专利名称：阴极内衬与铝液磁旋流调整块的制作方法
技术领域：
阴极内衬与铝液磁旋流调整块技术领域本发明主要应用于预焙铝电解槽阴极内衬与铝液磁旋流调整块结构设 计和构造安装。技术背景为了消除和减轻电解槽熔池内铝液层磁旋流的波动，减少造成电解质 极距增高的负面因素影响，降低电解铝的生产工艺电耗，我们在2008年8月申请了发明专 利(专利申请号=200810147371. 7)和实用新型专利(专利号=200820132413. 5) “带有铝 液磁旋流调整装置的阴极内衬”，实用新型专利于2009年8月7日，已获授权并公开。在铝电解槽阴极内衬上安装构造上铝液磁旋流调整装置(即调整块)，用流调整 装置的阻隔作用，切断、阻隔、改变铝液磁旋流的流动方向，减减缓铝液磁旋流流速和冲击 强度以及波动影响范围，用以消除和减少因电解槽结构设计所造成的电解槽熔池内产成铝 液层磁旋流冲击波动对电解质及极距高度设定所带来的负面影响，达到降低极距电压设 定，实现降低电解铝工艺电耗的目的。铝液磁旋流调整装置可用碳素石墨捣固糊料在阴极内衬上直接捣固制造而成；可 用抗铝液电解质侵蚀的碳素石墨材料或耐火材料预制加工成块状部件后安装在阴极内衬 上；铝液磁旋流调整装置的形状可制作成矩形块、园角矩形块、梯形或凹凸台形；铝液磁旋 流调整装置在电解槽阴极内衬上可沿中心线方向进行平行布置、垂直布置、交叉布置可进 行局部间隔布置或整体连接布置。在铝电解槽阴极内衬上，构造安装上铝液磁旋流调整装置，即调整块的应用实践 证明，铝电解槽的平均电压降下降150mV左右吨铝可节电450KWH以上，经济效益显著。但 是在推广应用过程过程中，一些单位由于对铝液磁旋流调整块和阴极内衬的构造方式缺乏 明确的了解，如用材料比重大于铝液比重的耐高温抗铝液、抗电解质侵蚀的耐火材料预制 加工成块状部件在电解工况状态下如何的固定安装在带有铝液的阴极内衬上，缺乏技术支 撑，有时采用抗电解质铝液侵蚀冲刷较差的耐火材料作为磁旋流调整块的母材，致使磁旋 流调整块的使用寿命缩短。或采用相对比重较小的耐火材料，或造型安装构造方式不当、造 成磁旋流调整块的漂移摆动，致使铝液磁旋流调整装置(即调整块)技术功能难以实现。发明内容为了加快推广带有铝液磁旋流调整装置的阴极内衬铝电解节能技 术，使磁旋流调整块稳定固定在由阴极碳块和捣固糊构成的阴极内衬上部铝液层内，保 证磁旋流调整块的阻流调整铝液磁旋流功能的实现，提高铝液磁旋流调整装块抗侵蚀的 稳定性，提高铝液磁旋流调整装块抗侵蚀的化学稳定性，延长磁旋流调整块的寿命，本发 明技术方案是对发明专利(专利申请号=200810147371. 7)和实用新型专利(专利号 200820132413. 5) “带有铝液磁旋流调整装置的阴极内衬”技术方案的补充与完善，将详尽 的论述由阴极碳块和捣固缝间糊构成的阴极内与磁旋流调整块的构造方式。阴极内衬与磁旋流调整块构造结合的技术方案，其特征是；在磁旋流调整块与阴 极内衬之间采用凹凸穿插固定镶嵌连接的构造方式，将磁选流调整块安装构造在由阴极碳 块和缝间捣固糊构筑的阴极内衬上。