專利名稱：一種陰極炭塊結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，屬于鋁電解槽技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前用于鋁工業(yè)生產(chǎn)的Hall-Heroult電解槽使用炭素陽極和炭塊陰極，通過電 解熔融的氧化鋁生產(chǎn)鋁，電解質(zhì)主要由冰晶石和氧化鋁熔體組成，另外還有溶解在其中的 氟化鋁和其它氟化鹽。電解析出的鋁蓄積在槽底炭塊陰極上部，形成鋁液層，并作為陰極的 一部分。由于電解槽內(nèi)的鋁液受到車間內(nèi)電磁場(chǎng)的影響而運(yùn)動(dòng)，需要保持一定高度的鋁液， 減少與電解質(zhì)接觸界面的波動(dòng)。目前工業(yè)電解槽保持的鋁液水平通常為10 30cm之間， 在此情況下，仍需要保持4. 5cm左右的極距，極距的高低主要受到電解槽穩(wěn)定性的影響，在 現(xiàn)有電解槽的陰極結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)條件下，進(jìn)一步優(yōu)化磁場(chǎng)分布提高電解槽的穩(wěn)定性，進(jìn)而降 低極距已經(jīng)成為一件非常困難的事情。 現(xiàn)有的Hall-Heroult鋁電解槽，根據(jù)尺寸和電解工藝的不同都存在一個(gè)普遍的 問題就是電能效率較低，一般在45 50%之間，其余的電能都轉(zhuǎn)化為熱能散失掉了?，F(xiàn)有 鋁電解槽的極距一般都在4. 5cm左右，造成電能效率低的主要原因就在于現(xiàn)有普通預(yù)焙槽 由于磁場(chǎng)造成的鋁液波動(dòng)，因此為了保證電解槽的穩(wěn)定生產(chǎn)往往需要保持較大的極距。
電能效率低造成了工業(yè)電解槽上巨大電能無謂的消耗，鋁電解槽節(jié)能降耗的手段 有兩種，一種是提高電流效率，另一種就是降低極距，降低槽電壓。而現(xiàn)有的電解槽，電流效 率大都在90 96%之間，提高電流效率的空間有限。目前鋁電解槽極距一般在4. 5 5cm 左右，極距帶來的壓降約為總能耗的40%，極距的降低給節(jié)能降耗提供了很大的空間，但是 由于傳統(tǒng)電解槽本身結(jié)構(gòu)的限制，降低極距，由于受磁場(chǎng)帶來的鋁液電解質(zhì)界面波動(dòng)影響， 電解槽就會(huì)變得不穩(wěn)定，丟失電流效率，很難達(dá)到節(jié)能的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述技術(shù)問題，而提供一種陰極炭塊結(jié)構(gòu)，目的是減小電解 槽內(nèi)鋁液的流動(dòng)和降低鋁液的波動(dòng)，降低極間壓降，提高鋁電解槽的電能效率，降低磁場(chǎng)對(duì) 鋁電解生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響，達(dá)到節(jié)能的目的。 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種陰極炭塊結(jié)構(gòu)，它包括槽殼和 內(nèi)襯，內(nèi)襯主要由陰極炭塊、側(cè)部?jī)?nèi)襯、底部?jī)?nèi)襯以及搗固糊組成，陰極炭塊為L(zhǎng)型，即陰極 炭塊上表面其中一個(gè)邊部凸起，使陰極炭塊上表面呈L型。 所述的陰極炭塊的底部水平安裝有陰極鋼棒，陰極鋼棒從電解槽的側(cè)部穿出。 所述的每組陰極炭塊中安裝1 4根陰極鋼棒。 所述的陰極炭塊的底部垂直安裝陰極鋼棒，陰極鋼棒從槽底穿出。 所述的每組陰極炭塊中安裝1 40根陰極鋼棒，2-6根匯集成一根從槽底穿出。 所述的陰極鋼棒的橫向截面形狀為圓形、橢圓形或矩形。 所述的陰極炭塊上表面開有凹槽。
所述的每塊陰極炭塊上開設(shè)的凹槽數(shù)量為1 20個(gè)。
所述的凹槽橫向截面形狀為方形、梯形、三角形或圓形等。
所述的陰極炭塊通過炭間糊連成一體。
所述的陰極炭塊的邊部突起高度在20 200mm之間。 所述的陰極炭塊的高度可以為300 700mm之間，寬度為與陽極炭塊相同。
所述的陰極炭塊的高度可以為300 700mm之間，陰極炭塊的寬度在250 800mm 之間的陰極炭塊。 所述的陰極炭塊下面的底部?jī)?nèi)襯為耐火保溫材料。 所述的陰極炭塊的端部與側(cè)部?jī)?nèi)襯之間由澆注料和周圍糊搗固連接。 所述的陰極炭塊的上表面為平面。 本發(fā)明的特點(diǎn)和效果如下 本發(fā)明鋁電解槽由于其陰極結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，陰極炭塊呈L型，整個(gè)陰極上表面出現(xiàn) 多個(gè)凹槽，巨大的鋁液池被分割成數(shù)個(gè)小的區(qū)域，有效地束縛了鋁液由于受到電磁力的作 用而產(chǎn)生的流動(dòng)和波動(dòng)，提高了電解槽的穩(wěn)定性，因此鋁液高度可以保持很低，高出凸起的 陰極炭塊幾厘米即可，極距也可以顯著降低，可以使極距從傳統(tǒng)電解槽的4. 5 5cm左右降 到2. 5 4cm或更低。 采用L型的陰極炭塊另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如果陰極炭塊與陽極炭塊寬度相同，換極 時(shí)陽極區(qū)域處的陰極表面仍為平面，仍然可以采用機(jī)械撈渣，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減小工人的 勞動(dòng)強(qiáng)度。 由于保持了較低的鋁液水平，在電解槽出鋁時(shí)，容易造成出鋁口位置的鋁量不足， 使電解質(zhì)進(jìn)入出鋁裝置，為了解決此問題，可以采取適當(dāng)增大出鋁端的加工面，或在陰極炭 塊上表面開溝槽的措施，為鋁液提供匯集通道。 本發(fā)明由于采用上述陰極結(jié)構(gòu)，降低了極距，提高了電能利用率，大大降低了磁場(chǎng) 對(duì)鋁電解生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響。


