專利名稱：一種新型的鋁電解槽陰極導電內襯的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁電解槽陰極導電內襯結構設計方案。
二.
背景技術：
鋁電解槽陰極導電內襯，是座落于鋁電解槽內耐火磚或防滲層上的陰極導電熔池層，它應具有電阻值低，耐鋁液沖刷、抗鈉浸蝕、耐高溫、熱應力變形小、防滲漏等特點。
現通用的鋁電解槽陰極導電內襯結構，是把陰極導電鋼棒放置于底部縱向開出凹形槽的陰極碳塊凹形槽中，用“鋼棒搗固糊”做為填充導電連接料，用搗固的方法組裝的成陰極碳塊鋼棒組；再由若干塊陰極碳塊鋼棒組，采用“碳間搗固糊”做填充料，用搗固扎實的方法，砌筑的一個整體的導電熔池層。
這種鋁電解槽陰極為內襯碳塊結構主要存在著以下缺點和不足一是，碳塊底部開出凹形槽后，整體應力分布更加不均勻，受熱后容易斷裂；凹槽內加工需去掉部分成品碳塊，材料的利用率低，成本加大。二是，陰極碳塊和陰極導電鋼棒之間的凹形槽內的“鋼棒搗固糊”為寬縫搗固，結合間隙大，施工復雜，搗固后的密實度、結合強度較低，孔隙率和電阻值較高，造成槽底電壓降升高，電能浪費。三是，陰極碳塊和陰極碳塊之間起填充連接作用的“碳間搗固糊”，密實度較低，氣孔率較高，在電解狀態(tài)下，容易形成鋁液和電解質滲漏的通道，引起漏槽事故的發(fā)生。四是，陰極碳塊上部和鋁液電解質接觸部分，在具備導電功能的同時，還應具有抗鈉浸蝕耐鋁液中刷的功能，而陰極碳塊下部，則不需要耐沖刷和抗浸蝕功能，而以導電為主。但通用的陰極碳塊材料為上下一體式設計，往往耐沖刷抗浸蝕的碳塊導電率低，而導電率高的碳塊又不耐沖刷，抗浸蝕，很難做到的在同一整體的一塊碳塊上實現上述統(tǒng)一。因此，造成鋁電解槽槽底導電內襯的總體電壓降值較高，增大了電解鋁耗能。
三.

發(fā)明內容
本發(fā)明在于克服上述現有技術的不足，而提供了一種新的鋁電解槽陰極導電內襯結構設計方案和實現方法。
新設計方案的要點，是根據鋁電解槽工況條件，對陰極導電內襯，碳塊、和搗固碳素材料性能要求的不同，改變了原導電內襯碳塊上下一體的結構、以及陰極鋼棒裝配到碳塊底部凹形槽內的結構形式。將陰極內襯分為上下兩層部，上部為“電熔池層”，下部為“導電層”。分別選用材料，砌筑成一個整體的鋁電解槽陰極導電內襯。
該方案是在鋁電解槽防滲漏層上，采用碳塊——鋼棒——碳塊——鋼棒相間隔式配置，把高度與鋼棒相平齊的條狀陰極碳塊做為陰極鋼棒之間的填充塊，用石墨質碳膠泥做為二者縫間粘接介質，砌筑成一個由陰極碳塊和陰極鋼棒相組合的陰極內襯下部“導電層”。
上部層“電熔池層”采用兩種結構設計方案一是用若干個陰極碳塊作為主體材料，在碳塊側部之間，以及下部“導電層”陰極碳塊、鋼棒上表面之間，用石墨質碳膠泥擠壓粘接砌筑在一起，作為陰極導電內襯的上部電解電熔池層，上下部兩層共同組成一個整體的鋁電解槽陰極導電內襯；二是用高石墨質碳素搗固糊料作為主體材，整體分層搗固在下部“導電層”陰極碳塊和陰極鋼棒上層之上。作為“電熔池層”，“電熔池層”也分為上下兩部分上部與鋁液和電解質接觸部分，高石墨質搗固糊料中可增加一定量的碳化硼和硼化鈦，作為改性材料以增加上表層抗沖刷和抗浸蝕性能，下部搗固糊料中增加一部分導電合金粉作為改性材料，用以提高陰極導電內襯的導電性能，為了使搗固層和下部碳塊鋼棒導電層結合牢固，可采用在下層部導電填充碳塊上鉆出凹形坑孔，和采用在鋼棒上焊接小拉筋方式增加上下曾之間結合強度。
本發(fā)明是在原有鋁電解槽結構基礎上實現的，無需對其他結構進行改動，組合式陰極碳塊陰極內襯設計方案，只是改變了原設陰極碳塊上下一體碳塊底部開凹形槽，并將鋼棒嵌攘其槽內用搗固糊作為連接介質的結構方式。它具有以下優(yōu)點碳塊不需在底部開凹形鋼棒槽，碳塊、鋼棒和石墨質碳素搗固糊料，可根據電解工況要求對陰極內襯材料進行最佳組合，采用復合結構設計，使槽低電壓分布重加均勻，從而提高了電解槽內襯結構的導電率，降低了槽底電壓降，使陰極碳塊的整體性加強，熱應力變化對碳塊的破壞程度減少，防滲漏功能增強，從而，達到延長鋁電解槽使用壽命、節(jié)約電能的目的。
四.