依据上述技术方案铝液磁旋流调整块在采用碳素石墨捣固糊材料制成，与阴极 内衬构造连接时，可直接采用钢模壳定型捣固的方式构造在阴极内衬上的缝间捣固糊上，使铝液磁旋流调整块的碳素捣固糊料与阴极内衬形成一体。依据上述技术方案铝液磁旋流调整块在采用碳素石墨捣固糊材料制成，与阴极 内衬构造连接时，可采用在阴极碳块上打构造连接孔，然后再采用钢模壳定型的方式捣固 构造在阴极内衬的阴极碳块上使铝液磁旋流调整块的碳素捣固糊料与阴极内衬形成一体。依据上述技术方案在铝液磁旋流调整块的下方构造有凸型台支腿，用其凸型支 腿坐落构造在阴极内衬上，为增加铝液磁旋流调整块在阴极内衬上的稳定性，利用的磁旋 流调整块下部与阴极内衬上表面点接触面的局部压强大于平面接触压强的原理，安装固定 在阴极内衬上。依据上述技术方案在由阴极内衬和捣固糊构成阴极内衬上构造出凹槽，并在磁 旋流调整块的下端构造有下凸台，为增加磁旋流调整块抗铝液磁旋流冲击的稳定性，磁旋 流调整块与阴极内衬连接时，采用凹凸穿插扣合镶嵌连接安构造，安装构造在阴极内衬上。依据上述技术方案在由阴极内衬和捣固糊构成阴极内衬上构造出凸台，并在磁 旋流调整块的下端构造有下凹槽，为增加磁旋流调整块抗铝液磁旋流冲击的稳定性，磁旋 流调整块在与阴极内衬构造连接时，采用凹凸穿插扣合镶嵌连接构造，安装构造在阴极内 衬上。依据上述技术方案，阴极内衬上以及磁旋流调整块上，用于与磁旋流调整块进行 扣合穿插连接的凸台，用捣固糊捣固制成，或用碳素石墨砖块以及耐火砖块预制成块状部 件，安装在阴极内衬上。依据上述技术方案铝液磁旋流调整块采用碳素石墨复合材料制成，其碳素石墨 复合材料磁旋流调整块，外部包裹壳体为抗电解质侵蚀的碳素石墨材料，内部芯体采用比 重大铝液的耐火材料或金属材料制成，其磁旋流调整块的总体比重大于铝液比重。依据上述技术方案，铝液磁旋流调整块在采用小于铝液的石墨碳素材料制备时， 铝液次旋流调整块可在与阴极内衬构造连接时，与阴极内衬采用凹凸穿插镶嵌结构，在安 装构造在阴极内衬上。依据上述技术方案，铝液磁旋流调整块在用比重大于铝液的高密度内火材料制 备，在铝电解槽电解工况条件下更换阳极时，利用材料比重差别，采用沉降安装法将磁旋流 调整块与阴极内衬采用凹凸扣合结构，安装在阴极内衬上。采用上述技术方案，可以将磁旋流调整块稳定的构造安装在阴极内衬上。以实现 磁旋流调整块在阴极内衬之上，铝液高度层内，利用磁旋流调整块的对铝液磁旋流产生的 阻隔作用，减缓和调整铝液磁旋流的流速和波动强度，从而到达降低电解质极距，降低极距 电压降，实现电解铝节能降耗的目的。
[0018]图1为阴极内衬与铝液磁旋流调整块的构造方式实施方案一的主视图[0019]图2为图2的俯视图[0020]图3为阴极内衬与铝液磁旋流调整块的构造方式实施方案.二的主视图[0021]图4为图3的俯视图。[0022]图5为图3侧视断面图；[0023]图6；为阴极内衬铝液磁旋流调整块的构造方式实施方案三的主视图[0024]图7 为图6的俯视图[0025]图8 为图6的侧视断面图[0026]图9 为阴极内衬铝液磁旋流调整块的构造方式实施方案四的主视图[0027]图10为图9的俯视图[0028]图11为图6的侧视断面图[0029]图12为阴极内衬与铝液磁旋流调整块的构造方式实施方案五的主视图[0030]图13为图12的俯视图。