專利名稱：一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法
技術領域：
一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法，涉及一種鋁電解槽技術領域。
背景技術：
電解槽是冰晶石-氧化鋁煉鋁方法的神經中樞。中間下料預焙槽已完全取代自焙槽成為煉鋁的主力軍。為不引起氟化物熔劑的分解，保持槽內氧化鋁濃度在一定范圍內均勻穩(wěn)定是必須的。然而，氧化鋁在熔鹽中傳質是靠電解質的流動提供驅動源泉。一般來說， 電解質的流動受到三種作用，即電磁力使金屬液層運動、陽極底部氣體的逸出和熱對流。另一方面，這種反應物中質量傳輸?shù)幕掘寗恿σ彩请娏餍式档偷脑蛑?。由通過金屬和電解質的磁場與電流相互作用產生的驅動力，通常造成金屬表面形狀變形，并產生復雜的循環(huán)形式。因此，槽設計時必須考慮槽內所有區(qū)域對電磁場的影響。如何保證一定的傳質效果和穩(wěn)定的金屬電解質界面有些矛盾而又必須協(xié)調考慮。上世紀八十年代以來，國內外很多鋁業(yè)公司和科研設計單位在平衡磁場方面作了大量的卓有成效的工作，明顯降低了引起水平電流產生電磁力的垂直磁場強度。瑞鋁、加鋁、法鋁均申請不少大型預焙鋁電解槽的母線配置專利，如US4474611、US4313811、 US4683047、US45^821等等，涉及端部和大面多點進電等多種配置方式。這些配置可取得較好的結果，但同時使母線配置復雜化，增加了母線用量，也給操作帶來了一定困難。近些年來，由于我國對知識產權的重視，很多公司和設計院所也有大量的專利技術申請得到保護。 專利 CN10178772、CN101838826、CN101452M9、CN101838820 等介紹了水平電流極小或水平電流消除的底部出電電解槽的母線配置、陰極結構。這種基本消除水平電流的鋁電解槽設計將會對側部熱平衡等提出新的要求，不僅如此，作為氧化鋁傳質主要驅動力的水平電流電磁力可能也會消除，僅僅依靠陽極氣泡逸出和熱對流能否保證氧化鋁分布的均勻性值得業(yè)界同仁去考證。降低水平電流的措施中，除了母線配置方面的研究外，改變現(xiàn)有陰極鋼棒的形狀是簡單易行投入少的方法，并且適合已有配置好的鋁電解槽陰極改造。上世紀八十年代末，我鄭州輕金屬研究所(現(xiàn)中國鋁業(yè)鄭州研究院)就申請了改變陰極鋼棒結構的專利 CN1012507，來調整鋁電解槽中鋁液內的電流分布。該專利技術特征在于陰極鋼棒由上鋼棒、下鋼棒、內連接、外連接鋼棒構成，上下鋼棒平行由內外連接鋼棒焊接結合在一起，電流由下鋼棒通到槽外與母線連接。上鋼棒與陰極碳塊通過表面接觸相連接，不能保證較低的鋼碳壓降，兩者其水平電流的降低數(shù)值也只能通過計算模擬得出。專利CN100593042和專利CN20099581分別介紹了兩種不同的變截面的陰極鋼棒形式，可在一定程度內降低水平電流。但是這種形式的陰極結構對于鋼棒和陰極碳塊鋼棒槽的加工提出了很高的要求，甚至不能實現(xiàn)，裝配起來也存在極高的難度。不僅如此，水平電流降低了多少也無從測試，同樣是依靠計算模擬得出，存在不確定因素。專利CN101545118詳細介紹了一種降低水平電流的方法，該專利中的導電板與鋼棒連接施工難度較大，且鋼棒與導電板連接未絕緣，不能控制水平電流在一定區(qū)域和范圍內。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種降低水平電流分布(保證一定水平電流)、分內外兩部分電流導出到陰極母線、可分別測試內外鋼棒電流的提高電解槽穩(wěn)定性的分開引出鋁電解槽單面電流的方法，。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的?！