附圖1是本發(fā)明陰極內襯上部電熔池層為碳塊式結構斷面視圖。
附圖2是本發(fā)明陰極內襯上部電熔池層為碳素搗固料式結構斷面視圖。
其中1為陰極鋼棒，2為下部陰極填充碳塊，3為石墨質碳膠泥，4為上部碳塊，5為防滲漏料層，6為電熔池層下部搗固料，7為電熔池上部搗固料。
五.具體實施方案本發(fā)明方案實現方式，是在原電解槽內部結構不變的情況下，在原防滲漏料層基礎上實現的。
(一)下部“導電層”陰極鋼棒(1)和陰極填充碳塊(2)組裝砌筑。
在陰極碳塊槽內襯組裝砌筑前，要首先檢查陰極鋼棒(1)和陰極填充碳塊(2)及底部槽內襯的質量，符合要求后方可進行砌筑。
“導電層”填充碳塊(1)和陰極鋼棒(2)坐落在耐火磚或防滲漏層(5)上，為了找平可用普通碳膠泥進行打底找平，砌筑開始時，首先把第一根陰極鋼棒找正，并用電焊臨時點固在槽殼上。然后，在把加熱、混捏好的高石墨質碳膠泥(3)均勻的涂抹在相鄰填充碳塊(2)兩側，安裝在兩個鋼棒中間，用千斤頂頂緊，并擠壓另一個未固定的陰極鋼棒(1)的側面。使碳塊兩側帶膠泥的縫隙同時受到擠壓，待填充碳塊(2)的兩側縫隙多余的碳膠泥被擠出，檢查間隙合格，碳塊(2)和鋼棒(1)水平度、垂直度符合設計要求后，再進行電焊點固，將另一個鋼棒分別固定在相鄰鋼棒和槽殼上。完成一列碳塊和鋼棒的砌筑后，再繼續(xù)用同樣的方法進行下一列填充碳塊和鋼棒的砌筑。
待整個電解槽“導電層”鋪砌完畢后，再用氣割或電動砂輪，將電焊固定點割開并磨平。并用鋼絲刷或邊鏟將多余的固化的碳膠泥清理干凈，修正檢查碳膠泥所有的砌筑間隙，全部清理檢驗合格后，即可進行上部“電溶層”碳塊的砌筑。
(二)導電層上部“電溶池層”的砌筑。電熔池層分為碳塊砌筑和搗固糊料兩種形式，分別予以說明。
檢查由陰極鋼棒和陰極填充塊砌筑的“導電層”平整度，表面清理干凈符合要求后，方可進行砌筑。
1.電溶池層主體材料為碳塊式的施工方法首先，在“導電層”上表面部均勻涂抹上一層石墨質碳膠泥(3)，并用模板和厚度刮板檢驗碳膠泥(3)厚度，均勻后，將備用碳塊(4)安裝在碳膠泥(3)上，然后在碳塊(4)上部進行震蕩搗固，并將被從碳塊底部邊緣(上下碳塊中縫處)擠出后的膠泥迅速清理干凈。然后找正，再用木契固定(固定在槽底上)。
相鄰碳塊的鋪砌也是采用同種方法，只不過是碳塊(4)側面再涂抹上一層碳膠泥，在垂直底面搗固震蕩安裝砌筑的同時，用千斤頂從側面進行擠壓，把相鄰碳塊之間縫隙用碳膠泥填實，把相鄰碳塊的底部碳塊中縫靠碳塊自重及震蕩、擠壓出的膠尼清理干凈，檢查水平度、垂直間隙合格后，用木契固定后，又可繼續(xù)依次進行下一列相鄰碳塊的砌筑。
槽底上部“電溶池層”碳塊砌筑全部完成后，分段拔出木契，填充邊部高強防滲料，并搗實固化，砌筑側部碳塊后，即完成鋁電解槽陰極碳塊內襯的砌筑。
2.電溶池層主體材料為高石墨質碳素搗固糊料的施工方法檢查由陰極鋼棒和陰極填充塊砌筑的“導電層”平整度，在“導電層”填充碳塊(2)上表面，用鉆頭鉆制一些凹坑。并在鋼棒(1)上表面焊制一些小拉筋，用于增強與上部搗同層結合強度，表面清理干凈符合要求后，方可進行砌筑。
