電解槽陰極導(dǎo)電熔池結(jié)構(gòu)及構(gòu)造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:電解槽陰極導(dǎo)電熔池結(jié)構(gòu)及構(gòu)造方法主要用于鋁電解槽陰極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)即鋁電解槽陰極內(nèi)襯的砌筑構(gòu)造。
[0002]【背景技術(shù)】:現(xiàn)通用的鋁電解槽陰極內(nèi)襯導(dǎo)電熔池結(jié)構(gòu)，采用多塊至幾十塊由陰極炭塊和陰極鋼棒用搗固糊搗固組裝而成的陰極鋼棒組，平行排例砌筑在鋁電解槽槽殼體內(nèi)，與側(cè)部槽幫爐墻一起，其陰極鋼棒導(dǎo)出電端與構(gòu)造在電解槽底部及側(cè)部的陰極大母線相連接，構(gòu)造成鋁電解槽陰極內(nèi)襯導(dǎo)電熔池結(jié)構(gòu)。
[0003]陰極內(nèi)襯導(dǎo)電熔池結(jié)構(gòu)即是陰極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又是承裝鋁液及電解質(zhì)熔液進(jìn)行熱電化學(xué)反應(yīng)的熔池。在電解過(guò)程中，其陰極導(dǎo)電熔池結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，有著極其重要的意義。
[0004]鋁電解槽陰極內(nèi)襯導(dǎo)電熔池的導(dǎo)電工作面積有幾十平方米，它的陰極構(gòu)造方式及電流的分布狀況會(huì)對(duì)整個(gè)鋁電解槽的電場(chǎng)、熱場(chǎng)、磁場(chǎng)及電磁力強(qiáng)度、鋁液及電解質(zhì)液體的磁流體的流速、波動(dòng)方向、范圍、波幅，氧化鋁物流場(chǎng)，極距設(shè)定等產(chǎn)生巨大的影響。從而直接影響鋁電解槽的生產(chǎn)效能。
[0005]現(xiàn)通用的構(gòu)造陰極內(nèi)襯導(dǎo)電熔池所用的陰極鋼棒組的設(shè)計(jì)及構(gòu)造方式和缺點(diǎn)是;
[0006](I)將底部開(kāi)有通長(zhǎng)凹槽的陰極炭塊，底部開(kāi)槽向上放置，再將陰極陰極鋼棒置放于凹槽當(dāng)中，在將搗固糊作為導(dǎo)電連接填充材料，采用分層搗固的方式，置于鋼棒兩側(cè)與凹槽之間縫隙之中，將陰極炭塊與陰極鋼棒構(gòu)造在一起，它的缺點(diǎn):陰極炭塊鋼棒組，構(gòu)造在鋁電解槽殼中后，沿陰極炭塊鋼棒組的長(zhǎng)度方向，從陰極炭塊的表面中上點(diǎn)，到陰極鋼棒端頭的出電端，其電阻值會(huì)逐步雖導(dǎo)電距離的增加而增大，且陰極炭塊上表面的過(guò)電流分布密度不均，電流分布一般是由陰極炭塊中部向電解槽的邊部減弱，很難達(dá)到所需理想狀態(tài)，
[0007](2).在用加熱搗固糊分層搗固構(gòu)造填充陰極炭塊和陰極鋼棒二者之間的縫隙時(shí)，多采用添一層熱搗固糊料，用風(fēng)鎬鏟扎固搗實(shí)一層后，再添一層熱搗固糊料，再用風(fēng)鎬鏟搗固扎固搗實(shí)一層的工藝方法進(jìn)行。采用這種工藝構(gòu)造的缺點(diǎn)是，熱搗固糊料為散狀顆粒粉混合黏結(jié)物料，在分層填入到寬度縫隙寬度約15毫米，長(zhǎng)度約1，7米左右的縫隙中，用寬度約60毫米的風(fēng)鏟頭進(jìn)行扎實(shí)搗固時(shí)，在沖擊力的擠壓下，其搗固糊料會(huì)向兩側(cè)沿長(zhǎng)度方向游動(dòng)離散，實(shí)際生產(chǎn)中，雖采用多工位搗固的方式進(jìn)行，扔會(huì)造成搗固糊料在縫隙間，扎固不實(shí)密度不均的現(xiàn)象發(fā)生。致使陰極鋼棒組電流分布無(wú)序，構(gòu)造電壓降即構(gòu)造電阻值較高。