[0031]图14为图12的侧视断面图。[0032]图15为磁旋流调整块下底部带有凸形台的主视图。[0033]图16为图15的侧视剖面图。[0034]图17为磁旋流调整块下底部带有凹槽的主视图。[0035]图18为图17的侧视剖面图。[0036]图19为复合材料磁旋流调整块的主视图。[0037]图20为图19的侧视剖面图。[0038]图21为磁旋流调整块在阴极内衬上构造安装位置的立面示意图。[0039]图22为图21的俯视平面图。[0040]其图中序号所示1铝液磁旋流调整块、2阴极碳块、3阴极钢棒、4捣固糊
内衬、6铝液、7凸台、8凹槽、9包裹壳、10芯体、11捣固糊料、12凹孔、13钢模具。 具体实施方案本发明阴极内衬铝液磁旋流调整块构造的技术方案是带有铝液磁旋流调整块(1) 即铝液磁旋流调整装置的阴极内衬(5)，发明专利的完善与补充其技术方案是在铝电解槽 钢壳体内，保温耐火层以上，侧部炉墙中间由阴极碳块(2)和阴极钢棒(3)用捣固糊捣(4) 固砌筑而成阴极内衬(5)上，根据电解槽熔池内阴极内衬上部铝液(6)层的容量、铝液(6) 层面高度、电流强度、电流分布密度，铝液的磁场变化、铝液磁旋流运动方向或强度影响范 围，热平衡等工况条件，在铝电解槽熔池阴极内衬(5)上，产成铝液(6)的高度层内，安装 构造上铝液磁旋流调整块(1)，靠铝液磁旋流调整块(1)的阻隔作用，阻隔或调整因磁场而 产生的铝液磁旋流运动方向或波动影响的范围及强度，减少或消除因铝液磁旋流波动对电 解质及电解极距电压设定因素所带来的负面影响，为了提高磁旋流调整块的稳定性、抗侵 蚀性、抗冲刷性，减少磁旋流调整块(1)与阴极内衬(5)的构造成本，延长磁旋流调整块(5) 的使用生命周期，特就磁旋流调整块(1)与阴极内衬(5)的构造方式提出以下具体实施方 案。实施例一铝液磁旋流调整块(1)可以用石墨碳素捣固糊料(U)直接捣固构造在 由阴极碳块(2)、和捣固糊(3)所构成的阴极内衬(5)上。如图1图2所示为了增加连接强 度，可先在阴极碳块钻制上连接凹孔(12)，然后再安装上铝液磁旋流调整块(1)的钢模具 (13)，再在钢模具(13)中填充石墨碳素捣固糊料(11)分层捣固扎实，脱模即可，为了提高 铝液磁旋流调整块(1)的抗冲刷抗性能，可在捣固糊中加入硼化钛、碳化硼等材料，或加入 抗铝液侵蚀冲刷的耐火材料。实施例二 铝液磁旋流调整块(1)可用石墨碳素材料预制加工成块状部件，再用捣固糊(11)或碳胶泥安装构造在阴极内衬(5)上，如图3图4图5所示，为了提高铝液磁 旋流调整块(1)和阴极碳块(2)的连接强度，可在由阴极碳块(2)和捣固糊料3构造成的 阴极内衬(5)上预制上凹槽(8)，然后将用石墨碳素材料预制加工成块状的铝液磁旋流调 整块(1)，镶嵌在阴极内衬(5)上，用捣固糊料(11)捣固扎实即可。实施例三铝液磁旋流调整块(1)可用氮化硅结合碳化硅、等材料比重大于电解 槽熔池内产成铝液(6)的比重的耐高温抗铝液抗电解质侵蚀的耐火材料预制加工成块状 部件，再安装构造在阴极内衬(5)上。