在“電熔層”下部石墨質搗固糊料(6)中加入一定量導電合金粉改性物質，在混捏鍋內加熱至60--90℃后。均勻地鋪設表面用火焰噴槍加熱“導電層”填充碳塊(2)和陰極鋼棒(1)上。每次鋪設厚度約80-120mm，用機械在30--50℃溫度之間內進行密實搗固，使搗固糊(6)取樣檢測體積密度(容積密度)≥1.50g/cm2，搗固壓縮率≥45％。分層搗固時，由下向上可逐漸地減少，或改變添加合金的成份等添加劑的含量，完成電熔層下部搗固預定厚度后，再進行最上一層電熔層石墨碳素搗固料(7)的搗固工作，最上一層石墨質碳素搗固料(7)中要適當地加入一定量的硼化鈦和碳化硼等抗鋁液沖刷、抗浸蝕物質，再進行分層搗固，其搗固工藝與加熱方式和底部搗固料相同。
電熔層石墨質碳素搗固糊料的搗固厚度和其中導電合金粉、及改性物質添加的多少一個變量，它的厚度大小和添加物質的成分比例決定鋁電解槽陰極內襯的槽底電壓降高底，因此在施工中要嚴加掌握。
依據本發(fā)明所設計的電解槽陰極導電內襯結構和施工工藝，所砌筑成的電解槽內襯，可根據鋁電解槽工況要求，對鋁電解槽陰極內襯材料碳塊、鋼棒，和石墨質搗固糊進行最佳設計組合，它可通過適當的增加鋼棒斷面，也可以通過調整上部電熔層厚度和合金添加物質的成份，確定鋁電解槽陰極內襯(電阻值)和電壓降值。
權利要求
1.一種新型的鋁電解槽陰極導電內襯結構，它將陰極內襯導電結構分為上下兩層部分。上部層為“電熔池層”，下部為“導電層”，其特征是采用碳塊(2)——鋼棒(1)——碳塊(2)——鋼棒(1)相間隔式配置，把與鋼棒(1)相平齊的條狀陰極碳塊(2)做為鋼棒之間的填充塊，用石墨質碳膠泥(3)做為二者縫間粘接介質，砌筑成一個由陰極碳塊(2)和陰極鋼棒(1)相組合的陰極內襯下部“導電層”；上部電熔池層有兩種結構，一是采用陰極碳塊(4)作為主體材料，在碳塊(4)側部之間，以及下部“導電層”陰極碳塊(2)、鋼棒(1)上表面之間，用石墨質碳膠泥(3)擠壓粘接砌筑在一起，作為陰極導電內襯的上部電解電熔池層；二是用高石墨質碳素搗固糊料(6)、(7)作為主體材，整體分層搗固在下部“導電層”陰極碳塊(2)和陰極鋼棒(1)上層，作為電熔池層。
2.根據權利1要求用石墨碳素搗固料(6)、(7)作主體材料的上部電熔池層也分為上下兩層，其特征是下部層碳素材料搗固糊料(6)添加一定量的導電合金物質作為改性材料；上部層碳素材料搗固糊(7)添加一定量的硼化鈦或碳化硼物質作為改性材料。
3.根據權利1要求上部用石墨質搗固糊料(6)、(7)作為主體材料的電熔池層和下部導電層之間陰極鋼棒(1)和碳塊(2)之間為增加結合強度，其結構特征為鋼棒之上可焊連接小拉筋、陰極填充碳塊上部可鉆制凹形孔坑。
全文摘要
一種新型的鋁電解槽陰極導電內襯結構，它將陰極內襯分為上下兩層部上層為“電熔池層”，下部為“導電層”。是采用碳塊—鋼棒—碳塊—鋼棒相間隔式配置，用碳膠泥做為縫間粘接介質。砌筑成一個由陰極碳塊和陰極鋼棒相組合的陰極內襯下部“導電層”；上部電熔池層有兩種結構，一是采用陰極碳塊作為主體材料，在碳塊側部之間，以及下部“導電層”陰極碳塊、鋼棒上表面之間，用碳膠泥擠壓粘接砌筑在一起，作為導電內襯的上部電熔池層。二是用高石墨質碳素搗固糊料作為主體材，整體分層搗固在下部“導電層”陰極碳塊和陰極鋼棒上層。作為電熔池層。該結構具有造價低廉，施工方便簡單等特點可提高陰極導電內襯導電性能，延長電解槽的使用壽命。
文檔編號C25C3/08GK1837408SQ200610008179
公開日2006年9月27日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權日2005年2月27日
發(fā)明者高德金, 高偉 申請人:高德金, 高偉