[0008]現(xiàn)通用的構(gòu)造陰極內(nèi)襯導(dǎo)電熔池設(shè)計(jì)及構(gòu)造方式和缺點(diǎn)是；陰極內(nèi)襯導(dǎo)電熔池由采用上述設(shè)計(jì)構(gòu)造、且高度基本相等的幾十組陰極炭塊鋼棒組，與幾組分流布置的陰極大母線相連接，平行并列砌筑構(gòu)造在鋁電解槽內(nèi)，形成一個(gè)槽底內(nèi)襯為幾十平方米的偌大平底鋁電解槽陰極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。由于鋁電解槽構(gòu)造主體部件陰極鋼棒組的電流分布無(wú)序，構(gòu)造電阻值電壓降較高，加之外部因素大母線的磁場(chǎng)影響，致使電解槽內(nèi)金屬鋁液磁流體的電磁力運(yùn)動(dòng)方式及范圍很難與電解質(zhì)液達(dá)到穩(wěn)定和諧的理想工作狀態(tài)，高效低耗的電解氧化招。
[0009]
【發(fā)明內(nèi)容】
:為了克服鋁電解槽陰極內(nèi)襯導(dǎo)電熔池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及構(gòu)造工藝所存在的，陰極鋼棒組結(jié)構(gòu)電流分布無(wú)序不均，陰極大母線電流磁場(chǎng)與陰極鋼棒組工作面，即陰極內(nèi)襯導(dǎo)電熔池的上表面，電流分布狀態(tài)不和諧統(tǒng)一，造成電解槽熔池內(nèi)鋁液磁流體的運(yùn)動(dòng)方式及范圍，對(duì)電解質(zhì)液電解氧化鋁生成鋁液的工作狀態(tài)的負(fù)面影響，提高鋁電解槽的電流效率，降低鋁電解槽的槽電壓，降低電解鋁的生產(chǎn)電耗，本發(fā)明將公開(kāi)一種電解槽陰極導(dǎo)電熔池結(jié)構(gòu)及構(gòu)造方法:
[0010]經(jīng)過(guò)對(duì)鋁電解槽磁流體動(dòng)力穩(wěn)定性的研究，得出這樣的結(jié)論:
[0011]電解槽陰極導(dǎo)電熔池的鋁液表面形狀和金屬的流動(dòng)速度都是由磁流體動(dòng)力穩(wěn)定性所決定的。電解槽陰極導(dǎo)電熔池的熱場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁力強(qiáng)度、鋁液磁流體的流速、波動(dòng)方向、范圍、波幅，氧化鋁物流場(chǎng)、以及電解質(zhì)液體氧化鋁的電解效率，都與陰極導(dǎo)電熔池的電流分布及電流密度有關(guān)。但也與鋁液池的形狀有關(guān)，而鋁液池的形狀又取決于陰極表面和槽幫的構(gòu)造形狀。
[0012]用改進(jìn)陰極某處的電流密度來(lái)改善相應(yīng)處鋁液中的電流密度，因而改善磁場(chǎng)與此處電流相互作用的條件。因?yàn)殇X液中的磁場(chǎng)是由外部母線流動(dòng)的電流與槽內(nèi)電流相互疊加作用的結(jié)果。換句話說(shuō)，改變陰極碳?jí)K鋼棒組的幾何形狀、導(dǎo)電率即導(dǎo)電機(jī)理，會(huì)使槽內(nèi)鋁液的電流重新分布，從而改變拉普拉斯力(電磁力)f=JXb[N / m3],對(duì)電解質(zhì)液極距設(shè)定等電解工藝參數(shù)的影響。