圖1是本發(fā)明陰極炭塊結(jié)構(gòu)的一種主視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明陰極炭塊結(jié)構(gòu)的另一種主視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明陰極炭塊結(jié)構(gòu)中部有一個(gè)方形凹槽的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明陰極炭塊結(jié)構(gòu)中部沒有凹槽的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是本發(fā)明陰極炭塊結(jié)構(gòu)中部有一個(gè)梯形凹槽的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6是本發(fā)明陰極炭塊結(jié)構(gòu)上表面有多個(gè)方形凹槽的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7是本發(fā)明陰極炭塊結(jié)構(gòu)上表面有多個(gè)梯形凹槽的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖8是本發(fā)明陰極結(jié)構(gòu)，陰極鋼棒垂直陰極炭塊底部安裝，從槽底穿出的主視結(jié)
構(gòu)示意圖。 圖9是本發(fā)明陰極結(jié)構(gòu)，陰極鋼棒垂直陰極炭塊底部安裝，從槽底穿出的側(cè)視結(jié) 構(gòu)示意圖。 圖中，1、側(cè)部?jī)?nèi)襯，2、陰極鋼棒，3、陰極炭塊，4、凹槽，5、陰極炭塊間扎糊，6、底部?jī)?nèi)襯。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不受實(shí)施例所 限。 圖1和圖2所示，鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)由側(cè)部?jī)?nèi)襯1、陰極炭塊3、陰極炭塊間扎糊 5、底部?jī)?nèi)襯6構(gòu)成，所述的陰極炭塊通過炭間糊連成一體，陰極炭塊底部水平安裝陰極鋼 棒2 ;圖8和圖9所示，陰極碳?jí)K底部垂直安裝陰極炭塊；陰極炭塊3上表面凸起部分不開 溝槽，如圖4所示，也可以在凸起部分上開有凹槽4，每塊陰極炭塊3上開設(shè)的凹槽數(shù)量為 1 20個(gè)。如圖3、5 7所示，側(cè)部?jī)?nèi)襯1和底部?jī)?nèi)襯6的結(jié)構(gòu)以及材料選擇可以根據(jù)不 同容量電解槽的熱平衡計(jì)算獲得，并且與現(xiàn)行工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的鋁電解槽基本相同，這已 經(jīng)成為比較成熟的技術(shù)，這里不再贅述。 本發(fā)明的電解槽陰極結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，電解槽內(nèi)的陰極炭塊為L(zhǎng)型陰極炭 塊3，即陰極炭塊3上表面其中一個(gè)邊部凸起，陰極炭塊3上表面呈L型，使陰極上表面出 現(xiàn)很多凹槽；圖1和圖2僅僅示出兩種炭塊邊部突起的形狀，在實(shí)際應(yīng)用中可以為其它任 意形狀，只要形成邊部凸起，炭塊呈現(xiàn)L型即可。L型陰極炭塊邊部突起高度在20 200mm 之間。陰極炭塊放置在底部?jī)?nèi)襯6上，底部?jī)?nèi)襯由隔熱耐火材料構(gòu)成，起到保溫和承載的作 用，陰極炭塊之間采用陰極炭塊間扎糊5扎固連接，陰極炭塊的端部與側(cè)部?jī)?nèi)襯1之間采用 澆注料和周圍糊搗固。陰極鋼棒2水平安裝在陰極炭塊的底部，每組陰極炭塊中安裝1 4根陰極鋼棒2。陰極鋼2從電解槽的側(cè)部穿出。陰極鋼棒2的橫向截面形狀為圓形、橢圓 形或矩形等任意形狀。陰極炭塊的端部與側(cè)部?jī)?nèi)襯之間由澆注料和周圍糊搗固連接。
圖8和圖9所示，陰極鋼棒2垂直安裝在陰極炭塊的底部，每組陰極炭塊中安裝 1 40根陰極鋼棒2。陰極鋼棒為2-6根匯集成一根從槽底穿出。陰極鋼棒2的橫向截面 形狀為圓形、橢圓形或矩形等任意形狀。陰極炭塊的端部與側(cè)部?jī)?nèi)襯之間由澆注料和周圍 糊搗固連接。 陰極炭塊的高度可以為300 700mm之間，寬度可以與陽極炭塊保持一致，也可以 采用寬度在250 800mm之間的陰極炭塊。 采用本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)，可以保持很低的鋁液水平，同時(shí)極距顯著降低，因此電解 槽內(nèi)的液態(tài)鋁量較少，在電解槽出鋁時(shí)，容易造成出鋁口位置的鋁量不足，使電解質(zhì)進(jìn)入出 鋁裝置，為了解決此問題，如圖3、5 7所示，在陰極炭塊上表面凸起部分開凹槽4，為鋁液 提供匯集到出鋁口的通道，另外適當(dāng)增大出鋁端的加工面。陰極炭塊的凹槽4的橫向截面 形狀可以為方形、梯形、三角形或圓形等不同的形式，另外可以只在陰極炭塊凸起部分的中 間部位開凹槽4，也可以整個(gè)上表面凸起部分都開凹槽4，凹槽4的數(shù)量為1 20個(gè)，也可 以不開凹槽4。 本發(fā)明的鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，有效的束縛了磁場(chǎng)造成的鋁液流動(dòng)和波動(dòng)，減少
