CN103014765B - 减小铝液中水平电流的阴极结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减小铝液中水平电流的阴极结构。减小铝液中水平电流的阴极结构，包括阴极炭块，在阴极炭块下方设有阴极钢棒，其特征在于所述的阴极钢棒沿长度方向设有分隔缝，分隔缝内设有分隔缝绝缘材料，阴极钢棒的底部与分隔缝的底部之间的到阴极炭块端部正下方区域为绝缘体，阴极钢棒的上部通过导电体与阴极炭块连接。本发明的优点效果：本发明具有很强的实用性，在不改变阴极出电方式即侧面出电的条件下，减小了铝液中的水平电流，阴极电流分布更加均匀，提高了电解槽的稳定性，延长了槽寿命，电解槽可以在低极距条件下高效平稳运行，有效地减少了吨铝能耗，具有显著的节能效果。

Description

减小铝液中水平电流的阴极结构

技术领域

本发明涉及一种阴极结构，尤其涉及霍尔-埃鲁电解法生产原铝的领域中能够减小铝液中水平电流的阴极结构。

背景技术

金属铝在工业上采用熔盐电解法进行生产，即电解溶解在熔融的冰晶石为主要成分的电解质中的氧化铝，目前主要采用的方法为霍尔-埃鲁（Hall-Heroult）电解法。

生产电解铝的直接设备为电解槽，电解槽主要有两大部分组成，一部分为阳极，通常由碳素材料制成，另一部分为阴极，由炭块与内衬材料砌筑而成。

铝电解槽被串联在整个电解系列中，电流从阳极进入电解槽，通过熔融的电解质，穿过液态铝液，进入阴极炭块，电流通过装配在阴极炭块中的阴极钢棒收集，通过阴极母线导入下一台电解槽。

现有的铝电解槽阴极结构为，在阴极炭块的底部装有阴极钢棒，阴极钢棒与炭块之间全部采用扎糊或浇磷铁的方式连接，每个阴极炭块装有一根或两根阴极钢棒，阴极钢棒与阴极炭块同向水平放置，阴极钢棒的一端伸出电解槽的侧壁与阴极母线相连接。这种结构的电解槽，阴极导电结构存在一个非常大的缺点：由于阴极钢棒与阴极炭块同向水平放置，导致铝液中产生非常大的水平电流，该水平电流与铝液中垂直磁场共同作用产生电磁力，这种电磁力驱动液态铝液在电解槽中流动和波动，如果电解槽中的水平电流过大且分布不均，将会导致铝液与电解质界面波动过大，使电解槽在生产中产生严重的不稳定性，降低电流效率。另外，铝液中水平电流分布沿阴极炭块的长度方向分布不均匀，使得阴极炭块的端部处电流密度最大，从而显著加快此处阴极炭块的腐蚀，降低电解槽的寿命。

为了提高电解槽的稳定性，通常的做法是在电解槽的设计中严格控制铝液中的垂直磁场分布，减小电磁力，提高电解槽的稳定性。另外还有其它几种方法，如在电解槽铝液中设置一定数量的阻挡结构，如阻流块、阴极凸起等，降低铝液的流速、减缓界面波动，提高电解槽的稳定性；均化电解槽铝液中的电流分布，减小水平电流，提高电解槽的稳定性。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提高电解槽的稳定性，提出一种减小铝液中水平电流的阴极结构，其目的是减小铝液中的水平电流，使阴极电流密度更加均匀，从而提高铝电解槽生产的稳定性，使电解槽能够在较低极距下高效平稳运行，显著降低吨铝能耗，同时阴极电流密度均匀，降低阴极磨损的速率，延长阴极寿命。

为了实现上述目的，本发明是这样实现的：减小铝液中水平电流的阴极结构，包括阴极炭块，在阴极炭块下方设有阴极钢棒，其特征在于所述的阴极钢棒沿长度方向设有分隔缝，分隔缝内设有分隔缝绝缘材料，阴极钢棒的底部与分隔缝的底部之间的到阴极炭块端部正下方区域为绝缘体，阴极钢棒的上部通过导电体与阴极炭块连接。

所述的导电体为碳糊或磷铁。

所述的阴极钢棒部分扎固或浇铸在阴极炭块中，所述阴极钢棒整体从电解槽的侧部穿出。

所述的阴极钢棒的截面形状是方形、圆形、半圆形、梯形或三角形。

所述的每组阴极炭块下部安装1-50根阴极钢棒。

所述分隔缝设置在阴极钢棒的上部。

所述分隔缝是竖直或倾斜分隔缝。

所述分隔缝数量为1~50个。

所述当分隔缝数量2-50个时，分隔缝的长度从里侧向外侧依次减小。

本发明的优点效果：本发明具有很强的实用性，在不改变阴极出电方式即侧面出电的条件下，减小了铝液中的水平电流，阴极电流分布更加均匀，提高了电解槽的稳定性，延长了槽寿命，电解槽可以在低极距条件下高效平稳运行，有效地减少了吨铝能耗，具有显著的节能效果。

