专利名称：一种槽底出电铝电解槽阴极结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种槽底出电铝电解槽阴极结构，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， 减少与电解质接触界面的波动。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。
另外，现有电解槽的阴极钢棒水平安装在阴极炭块的底部，电流通过铝液进入阴 极炭块后逐渐向阴极钢棒的端头汇集，导致铝液中产生较大的水平电流，水平电流是影响 电解槽稳定性的一个重要因素，因此，提高电解槽稳定性的一个重要因素是消除水平电流； 此种阴极结构，电流流经阴极的路径长，阴极钢棒与阴极炭块的接触电阻大，导致阴极压降 高，这也是造成现有电解槽能耗高，电能效率较低的一个因素。 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槽底出电铝电解槽阴极结构，基本消除 铝液中的水平电流，减小了电解槽内铝液的流动和降低了铝液的波动，降低了极间压降，同 时显著降低了阴极压降，提高了铝电解槽的电能效率，降低了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。 —种槽底出电铝电解槽阴极结构，它包括槽壳和内衬，内衬主要由阴极炭块、侧部 内衬、底部内衬以及扎固材料组成，阴极炭块之间采用扎固材料连接，阴极炭块之间的距离
3拉大，扎固材料的高度低于阴极炭块的高度，或阴极炭块间距不拉大，阴极炭块上表面放挡 块，阴极钢棒垂直安装在阴极炭块的底部，阴极钢棒从电解槽的底部穿出。
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凹槽的数量为1 20个。 所述的凹槽的横向截面形状为方形、梯形、三角形或圆形等。 所述的每块阴极炭块垂直安装1 40根阴极钢棒。 所述的阴极钢棒为2-6根汇集成一根从槽底穿出。 所述的阴极钢棒的横向截面形状可以为圆形、椭圆形或矩形。 所述的阴极炭块形状为方形。 所述的阴极炭块上部为梯形。 所述的阴极炭块上表面为平面，在阴极炭块表面放置挡块。 所述的阴极炭块彼此间距为30 300mm之间。 所述的扎固材料的高度低于阴极炭块的高度在20 450mm之间。 所述的阴极炭块的高度可以为300 700mm之间，宽度可以与阳极炭块保持一致。所述的阴极炭块的高度可以为300 700mm之间，阴极炭块的宽度在250 800mm
之间的阴极炭块。 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。 本发明的特点和效果如下 本发明铝电解槽阴极结构采用底部出电的阴极钢棒配置方式，基本消除了铝液 中的水平电流，同时阴极导电路径縮短，一方面提高了电解槽的稳定性，一方面降低了阴极 压降；除了底部出电外，阴极炭块的安装和组合形式的变化把巨大的铝池分割成数个小的 区域，有效地束缚了铝液的流动和波动，能够大幅度提高电解槽的稳定性，因此铝液高度可 以保持很低，高出凸起的阴极炭块几厘米即可，极距也可以显著降低，可以使极距从传统电 解槽的4. 5 5cm左右降到2. 5 4cm或更低，阴极压降也显著降低，因此采用本发明阴极 结构的铝电解槽具有非常显著的节能效果。 由于保持了较低的铝液水平，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，可以采取适当增大出铝端的加工面，或在阴极炭 块上表面开沟槽等措施，为铝液提供汇集通道。 本发明由于采用上述阴极结构，降低了极距，基本消除了铝液中的水平电流，显著 降低了阴极压降，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。
图1是本发明的阴极结构底部出电、阴极间缝加大、间缝扎固高度低于阴极炭块 高度的一种主视结构示意图。 图2是本发明的阴极结构底部出电、阴极间缝加大、间缝扎固高度低于阴极炭块 高度、阴极炭块上部截面形状为梯形的一种主视结构示意图。 图3是本发明的阴极结构底部出电、阴极上表面放挡块的主视结构示意图。
图4是本发明的阴极结构底部出电、阴极上表面放挡块的侧视结构示意图。
图5是本发明的阴极结构底部出电、阴极炭块中部有1个方形凹槽的侧视结构示 意图。 图6是本发明的阴极结构底部出电、阴极炭块中部有1个梯形凹槽的侧视结构示 意图。 图7是本发明的阴极结构底部出电、阴极炭块上表面有多个方形凹槽的侧视结构 示意图。 图8是本发明的阴极结构底部出电、阴极炭块上表面有多个梯形凹槽的侧视结构 示意图。 图9是本发明的阴极结构底部出电、阴极炭块上表面没有凹槽的侧视结构示意 图。 图中，1、侧部内衬，2、阴极钢棒，3、阴极炭块，4、挡块，5、扎固材料，6、底部内衬，7、凹槽。
具体实施例方式
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。
实施例1 : 图1 2所示，铝电解槽的阴极结构由槽壳、侧部内衬1、阴极炭块3、阴极炭块间 扎固材料5、底部内衬6构成。阴极炭块3底部垂直安装阴极钢棒2， 2 6根阴极钢棒2 汇集成一根穿过底部内衬6从槽底穿出，阴极炭块3安装时间距拉大，阴极炭块3间采用炭 糊、镁砖、碳化硅砖等扎固材料5连接，扎固材料5的高度低于阴极炭块20 450mm，阴极炭 块3截面形状为方形或炭块上部为梯形等形状，阴极炭块的端部与侧部内衬1之间采用浇 注料和周围糊捣固。阴极炭块3彼此间距为30 300mm之间。
阴极炭块的端部与侧部内衬1之间采用浇注料和周围糊捣固。
阴极炭块底部垂直安装阴极钢棒2，每一组阴极炭块底部根据尺寸和大小布置 1 40根垂直于炭块底面的阴极钢棒2， 1 6根此阴极钢棒2汇集成一根后穿过底部内衬 6从槽底穿出，阴极钢棒6的横向截面形状可以为圆形、椭圆形或矩形。为了防止渗漏的电 解质对阴极钢棒2的腐蚀和对底部保温耐火材料的破坏，在阴极炭块下首先铺设一层防渗 浇注料，将阴极钢棒2包裹在其中，再在此浇注料下铺设一层干式防渗料有效的阻止电解 质的渗漏，再往下就是根据热平衡计算配置的各种保温耐火材料。底部内衬6通过两层有 效的防渗保护，保证了阴极结构的寿命。