N分開引出鋁電解槽單面電流的方法，其特征在于該方法采用的陰極鋼棒以陰極碳塊中心軸對稱，每對稱部分每個陰極鋼棒槽內安裝有兩個陰極鋼棒，外導電鋼棒(2) 和內導電鋼棒(3)，外導電鋼棒安裝在外側通到槽外與陰極母線相聯(lián)，內導電鋼棒為梯形截面，大截面段安裝在內側，電流通過小截面段通到槽外也與陰極母線相聯(lián)，外導電鋼棒(2) 和內導電鋼棒⑶大截面段用炭糊⑷與陰極碳塊⑴組裝在一起，內導電鋼棒⑶小載面段、外導電鋼棒⑵之間夾層及外導電鋼棒⑵內端面與內導電鋼棒⑶梯面之間用耐高溫絕緣固體材料(5)澆注，這樣外導電鋼棒(2)和內導電鋼棒(3)相互絕緣、分別與陰極碳塊(1)用炭糊(4)相聯(lián)、分別連接到陰極母線上，鋁電解槽以長軸對稱每單面內、外側陰極電流分別通過內導電鋼棒⑶和外導電鋼棒⑵通到陰極母線，可以分別測試外導電鋼棒(2)和內導電鋼棒C3)的電流，根據(jù)內外鋼棒截面大小和長度控制兩段電流比，可使水平電流控制在一定范圍內。所述的外導電鋼棒(2)在陰極碳塊鋼棒槽內的長度和截面高度分別為Ll和hl，內導電鋼棒(3)小、大截面段高度及大截面段長度分別為h2、h3和L2，外導電鋼棒O)內端面與內導電鋼棒⑶梯面間距為bl，外導電鋼棒⑵和內導電鋼棒(3)間縫距離為b2，其中:hl+h2+ b2= h3，bl取值范圍為5 500mm，b2取值范圍為5 30mm。所述的參數(shù)根據(jù)不同槽型分別進行模擬仿真后選取，其中bl取值范圍優(yōu)先選取下限。所述的外導電鋼棒(2)和內導電鋼棒(3)大截面段可用鑄鐵澆注分別與陰極碳塊 (1)組裝在一起。所述的外導電鋼棒(2)和內導電鋼棒(3)大截面段截面是斜坡式的變截面。所述的外導電鋼棒(2)下表面和內導電鋼棒⑶小截面段上表面相互平行。所述的外導電鋼棒( 下表面和內導電鋼棒(3)小截面段上表面可以不相互平行，但導出槽外至爆炸焊塊前相互分離，用耐高溫絕緣材料( 絕緣。所述的外導電鋼棒(2)截面形狀為方形、圓形、半圓形。本發(fā)明實施后，可通過測試內外導電鋼棒的等距離壓降，根據(jù)其截面大小及電阻率等數(shù)據(jù)，分別計算出較為準確的電流大小I1和12，其差的絕對值I I1-I2 I可視為內、外導電鋼棒對應兩部分鋁液間的水平電流大小。根據(jù)參數(shù)設計使其絕對值I I1-I2 I為零時， 其水平電流分別在內、外鋼棒對應的鋁液區(qū)域內產生，大大降低水平電流，使其分別在兩部分鋁液中存在。本發(fā)明的有益效果。本發(fā)明實用性強，操作簡單易行，創(chuàng)新地將每面陰極電流分兩部分引出槽側部與陰極母線連接，顯著降低鋁液中的水平電流，通過內外鋼棒截面和長度的設計，可控制水平電流在對應兩部分鋁液中產生，并且通過測試得出兩部分電流的大小和比例，提高了電解槽的穩(wěn)定性和電能效率，延長鋁電解槽的使用壽命。本發(fā)明可用新建鋁電解槽的設計，也可用于現(xiàn)有電解槽改造，應用范圍廣。


附圖1為本發(fā)明的結構應用于電解槽后的槽側視圖； 附圖2為實施例一的陰極結構主視附圖3為實施例一的陰極結構府視圖； 附圖4為實施例一的陰極結構D-D剖視圖； 附圖5為實施例一的陰極結構E-E剖視圖； 附圖6為實施例一的陰極結構A-A剖視圖； 附圖7為實施例一的陰極結構B-B剖視圖； 附圖8為實施例一的陰極結構C-C剖視圖； 附圖9為實施例二的陰極結構主視圖； 附圖10為實施例三的陰極結構主視圖； 附圖11為實施例三的陰極結構C-C剖視圖。圖中1、陰極碳塊，2、外導電鋼棒，3、內導電鋼棒，4、炭糊，5、耐高溫固體絕緣材料。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種降低水平電流分布(保證一定水平電流)、分內外兩部分電流導出到陰極母線、可分別測試內外鋼棒電流的方法和陰極結構。