專利名稱：一種非均勻?qū)щ姷匿X電解槽陰極結(jié)構(gòu)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陰極結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種可減小鋁液中水平電流的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)霍爾-埃魯特法(Hall-H6roUlt)鋁電解方法一直是工業(yè)上生產(chǎn)原鋁的唯一工藝。在霍爾-埃魯特鋁電解槽中，電流從載流母線流入槽內(nèi)，從陰極鋼棒側(cè)部出電端流出，電流的方向在槽內(nèi)發(fā)生了 90度偏轉(zhuǎn)，由于鋁液的電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電解質(zhì)以及陰極炭塊，因此電流的轉(zhuǎn)向很大一部分發(fā)生在鋁液層中，形成了鋁液中的水平電流，水平電流不僅會顯著增大垂直磁場，而且其與垂直磁場共同作用，影響槽內(nèi)磁流體的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的鋁電解槽水平結(jié)構(gòu)陰極結(jié)構(gòu)沒有考慮在鋁液水平方向上存在的壓降產(chǎn)生的水平電流，因此鋁液中會有很大的水平電流，過大的水平電流引起過大的電磁力，進(jìn)而引起鋁液劇烈的波動及電解質(zhì)-鋁液界面的嚴(yán)重變形，電解槽需要維持在較高的極距下生產(chǎn)，由此引起大量的無用能耗。因此，對于如何減小存在于鋁液中的水平電流，對于鋁電解行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗具有重要意義，同時也是一項(xiàng)解決磁流體穩(wěn)定性的根本性手段。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種可以顯著減小鋁液中的水平電流的非均勻?qū)щ姷匿X電解槽陰極結(jié)構(gòu)。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的非均勻?qū)щ姷匿X電解槽陰極結(jié)構(gòu)，包括陰極炭塊、陰極鋼棒和鋼棒炭糊，在所述的陰極鋼棒與所述的陰極炭塊接觸的表面部分位置設(shè)有絕緣材料。所述的絕緣材料設(shè)在所述的陰極鋼棒與所述的陰極炭塊接觸的上表面的部分位置。所述的絕緣材料設(shè)在靠近所述的陰極炭塊的出電端的所述的陰極鋼棒的上表面。所述的絕緣材料是糊狀絕緣材料，或是按照燕尾槽形狀加工的固體狀絕緣材料， 材料類型為任意絕緣材料。所述的陰極炭糊的厚度為10 40mm。采用上述技術(shù)方案的非均勻?qū)щ姷匿X電解槽陰極結(jié)構(gòu)，陰極結(jié)構(gòu)整體外形不變， 保持與傳統(tǒng)陰極一致的進(jìn)電與出電模式，并且組成部分與傳統(tǒng)陰極一致，均含有陰極炭塊、 鋼棒炭糊、陰極鋼棒，其區(qū)別在于陰極炭塊內(nèi)部與陰極鋼棒連接部位的部分位置實(shí)用的材料有所改變，因此不會引起除陰極外的鋁電解槽其他部位的重新設(shè)計(jì)及加工，不會影響陰極部分的生產(chǎn)制造。陰極炭塊，包含至少一條燕尾槽，并且燕尾槽的可以是通長的，也可以是非通長的，且每條燕尾槽對應(yīng)一條陰極鋼棒。陰極鋼棒按照傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，但在進(jìn)行陰極結(jié)構(gòu)組裝時，在對應(yīng)的燕尾槽內(nèi)
3靠出電端的陰極鋼棒上表面部分位置以絕緣材料替代鋼棒炭糊，以隔絕此部分陰極鋼棒表面與陰極炭塊的電流導(dǎo)通，其余縫隙用鋼棒炭糊填滿。本實(shí)用新型由于采用上述結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有陰極結(jié)構(gòu)相比具備如下優(yōu)點(diǎn)采用普通陰極結(jié)構(gòu)的鋁電解槽，鋁液中水平電流密度最大的區(qū)域并不是出現(xiàn)在鋁液的邊部，也不出現(xiàn)在鋁液的中部，而是出現(xiàn)在鋁液層的中間偏邊部的位置，因此對于優(yōu)化鋁液中電流分布，必須要實(shí)際了解其分布情況。根據(jù)上述水平電流分布形態(tài)，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中，由于陰極鋼棒上表面靠出電端的部分區(qū)域不能導(dǎo)電，迫使電流從更靠中部的位置流入陰極鋼棒，在陰極結(jié)構(gòu)內(nèi)部優(yōu)化了電壓分布狀況，部分消除了鋁液中電流向陰極鋼棒出電端偏轉(zhuǎn)的路徑，從導(dǎo)電路徑上即減小了電流在水平方向的偏轉(zhuǎn)，所以可以減小鋁液中的水平電流。由于水平電流對垂直磁場有很大的貢獻(xiàn)作用，所以水平電流的減小也使得垂直磁場也有所減小，則水平電流與垂直磁場的作用力也更小。由于水平電磁力是引起鋁液波動的重要原因已經(jīng)得到公認(rèn)，因此電磁力的減小會弱化鋁液的垂直波動以及穩(wěn)定鋁液的水平流動，則電解可以在較低的極距下進(jìn)行，槽電壓可以大幅降低，減小鋁電解的能耗。綜上所述，本實(shí)用新型使陰極鋼棒與炭塊間形成局部絕緣連接構(gòu)成，使得整個陰極結(jié)構(gòu)的電場得到優(yōu)化，因此可以顯著減小鋁液中的水平電流，并且優(yōu)化鋁液中水平電流的分布使得其水平電流密度分布更均勻更趨合理，所以采用此結(jié)構(gòu)的電解槽工作時鋁液穩(wěn)定性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)低極距生產(chǎn)，使得槽電壓低，綜合能耗低。