了電解槽鋁液與電解質(zhì)界面的波動(dòng)，從而可以適當(dāng)降低極距至4. Ocm以下，實(shí)現(xiàn)了極間鋁
液_電解質(zhì)界面很小的波動(dòng)情況下生產(chǎn)，提高了電流效率，大大降低了直流電耗。 采用底部出電方案設(shè)計(jì)的電解槽，基本消除了鋁液中的水平電流，由于磁場(chǎng)和電
流相互作用對(duì)電解槽鋁液波動(dòng)的影響大大減小，從而可以極大的簡(jiǎn)化母線設(shè)計(jì)，減少母線
的用量，縮短電解槽之間的距離，降低建設(shè)費(fèi)用。
權(quán)利要求
一種陰極炭塊結(jié)構(gòu)，它包括槽殼和內(nèi)襯，內(nèi)襯主要由陰極炭塊、側(cè)部?jī)?nèi)襯、底部?jī)?nèi)襯以及搗固糊組成，其特征在于陰極炭塊為L(zhǎng)型，即陰極炭塊上表面其中一個(gè)邊部凸起，使陰極炭塊上表面呈L型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊的底部水平安裝 有陰極鋼棒，陰極鋼棒從電解槽的側(cè)部穿出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的每組陰極炭塊中安裝1 4根陰極鋼棒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊的底部垂直安裝 陰極鋼棒，并從槽底穿出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的每組陰極炭塊中安裝1 40根陰極鋼棒，2-6根匯集成一根從槽底穿出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2、3、4或5所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極鋼棒的橫向 截面形狀為圓形、橢圓形或矩形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊上表面開有凹槽。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的每塊陰極炭塊上開設(shè)的凹 槽數(shù)量為1 20個(gè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的凹槽橫向截面形狀為 方形、梯形、三角形或圓形等。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊通過炭間糊連成一體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊的邊部突起高 度在20 200mm之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊的高度可以為 300 700mm之間，寬度為與陽極炭塊相同。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊的高度可以為 300 700mm之間，陰極炭塊的寬度在250 800mm之間的陰極炭塊。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的底部?jī)?nèi)襯為耐火保溫材料。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊的端部與側(cè)部 內(nèi)襯之間由澆注料和周圍糊搗固連接。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極炭塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的陰極炭塊的上表面為平面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)，屬于鋁電解槽技術(shù)領(lǐng)域。一種陰極炭塊結(jié)構(gòu)，它包括槽殼和內(nèi)襯，內(nèi)襯主要由陰極炭塊、側(cè)部?jī)?nèi)襯、底部?jī)?nèi)襯以及搗固糊組成，陰極炭塊為L(zhǎng)型，即陰極炭塊上表面其中一個(gè)邊部凸起，使陰極炭塊上表面呈L型；陰極鋼棒水平安裝在陰極炭塊的底部，陰極鋼棒從電解槽的側(cè)部穿出；或陰極鋼棒垂直安裝于陰極碳?jí)K的底部，并從槽底穿出。本發(fā)明液態(tài)鋁液被L型陰極炭塊分割成若干小鋁池，有效地束縛了鋁液由于受到電磁力的作用而產(chǎn)生的流動(dòng)和波動(dòng)，提高了電解槽的穩(wěn)定性，可以降低鋁液高度和極距，提高電流效率，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
文檔編號(hào)C25C3/08GK101781774SQ200910010210
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者劉偉, 劉雅鋒, 周東方, 張欽菘, 朱佳明, 楊曉東 申請(qǐng)人:沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院