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的陰極鋼棒以陰極碳塊中心軸對稱，每對稱部分每個陰極鋼棒槽內安裝有兩個陰極鋼棒，外導電鋼棒⑵和內導電鋼棒⑶，外導電鋼棒安裝在外側通到槽外與陰極母線相聯(lián)，內導電鋼棒為梯形截面，大截面段安裝在內側，電流通過小截面段通到槽外也與陰極母線相聯(lián)，外導電鋼棒⑵和內導電鋼棒⑶大截面段用炭糊⑷與陰極碳塊⑴組裝在一起，內導電鋼棒 ⑶小載面段與外導電鋼棒之間夾層及外導電鋼棒⑵內端面與內導電鋼棒⑶梯面之間用耐高溫固體絕緣材料(5)澆注，這樣外導電鋼棒(2)和內導電鋼棒(3)相互絕緣、分別與陰極碳塊(1)用炭糊相聯(lián)、分別連接到陰極母線上，鋁電解槽以長軸對稱每單面內、外側陰極電流分別通過內導電鋼棒⑶和外導電鋼棒⑵通到陰極母線，可以分別測試外導電鋼棒( 和內導電鋼棒(3)的電流，根據(jù)內、外鋼棒截面大小和長度控制兩段電流比，可使水平電流控制在一定范圍內。附圖1為本發(fā)明實現(xiàn)后的電解槽側視圖。下面結合實施例對本發(fā)明進行進一步的詳細說明，但保護范圍不受實施例所限。實施例1
如圖2至圖8所示，一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法和陰極鋼棒在陰極結構組裝時，在通長的雙鋼棒槽的陰極碳塊中放置四支外導電鋼棒(3)(放置前用石墨粉鋪設鋼棒槽底部找平)，保證設計尺寸Li，按照筑爐要求將外導電鋼棒(3)與陰極碳塊用炭糊(4) 連接組裝在一起。在外導電鋼棒O)內端面和內導電鋼棒(3)梯面之間按照bl尺寸50mm 的要求，以及外導電鋼棒(2)上表面(組裝時陰極碳塊鋼棒槽朝上)按照1^2尺寸IOmm的要求用耐高溫絕緣固體材料( 澆注。將四支內導電鋼棒C3)放置在鋼棒槽中，使其大截面段和鋼棒槽接觸牢固，在尺寸L2范圍內(即內導電鋼棒大截面段)按照筑爐要求用炭糊(4)和陰極碳塊連接在一起。在bl及Ll尺寸范圍內(即小截面段)用耐高溫絕緣固體材料(5)與陰極碳塊澆注在一起。外導電鋼棒(2)和內導電鋼棒(3)大截面段長度比Ll L2=l :1，外導電鋼棒⑵和內導電鋼棒(3)小截面段高度比hi :h2=l :1. 7。實施例2
如圖9所示，一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法和陰極鋼棒在陰極結構組裝時， 在通長的雙鋼棒槽的陰極碳塊中放置的外導電鋼棒( 截面為變截面的，可以是漸變或階梯式的，靠外端部截面積小，靠0-0’軸線端截面積大。四支內導電鋼棒C3)大截面段截面為變截面的，可以是漸變或階梯式的，靠外端部截面積小，靠0-0’軸線端截面積大。外導電鋼棒(2)和內導電鋼棒(3)大截面段長度比Ll :L2=1 :1. 2，外導電鋼棒(2)平均高度和內導電鋼棒(3)小截面段平均高度比hi :h2=l :2。用于內、鋼棒間絕緣的耐高溫絕緣固體材料(5)厚度即1^2尺寸為15mm，用于外導電鋼棒⑵內端面和內導電鋼棒(3)梯面間的耐高溫絕緣固體材料(5)長度即bl尺寸為20mm。其它安裝方法等與實施例一的基本相同。實施例3
如圖10和11所示，一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法和陰極鋼棒在陰極結構組裝時，在通長的雙鋼棒槽的陰極碳塊中放置的外導電鋼棒(2)截面為圓形的。外導電鋼棒 (2)和內導電鋼棒(3)大截面段長度比Ll :L2=1 :0. 8，外導電鋼棒(2)平均高度和內導電鋼棒(3)小截面段平均高度比hi :h2=l :1. 4。用于內、鋼棒間絕緣的耐高溫絕緣固體材料 (5)厚度即1^2尺寸為5mm，用于外導電鋼棒O)內端面和內導電鋼棒(3)梯面間的耐高溫絕緣固體材料(5)長度即bl尺寸為100mm。其它安裝方法等與實施例一的基本相同。
權利要求
