有石墨糊填充；當(dāng)柱形凸起 進(jìn)入坑槽后，坑槽內(nèi)將有一部分石墨糊從凸起與坑槽之間的縫隙中被擠壓出來(lái)，堆積在陰 極碳?jí)K基體上表面與柱形凸起相接合的地方。
全文摘要
一種陰極碳?jí)K上表面鑲嵌柱形凸起的鋁電解槽，其中陰極碳?jí)K由陰極碳?jí)K基體及其上表面的柱形凸起構(gòu)成，柱形凸起鑲嵌在陰極碳?jí)K基體的上表面。本發(fā)明通過在陰極碳?jí)K基體上鑲嵌柱形凸起，達(dá)到對(duì)陰極碳?jí)K基體材質(zhì)和制作方法具有多種選擇的效果；陰極碳?jí)K具有加工量小，成本低的優(yōu)點(diǎn)，該電解槽能夠具有更加明顯降低鋁液流速和波動(dòng)，使槽電壓在較低情況下正常工作。
文檔編號(hào)C25C3/08GK101864580SQ201010220980
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者馮乃祥 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)北冶冶金科技有限公司