如图6图7图8所示，为了防止磁旋流调整块(1) 在铝液磁选流的冲击下的移动，可在磁旋流调整块(1)的下底面部构造上凸台(7)下支腿， 利用凸台(7)下支腿点接触压强大于整体面接触压强的原理，增加其稳定性。采用这种大比重高密度的铝液磁旋流调整块(1)可在电解槽启动生产后更换阳 极时，沉降安装在电解槽阴极内(5)衬上。实施例四为了增加磁旋流调整块(1)的稳定性和自身比重，采用高密度的耐火 材料制作的磁旋流调整块(1)的下底面部，不仅可以构造成平面，也可构造成凹凸台槽型。 铝液磁旋流调整块(1)的下底部为凸台(7)构造时，如15图16所示，在阴极内衬上相应的 部位先预制上凹槽(8)如图，构造安装时，将铝液磁旋流调整块(1)的下底部的凸台(7)，与 阴极内衬(5)上相对应的凹槽⑶进行穿插扣合连接即可，如图9图10图11所示。实施例五；为了增加磁旋流调整块(1)的稳定性自身比重，采用高密度的耐火材 料制作的磁旋流调整块(1)的下底面部，不仅可以构造成平面，也可构造成凹凸台槽型。铝 液磁旋流调整块(1)的下底部为凹槽(8)构造时，如图17图18所示，可在阴极内衬上相应 的部位先预制上凸台(7)，构造安装时，将铝液磁旋流调整块(1)的下底部的凹槽(8)，与阴 极内衬上(5)相对应的凸台(7)进行穿插扣合连接即可，如图12图13图14所示。实施例六为了增加磁旋流调整块(1)的稳定性和自身比重和提高磁旋流调整块 的耐侵蚀抗冲刷性能，磁旋流调整块(1)采用内部芯体(10)为高密度的耐火材料，外部包 裹壳(9)体为碳素材料的复合结构，制造成碳素复合材料的磁旋流调整块(1)如图19图20 所示。其复合材料的磁旋流调整块的内部芯体(10)也可以用金属材料制成，外部碳素包 裹壳(9)材料在选用碳素石墨材料时，可添加碳化硼、硼化钛、碳化硅、铝镁尖晶石等耐火 材料，以提高外部包裹壳(9)体材料的抗冲刷耐侵蚀性能。实施例七为了提高铝液磁旋流调整块(1)的导电性能，液磁旋流调整块(1)可构 造成环状形体，磁旋流调整块(1)的上表面和下底面之间可设置有上下贯通的铝液(6)通 流孔，以便使其中部形成与阴极碳块(2)相同的铝液(5)导电层。其通铝液(6)通流孔的 断面可以是矩形，或是半园矩形。如图22所示。实施例八铝液磁旋流调整块(1)在电解槽阴极内衬(5)上可沿中心线方向进行 平行布置、垂直布置、交叉布置，可进行局部间隔布置或整体连接布置，如图21图22所示。铝液磁旋流调整块(1)在电解熔池阴极内衬(5)上安装构造后，在电解槽工况状 态下，依靠铝液磁旋流调整块(1)的阻隔作用，阻断或调整因磁场而产生的铝液(6)磁旋流 运动方向或波动影响的范围及强度，形成电解熔池内相对稳定的产成铝液(6)层，减少或 消除因铝液(6)层的磁旋流波动对电解质极距电压设定因素的负面影响，以降低电解槽的 极距电压降设定，减少电解铝生产的电阻耗电。
权利要求本发明阴极内衬与铝液磁旋流调整块，其技术特征是；在阴极内衬与铝液磁旋流调整块之间采用凹凸固定连接的构造方式，将铝液磁选流调整块安装构造在由阴极碳块和缝间捣固糊构筑的阴极内衬上。