1.一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法，其特征在于該方法采用的陰極鋼棒以陰極碳塊中心軸對稱，每對稱部分每個陰極鋼棒槽內安裝有兩個陰極鋼棒，外導電鋼棒(2)和內導電鋼棒(3)，外導電鋼棒安裝在外側通到槽外與陰極母線相聯(lián)，內導電鋼棒為梯形截面，大截面段安裝在內側，電流通過小截面段通到槽外也與陰極母線相聯(lián)，外導電鋼棒(2) 和內導電鋼棒⑶大截面段用炭糊⑷與陰極碳塊⑴組裝在一起，內導電鋼棒⑶小載面段與外導電鋼棒⑵之間、內導電鋼棒⑶小載面段與陰極碳塊⑴連接、及外導電鋼棒 ⑵內端面與內導電鋼棒⑶梯面之間用耐高溫絕緣固體材料(5)澆注，這樣外導電鋼棒 (2)和內導電鋼棒(3)相互絕緣、分別與陰極碳塊(1)用炭糊(4)相聯(lián)、分別連接到陰極母線上，鋁電解槽以長軸對稱每單面內、外側陰極電流分別通過內導電鋼棒(3)和外導電鋼棒⑵通到陰極母線，可以分別測試外導電鋼棒⑵和內導電鋼棒(3)的電流，根據(jù)內外鋼棒截面大小和長度控制兩段電流比，使水平電流控制在一定范圍內。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法，其特征在于其外導電鋼棒⑵在陰極碳塊鋼棒槽內的長度和截面高度分別為Ll和hl，內導電鋼棒(3)小、 大截面段高度及大截面段長度分別為h2、h3和L2，外導電鋼棒O)內端面與內導電鋼棒 ⑶梯面間距為bl，外導電鋼棒⑵和內導電鋼棒⑶間縫距離為b2，其中hl+h2+ b2= h3bl取值范圍為5-500mmb2取值范圍為5-30mm。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法，其特征在于其參數(shù)根據(jù)不同槽型分別進行模擬仿真后選取，其中bl取值范圍選取為下限。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法，其特征在于其外導電鋼棒(2)和內導電鋼棒(3)大截面段也可用鑄鐵澆注分別與陰極碳塊(1)組裝在一起。
5.根據(jù)權利要求1和4所述的一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法，其特征在于其外導電鋼棒( 和內導電鋼棒C3)大截面段截面是斜坡式的變截面。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法，其特征在于外導電鋼棒(2)下表面和內導電鋼棒(3)小截面段上表面相互平行。
7.根據(jù)權利要求5所述的一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法，其特征在于外導電鋼棒( 下表面和內導電鋼棒(3)小截面段上表面可以不相互平行，但導出槽外至爆炸焊塊前相互分離，用耐高溫絕緣材料( 絕緣。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法，其特征在于外導電鋼棒( 截面形狀為方形、圓形、半圓形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分開引出鋁電解槽單面電流的方法。其特征在于陰極鋼棒以陰極碳塊中心軸對稱，每對稱部分每個陰極鋼棒槽內安裝有兩個陰極鋼棒，外導電鋼棒和內導電鋼棒，外導電鋼棒安裝在外側通到槽外與陰極母線相聯(lián)，內導電鋼棒為梯形截面，安裝在內側，電流也通到槽外與陰極母線相聯(lián)，外導電鋼棒和內導電鋼棒之間用耐高溫絕緣固體材料澆注，這樣外導電鋼棒和內導電鋼棒相互絕緣、分別與陰極碳塊用炭糊相聯(lián)、分別連接到陰極母線上，可以分別測試外導電鋼棒和內導電鋼棒的電流，根據(jù)內外鋼棒截面大小和長度控制兩段電流比。本發(fā)明實用性強，操作簡單易行，創(chuàng)新地將每面陰極電流分兩部分引出槽側部與陰極母線連接，顯著降低鋁液中的水平電流。
文檔編號C25C3/16GK102230191SQ20111016665
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權日2011年6月21日
發(fā)明者李峰, 李長勇, 白萬全, 童春秋 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司