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施方案中的左視圖。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施方案1中的剖面示意圖。圖3是本實(shí)用新型實(shí)施方案2中的剖面示意圖。附圖中1-為陰極炭塊，2-陰極鋼棒，3-為鋼棒炭糊，4-為絕緣材料。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 如圖1、圖2所示是本實(shí)用新型的采用通長陰極鋼棒的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)的示意圖，由1-陰極炭塊，2-陰極鋼棒，3-鋼棒炭糊，4-為絕緣材料組成。本實(shí)施例中，陰極炭塊 1的總長度3000 4000mm，寬400 700mm，高400 600mm，陰極炭塊1的底部沿長度方向開有至少一條燕尾槽，與之對應(yīng)每條燕尾槽內(nèi)嵌一根通長的陰極鋼棒2，陰極鋼棒2組裝時在燕尾槽兩端的0 800mm底面上填入與其余部分鋼棒炭糊3相等厚度的絕緣材料4，側(cè)部仍采用鋼棒炭糊3連接，陰極炭糊3的厚度為10mm。此種結(jié)構(gòu)迫使鋁液中的電流改變流入陰極鋼棒2的流向，從而大幅度降低鋁液中的水平電流，同時減小鋁液中的垂直磁場與電磁力，弱化鋁液的垂直波動及穩(wěn)定水平流動，提高電解槽穩(wěn)定性，并較大的降低極距，最終使電解槽降低能耗。實(shí)施例2 如圖1、圖3所示是本實(shí)用新型的采用非通長陰極鋼棒的鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)示意圖，由1-陰極炭塊，2-陰極鋼棒，3-鋼棒炭糊，4-為絕緣材料組成。本實(shí)施例中，陰極炭塊1的總長度3000 4000mm，寬400 700mm，高400 600mm，陰極炭塊1底部沿長度方向
開有數(shù)條燕尾槽，與之對應(yīng)每條燕尾槽內(nèi)嵌一根非通長的陰極鋼棒2，組裝陰極鋼棒2時在燕尾槽出外端的0 800mm底面上填入與其余部分鋼棒炭糊3相等厚度的絕緣材料4，側(cè)部仍實(shí)用鋼棒炭糊3連接，陰極炭糊3的厚度為40mm。此種結(jié)構(gòu)迫使鋁液中的電流改變流入鋼棒的流向，從而大幅度降低鋁液中的水平電流，同時減小鋁液中的垂直磁場與電磁力，弱化鋁液的垂直波動及穩(wěn)定水平流動，提高電解槽穩(wěn)定性，并較大的降低極距，最終使電解槽降低能耗。
權(quán)利要求1.一種非均勻?qū)щ姷匿X電解槽陰極結(jié)構(gòu)，包括陰極炭塊(1)、陰極鋼棒⑵和鋼棒炭糊 (3)，其特征在于在所述的陰極鋼棒O)與所述的陰極炭塊(1)接觸的表面部分位置設(shè)有絕緣材料⑷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均勻?qū)щ姷匿X電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的絕緣材料(4)設(shè)在所述的陰極鋼棒( 與所述的陰極炭塊(1)接觸的上表面的部分位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非均勻?qū)щ姷匿X電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的絕緣材料(4)設(shè)在靠近所述的陰極炭塊(1)的出電端的所述的陰極鋼棒O)的上表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非均勻?qū)щ姷匿X電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的絕緣材料(4)是糊狀絕緣材料，或是按照燕尾槽形狀加工的固體狀絕緣材料，材料類型為任意絕緣材料。
5.按權(quán)利要求1或2所述的非均勻?qū)щ姷匿X電解槽陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的陰極炭糊⑶的厚度為10 40mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種非均勻?qū)щ姷匿X電解槽陰極結(jié)構(gòu)，包括陰極炭塊(1)、陰極鋼棒(2)和鋼棒炭糊(3)，在所述的陰極鋼棒(2)與所述的陰極炭塊(1)接觸的表面部分位置設(shè)有絕緣材料(4)。此種陰極結(jié)構(gòu)通過使用絕緣材料替代部分位置的鋼棒炭糊可對鋁液中電流分布進(jìn)行重新調(diào)整。此種陰極結(jié)構(gòu)根據(jù)實(shí)際槽型設(shè)計(jì)確定組裝參數(shù)，運(yùn)用于鋁電解槽時可以顯著的減小鋁液中的水平電流，同時減小鋁液中的垂直磁場及電磁力，從而可以起到弱化鋁液的垂直波動以及穩(wěn)定熔體水平運(yùn)動的作用，使得電解極距大幅減小，實(shí)現(xiàn)大幅降低電耗，并且此陰極結(jié)構(gòu)無需額外加工，極易實(shí)現(xiàn)。
文檔編號C25C3/08GK202047141SQ20112011130
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者丁鳳其, 呂曉軍, 張紅亮, 徐宇杰, 李劼, 楊帥, 田忠良, 賴延清, 郭龍 申請人:中南大學(xué), 湖南中大業(yè)翔科技有限公司, 湖南中大冶金設(shè)計(jì)有限公司