2.依据权利要求1所述的阴极内衬与铝液磁旋流调整块，其特征是铝液磁旋流调整 块在采用碳素石墨捣固糊材料制成，与阴极内衬构造连接时，可直接采用钢模壳定型捣固 的方式构造在阴极内衬上的缝间捣固糊上，使铝液磁旋流调整块的碳素捣固糊料与阴极内 衬形成一体。
3.依据权利要求1所述的阴极内衬与铝液磁旋流调整块，其特征是铝液磁旋流调整 块在采用碳素石墨捣固糊材料制成，与阴极内衬构造连接时，可采用在阴极碳块上打构造 连接孔，然后再采用钢模壳定型的方式捣固构造在阴极内衬的阴极碳块上使铝液磁旋流调 整块的碳素捣固糊料与阴极内衬形成一体。
4.依据权利要求1所述的阴极内衬与铝液磁旋流调整块，其特征是在铝液磁旋流调 整块的下方构造有凸型台支腿，用其凸型支腿坐落构造在阴极内衬上，为增加铝液磁旋流 调整块在阴极内衬上的稳定性，利用的磁旋流调整块下部与阴极内衬上表面点接触面的局 部压强大于平面接触压强的原理，安装固定在阴极内衬上。
5.依据权利要求1所述的阴极内衬与铝液磁旋流调整块，其特征是在由阴极内衬和 捣固糊构成阴极内衬上构造出凹槽，并在磁旋流调整块的下端构造有下凸台，为增加磁旋 流调整块抗铝液磁旋流冲击的稳定性，磁旋流调整块与阴极内衬连接时，采用凹凸穿插扣 合镶嵌连接安构造，安装构造在阴极内衬上。
6.依据权利要求1所述的阴极内衬与铝液磁旋流调整块，其特征是在由阴极内衬和 捣固糊构成阴极内衬上构造出凸台，并在磁旋流调整块的下端构造有下凹槽，为增加磁旋 流调整块抗铝液磁旋流冲击的稳定性，磁旋流调整块在与阴极内衬构造连接时，采用凹凸 穿插扣合镶嵌连接构造，安装构造在阴极内衬上。
7.依据权利要求1所述的阴极内衬与铝液磁旋流调整块，其特征是阴极内衬上以及 磁旋流调整块上，用于与磁旋流调整块进行扣合穿插连接的凸台用捣固糊捣固制成，或用 碳素石墨砖块以及耐火砖块预制成块状部件，安装在阴极内衬上。
8.依据权利要求1所述的阴极内衬与铝液磁旋流调整块，其特征是铝液磁旋流调整 块采用碳素石墨复合材料制成，其碳素石墨复合材料磁旋流调整块，外部包裹壳体为抗电 解质侵蚀的碳素石墨材料，内部芯体采用比重大铝液的耐火材料或金属材料制成，其磁旋 流调整块的总体比重大于铝液比重。
9.依据权利要求1所述的阴极内衬与铝液磁旋流调整块，其特征是铝液磁旋流调整 块在采用小于铝液的石墨碳素材料制备时，铝液次旋流调整块与阴极内衬采用凹凸穿插镶 嵌结构，在安装构造在阴极内衬上。
10.依据权利要求1所述的阴极内衬与铝液磁旋流调整块，其特征是铝液磁旋流调整 块在用比重大于铝液的高密度耐火材料制备，利用材料比重差别，在铝电解槽更换阳极时， 采用沉降安装法将磁旋流调整块与阴极内衬采用凹凸扣合结构，安装在阴极内衬上。专利摘要阴极内衬与铝液磁旋流调整块主要应用于预焙铝电解槽阴极内衬与铝液磁旋流调整块结构设计和构造安装。是“带有铝液磁旋流调整装置的阴极内衬”专利技术方案的补充与完善，其技术方案特征是；在磁旋流调整块与阴极内衬之间采用凹凸穿插固定镶嵌连接的构造方式，将磁选流调整块安装构造在由阴极碳块和缝间捣固糊构筑的阴极内衬上。
文档编号C25C3/08GK201665717SQ201020138698
公开日2010年12月8日 申请日期2010年3月1日 优先权日2010年3月1日
发明者高德金 申请人:高德金