附图说明

图1是本发明的第一实施例阴极结构示意图。

图2是本发明的第一实施例阴极炭块与阴极钢棒组合结构示意图。

图3是本发明的第二实施例阴极炭块与阴极钢棒组合结构示意图。

图4是阴极钢棒上开倾斜分割缝的示意图。

图中，1、阴极炭块；2、阴极钢棒；3、分隔缝；4、分隔缝绝缘材料；5、绝缘体；6、导电体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限。

实施例1

如图1、2所示本发明减小铝液中水平电流的阴极结构，包括阴极炭块1，在阴极炭块1下方设有阴极钢棒2，阴极钢棒2的一端与阴极母线相连接，阴极钢棒2扎固或浇铸在阴极炭块1下部，阴极钢棒2沿长度方向设有分隔缝3，本实施例在一根阴极钢棒2上设有2个长度不同的分隔缝3，长度长的分隔缝3设在靠近炭块中心的一侧，这样在阴极结构的电流传导过程中，电流被三部分分流导出。

分隔缝3内设有分隔缝绝缘材料4，以使阴极钢棒2被分隔缝3分割的不同部分之间相互绝缘。阴极钢棒2的底部与分隔缝3的底部之间的到阴极炭块1端部正下方区域为绝缘体5，阴极钢棒2的上部通过导电体6与阴极炭块1连接，导电体6为碳糊或磷铁，阴极钢棒2整体从电解槽的侧部穿出，阴极钢棒2的截面形状是方形、圆形、半圆形、梯形或三角形，每组阴极炭块1下部安装1-50根阴极钢棒2，分隔缝3设置在阴极钢棒2的上部，分隔缝3是竖直分隔缝，每根阴极钢棒2上设置分隔缝3数量为1~50个。

实施例2

实施例1中的分隔缝3如图4所示为倾斜分割缝，如图3所示阴极钢棒2下部有一部分突出阴极炭块1的下表面。

当然，分隔缝为1条或多条，都能实现是电流分流导出，不同的是分流的效果不同，对减小水平电流的贡献程度不同，但都能通过此方法达到减小水平电流的目的。当分隔缝数量2-50个时，分隔缝的长度从里侧向外侧依次减小。

本发明在不改变阴极出电方式的条件下，通过改变阴极钢棒的结构、阴极钢棒与阴极炭块的连接方式等，调节阴极炭块及阴极钢棒的组合电阻，即调节铝液和阴极炭块相接触的第一等电位面与同阴极母线相连接的阴极钢棒端部的第二等电位面之间的电阻值，显著减小了铝液中的水平电流，使得阴极电流分布更加均匀，提高了电解槽的稳定性，使电解槽能够在低极距条件下高效稳定生产，有效地减少了吨铝能耗，节能效果明显。达到降低铝液中水平电流的目的。

本发明的具体实施方式中也只针对附图，对本发明实现措施进行了示例性描述，但本发明保护范围是由下面的权利要求书来限定的，而不受本发明中实施例所限。

Claims (6)

1.减小铝液中水平电流的阴极结构，包括阴极炭块（1），在阴极炭块（1）下方设有阴极钢棒（2），其特征在于所述的阴极钢棒（2）沿长度方向设有分隔缝（3），分隔缝（3）内设有分隔缝绝缘材料（4），阴极钢棒（2）的底部与分隔缝（3）的底部之间的到阴极炭块（1）端部正下方区域为绝缘体，阴极钢棒（2）的上部通过导电体（6）与阴极炭块（1）连接；所述分隔缝是竖直或倾斜分隔缝，分隔缝数量2-50个时，分隔缝的长度从里侧向外侧依次减小。

2.根据权利要求1所述的减小铝液中水平电流的阴极结构，其特征在于所述的导电体（6）为碳糊或磷铁。

3.根据权利要求1所述的减小铝液中水平电流的阴极结构，其特征在于所述的阴极钢棒（2）部分扎固或浇铸在阴极炭块（1）中，所述阴极钢棒（2）整体从电解槽的侧部穿出。

4.根据权利要求1所述的减小铝液中水平电流的阴极结构，其特征在于所述的阴极钢棒（2）的截面形状是方形、圆形、半圆形、梯形或三角形。

5.根据权利要求1所述的减小铝液中水平电流的阴极结构，其特征在于每组阴极炭块（1）下部安装1-50根阴极钢棒（2）。

6.根据权利要求1所述的减小铝液中水平电流的阴极结构，其特征在于所述分隔缝（3）设置在阴极钢棒（2）的上部。