CN101899677A - 一种铝电解槽复合阴极炭块结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平出电铝电解槽阴极结构，属于铝电解槽技术领域。铝电解槽复合阴极炭块结构，它包括槽壳和内衬，内衬主要由阴极炭块、侧部内衬、底部内衬组成，其中阴极炭块的截面形状上部为梯形、下部为方形，阴极炭块之间采用扎固材料连接，阴极钢棒安装在阴极炭块的底部，阴极钢棒从电解槽的侧部或底部穿出。本发明阴极上表面出现很多凹槽，从而将巨大的液态铝池被分割成若干区域，有效地束缚了铝液由于受到电磁力的作用而产生的流动和波动，提高了电解槽的稳定性，可以降低铝液高度和极距，提高电流效率，达到了节能降耗的目的。

Description

一种铝电解槽复合阴极炭块结构

技术领域

本发明涉及一种铝电解槽阴极结构，属于铝电解槽技术领域。

背景技术

目前用于铝工业生产的Hall-Heroult电解槽使用炭素阳极和炭块阴极，通过电解熔融的氧化铝生产铝，电解质主要由冰晶石和氧化铝熔体组成，另外还有溶解在其中的氟化铝和其它氟化盐。电解析出的铝蓄积在槽底炭块阴极上部，形成铝液层，并作为阴极的一部分。由于电解槽内的铝液受到车间内电磁场的影响而运动，需要保持一定高度的铝液，减少界面的波动。目前工业电解槽保持的铝液水平通常为10～30cm之间，在此情况下，仍需要保持4.5cm左右的极距，极距的高低主要受到电解槽稳定性的影响，在现有电解槽的阴极结构和磁场条件下，进一步优化磁场分布提高电解槽的稳定性，进而降低极距已经成为一件非常困难的事情。

现有的Hall-Heroult铝电解槽，根据尺寸和电解工艺的不同都存在一个普遍的问题就是电能效率较低，一般在45～50％之间，其余的电能都转化为热能散失掉了。现有铝电解槽的极距一般都在4.5cm左右，造成电能效率低的主要原因就在于现有普通预焙槽由于磁场造成的铝液波动，因此为了保证电解槽的稳定生产往往需要保持较大的极距。

电能效率低造成了工业电解槽上巨大电能无谓的消耗，铝电解槽节能降耗的手段有两种，一种是提高电流效率，另一种就是降低极距，降低槽电压。而现有的电解槽，电流效率大都在90～96％之间，提高电流效率的空间有限。目前铝电解槽极距一般在4.5～5cm左右，极距带来的压降约为总能耗的40％，极距的降低给节能降耗提供了很大的空间，但是由于传统电解槽本身结构的限制，降低极距，由于受磁场带来的铝液电解质界面波动影响，电解槽就会变得不稳定，丢失电流效率，很难达到节能的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种铝电解槽复合阴极炭块结构，目的是降低电解槽内铝液的流动和减小铝液界面的波动，同时大幅减小铝液流动和电化学反应对阴极炭块的磨损和侵蚀，达到增强电解槽的稳定性，降低极间压降，提高阴极炭块的抗磨蚀性能的作用，进而提高铝电解槽的电能效率，降低磁场对铝电解生产稳定性的影响，达到节能的目的。

为了解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种铝电解槽复合阴极炭块结构，它包括槽壳和内衬，内衬主要由阴极炭块、侧部内衬、底部内衬组成，其中阴极炭块的截面形状上部为梯形、下部为方形，阴极炭块之间采用扎固材料连接，阴极钢棒安装在阴极炭块的底部，阴极钢棒从电解槽的侧部或底部穿出。

所述的阴极炭块上部梯形的顶部为耐磨复合层。

所述的阴极炭块上表面开有凹槽。

所述的每块阴极炭块上开设的凹槽数量为1～20个。

所述的凹槽横向截面形状为方形、梯形、三角形或圆形等。

所述的阴极炭块下面的底部内衬为耐火保温材料。

所述的阴极炭块的端部与侧部内衬之间由浇注料和周围糊捣固连接。

所述的阴极炭块的上表面是平面。

所述的扎固材料为炭间糊、镁砖或碳化硅砖。

所述的阴极炭块彼此间距为30～300mm之间。

本发明的优点和效果如下：

本发明的阴极结构，阴极炭块截面形状特征是上部为梯形、下部为方形，由此种阴极炭块构成的阴极表面出现很多凹槽，巨大的铝液池被分割成数个小的区域，有效地束缚了铝液由于受到电磁力的作用而产生的流动和波动，提高了电解槽的稳定性。本发明的另一个显著的特征是阴极炭块上部梯形部分的顶端为耐磨复合层，由于复合层的存在极大的增强了阴极炭块耐磨蚀的性能，有力于延长槽寿命。

本发明的阴极结构，可以实现低极距、低铝水平生产，但是较低的铝液水平，在电解槽出铝时，容易造成出铝口位置的铝量不足，使电解质进入出铝装置，为了解决此问题，本发明的阴极结构在阴极炭块上表面设计了沟槽，为铝液提供了汇集通道，同时还可以采取适当增大出铝端加工面的措施。