[0013]依據(jù)上述理論研究的指導(dǎo)，在鋁電解槽陰極大母線確定或優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可用改變調(diào)整鋁電解槽陰極熔池內(nèi)表面電流分布密度的方法，綜合考慮陰極大母線電流及磁場(chǎng)的影響，結(jié)合鋁電解槽熱場(chǎng)及物流場(chǎng)及氧化鋁在電解質(zhì)液的分布狀況和熔解強(qiáng)度，提出以下設(shè)計(jì)方案及技術(shù)措施，對(duì)鋁電解槽的陰極內(nèi)襯導(dǎo)電熔池進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)造。
[0014]電解槽陰極導(dǎo)電熔池結(jié)構(gòu)及構(gòu)造方法，主要用于鋁電解槽陰極內(nèi)襯的砌筑構(gòu)造，主要由陰極炭塊鋼棒組、陰極大母線構(gòu)造而成，其特征是:在陰極鋼棒上，焊接構(gòu)造上分段隔筋，陰極鋼棒上的分段隔筋，將陰極鋼棒外側(cè)壁與陰極炭塊凹槽內(nèi)側(cè)壁之間的間隙，沿長(zhǎng)度方向，分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立填充區(qū)間段，用導(dǎo)電填充料填充其對(duì)應(yīng)填充區(qū)間段的間隙，用調(diào)整導(dǎo)電填充物料及構(gòu)造工藝的方法，即調(diào)整導(dǎo)電填充物料與陰極鋼棒側(cè)壁與陰極炭塊凹槽側(cè)壁導(dǎo)電界面電阻值的方法，以獲取設(shè)定陰極鋼棒組炭塊上表面設(shè)定電阻值，并將該已知設(shè)定電阻值得陰極鋼棒組，砌筑在鋁電解槽槽殼體中。
[0015]依據(jù)上述技術(shù)方案:為獲得陰極炭塊鋼棒組較低的連接電阻值，在陰極鋼棒與陰極炭塊之間用分段隔筋分割的幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的填充區(qū)間段內(nèi)，可采用分段分層構(gòu)造搗固工藝，將幾個(gè)段位的相對(duì)獨(dú)立填充區(qū)間段，用搗固糊料作為填充料，進(jìn)行導(dǎo)電構(gòu)造連接，在用風(fēng)鎬進(jìn)行搗固扎實(shí)連接構(gòu)造時(shí)，利用設(shè)置在陰極鋼棒上的分段隔筋，可以限制物料流動(dòng)范圍，減少搗固填充糊料的離散流動(dòng)，提高搗固糊料密實(shí)度的特點(diǎn)，使搗固糊料與陰極鋼棒側(cè)壁與陰極炭塊凹槽側(cè)壁導(dǎo)電界面結(jié)合部的電阻值減少，陰極炭塊鋼棒組的構(gòu)造電壓降降低。
[0016]依據(jù)上述技術(shù)方案:為在獲得陰極炭塊鋼棒組的陰極炭塊上表面所設(shè)定得電流密度分布，可用調(diào)整陰極炭塊上表面對(duì)應(yīng)填充區(qū)間段搗固糊料扎實(shí)密度、調(diào)整對(duì)應(yīng)填充區(qū)間段搗固糊料理化成分、調(diào)整對(duì)應(yīng)填充區(qū)間段導(dǎo)電填充物料成分的方法獲得，即用調(diào)整導(dǎo)電填充物料與陰極鋼棒側(cè)壁與陰極炭塊凹槽側(cè)壁的界面導(dǎo)電結(jié)合電阻值的方式，構(gòu)造出陰極炭塊上表面設(shè)定電流密度的期望電阻值
[0017]依據(jù)上述技術(shù)方案:為在獲得陰極炭塊鋼棒組的陰極炭塊表面所設(shè)定得電流密度分布，即可以用調(diào)整每個(gè)填充區(qū)間段搗固糊料扎實(shí)密度的方法獲得，也可用調(diào)整每個(gè)填充區(qū)間段搗固糊料理化指標(biāo)的方法獲得。還可用調(diào)整每個(gè)填充區(qū)間段導(dǎo)電填充物料成分的方法獲得，即用調(diào)整設(shè)定導(dǎo)電填充物料與陰極鋼棒側(cè)壁與陰極炭塊凹槽側(cè)壁的界面導(dǎo)電結(jié)合電阻值的方式，構(gòu)