本发明由于采用上述阴极结构，降低了极距，提高了电能利用率，大大降低了磁场对铝电解生产稳定性的影响。

附图说明

图1是本发明的阴极结构的主视结构示意图。

图2是本发明的阴极结构阴极炭块中部有一个梯形凹槽结构示意图。

图3是本发明的阴极结构阴极炭块上表面有多个梯形凹槽结构示意图。

图4是本发明的阴极结构从底部出电的侧视结构示意图。

图中，1、侧部内衬，2、阴极钢棒，3、阴极炭块，4、阴极炭块凹槽5扎固材料，6、底部内衬，7、顶部复合层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限。

如图1所示，铝电解槽的阴极结构由侧部内衬1、阴极炭块3、阴极炭块3间扎糊、镁砖等扎固材料5、底部内衬6构成，阴极炭块截面形状特征是上部为梯形，下部为方形，阴极炭块3梯形台顶部为耐磨复合层7，阴极炭块3之间采用炭间糊、镁砖、碳化硅砖等材料扎固连接，阴极炭块3底部水平安装阴极钢棒2，阴极钢棒2从电解槽的侧部穿出。如图2、图3所示，阴极炭块3上表面为平面或在上表面上开设凹槽4；每块阴极炭块3上开设的凹槽4数量为1～20个。侧部内衬1和底部内衬6的结构以及材料选择可以根据不同容量电解槽的热平衡计算获得，并且与现行工业生产中应用的铝电解槽基本相同，这已经成为比较成熟的技术，这里不再赘述。

本发明的电解槽阴极结构如图1所示，阴极由上部形状为梯形的异型炭块3组成，阴极上表面由过去传统的平面转变为凹凸不平的形状，此阴极结构有利于阻挡电解槽中铝液的流动和减缓界面的波动，提高电解槽的稳定性。本发明的阴极结构，阴极炭块3顶部为耐磨蚀复合层7，有效地减小了液态铝液和电解质对阴极炭块3的侵蚀消耗，有利于提高电解槽的寿命。

阴极炭块3的截面形状特征是上部为梯形，下部为方形，阴极炭块3中安装阴极钢棒2，阴极钢棒从电解槽的侧部或底部穿出。

阴极炭块3彼此间距为30～300mm之间。

采用本发明的阴极结构，电解槽的稳定性大幅提高，因此可以实现低极距、低铝液水平生产，因此电解槽内的液态铝量较少，在电解槽出铝时，容易造成出铝口位置的铝量不足，使电解质进入出铝装置，为了解决此问题，如图2、图3所示，在阴极炭块上表面开凹槽4，为铝液提供汇集到出铝口的通道，另外还可以适当增大出铝端的加工面。阴极炭块的凹槽4可以为梯形、方形、三角形或圆形等不同的形式，另外可以只在阴极炭块的中间部位开凹槽4，也可以整个上表面都开凹槽4，不开凹槽也是可以的。

本发明的铝电解槽的阴极结构，一方面有效的束缚了磁场造成的铝液流动和波动，减少了电解槽铝液与电解质界面的波动，从而可以适当降低极距至4.0cm以下，实现了极间铝液-电解质界面很小的波动情况下生产，提高了电流效率，大大降低了直流电耗；另一方面，阴极炭块3顶部采用耐磨蚀的复合层，有效地减小了液态铝液和电解质对阴极炭块的侵蚀消耗，有利于延长阴极寿命。再次由于铝液与导电的阴极炭块之间的接触面积增大，降低了阴极炭块与铝液之间的压降，从而降低了阴极压降。

采用此种方案设计的电解槽，由于磁场变化对于电解槽铝液波动影响很小，从而可以极大的简化母线设计，减少母线的用量，缩短电解槽之间的距离，降低建设费用。

Claims (10)

1.一种铝电解槽复合阴极炭块结构，它包括槽壳和内衬，内衬主要由阴极炭块、侧部内衬、底部内衬组成，其特征在于阴极炭块的截面形状上部为梯形、下部为方形，阴极炭块之间采用扎固材料连接，阴极钢棒安装在阴极炭块的底部，阴极钢棒从电解槽的侧部或底部穿出。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽复合阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块上部梯形的顶部为耐磨复合层。

3.根据权利要求1所述的铝电解槽复合阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块上表面开有凹槽。

4.根据权利要求3所述的铝电解槽复合阴极炭块结构，其特征在于所述的每块阴极炭块上开设的凹槽数量为1～20个。

5.根据权利要求3所述的铝电解槽复合阴极炭块结构，其特征在于所述的凹槽横向截面形状为方形、梯形、三角形或圆形等。

6.根据权利要求1所述的铝电解槽复合阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块下面的底部内衬为耐火保温材料。

7.根据权利要求1所述的铝电解槽复合阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块的端部与侧部内衬之间由浇注料和周围糊捣固连接。

8.根据权利要求1所述的铝电解槽复合阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块的上表面是平面。

9.根据权利要求1所述的铝电解槽复合阴极炭块结构，其特征在于所述的扎固材料为炭间糊、镁砖或碳化硅砖。

10.根据权利要求1所述的铝电解槽复合阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块彼此间距为30～300mm之间。

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