实施例2 : 图3 4所示，铝电解槽的阴极结构由侧部内衬1 、阴极炭块3、挡块4、阴极炭块间 扎固材料5、底部内衬6构成。阴极炭块底部垂直安装阴极钢棒2， 2 6根阴极钢棒2汇集 成一根穿过底部内衬6从槽底穿出，阴极炭块3的安装同现在生产中的电解槽，阴极炭块3 间采用扎固材料5连接，阴极炭块3上表面为平面，在阴极炭块上表面放置挡块4，挡块可以 顺着电解槽的纵向或横向放置，每块阴极炭块3上表面一般放置挡块4的数量为1-100块
阴极炭块的端部与侧部内衬1之间采用浇注料和周围糊捣固。
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阴极炭块底部垂直安装阴极钢棒2，每一组阴极炭块底部根据尺寸和大小布置 1 40根垂直于炭块底面的阴极钢棒2，也可以2 6根此阴极钢棒2汇集成一根后穿过 底部内衬6从槽底穿出，为了防止渗漏的电解质对阴极钢棒2的腐蚀和对底部保温耐火材 料的破坏，在阴极炭块下首先铺设一层防渗浇注料，将阴极钢棒2包裹在其中，再在此浇注 料下铺设一层干式防渗料有效的阻止电解质的渗漏，再往下就是根据热平衡计算配置的各 种保温耐火材料。底部内衬6通过两层有效的防渗保护，保证了阴极结构的寿命。
无论是实施例1还是实施例2，阴极炭块的高度可以为300 700mm之间，宽度可 以与阳极炭块保持一致，也可以采用宽度在250 800mm之间的阴极炭块。采用本发明的 阴极结构，可以保持很低的铝液水平，同时极距显著降低，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5 9所示，可以在阴极炭块3上表面开凹槽7，每块阴极炭块3上开设凹槽的数量 为1 20个。为铝液提供汇集到出铝口的通道，还可以适当增大出铝端的加工面。阴极炭 块的凹槽7的横向截面形状可以为方形、梯形、三角形或圆形等形状，另外可以只在阴极炭 块的中间部位开凹槽7，也可以整个上表面都开凹槽7。 本发明的铝电解槽的阴极结构，首先，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. Ocm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；其 次，由于采用了槽底出电的阴极钢棒配置形式，基本消除了铝液中的水平电流，提高了电解 槽的稳定性，另外阴极导电路径縮短，显著降低了阴极压降；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，縮短电解槽之间的距离，降低建设费用。
权利要求
一种槽底出电铝电解槽阴极结构，它包括槽壳和内衬，其特征在于内衬主要由阴极炭块、侧部内衬、底部内衬以及扎固材料组成，阴极炭块之间采用扎固材料连接，阴极炭块之间的距离拉大，扎固材料的高度低于阴极炭块的高度，或阴极炭块间距不拉大，阴极炭块上表面放挡块，阴极钢棒垂直安装在阴极炭块的底部，阴极钢棒从电解槽的底部穿出。
2. 根据权利要求1所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的阴极炭块上 表面开设有凹槽。
3. 根据权利要求2所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的每块阴极炭 块上开设凹槽的数量为1 20个。
4. 根据权利要求2或3所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的凹槽的 横向截面形状为方形、梯形、三角形或圆形等。
5. 根据权利要求1所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的每块阴极炭 块垂直安装1 40根阴极钢棒。
6. 根据权利要求5所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的阴极钢棒为 2-6根汇集成一根从槽底穿出。
7. 根据权利要求5或6所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的阴极钢 棒的横向截面形状可以为圆形、椭圆形或矩形。
8. 根据权利要求1所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的阴极炭块形 状为方形。
9. 根据权利要求1所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的阴极炭块上 部为梯形。
10. 根据权利要求1所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的阴极炭块 上表面为平面，在阴极炭块表面放置挡块。
11. 根据权利要求1所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的阴极炭块 彼此间距为30 300mm之间。
12. 根据权利要求1所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的扎固材料 的高度低于阴极炭块的高度在20 450mm之间。
13. 根据权利要求1、11或12所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的阴 极炭块的高度可以为300 700mm之间，宽度可以与阳极炭块保持一致。
14. 根据权利要求1、11或12所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，其特征在于所述的阴 极炭块的高度可以为300 700mm之间，阴极炭块的宽度在250 800mm之间的阴极炭块。
15. 根据权利要求1所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，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。
16. 根据权利要求1所述的槽底出电铝电解槽阴极结构，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。
全文摘要
本发明公开了一种槽底出电铝电解槽阴极结构，属于铝电解槽技术领域。它包括槽壳和内衬，阴极炭块之间采用扎固材料连接，阴极炭块之间的距离拉大，扎固材料的高度低于阴极炭块的高度，或阴极炭块间距不拉大，阴极炭块上表面放挡块，阴极钢棒垂直安装在阴极炭块的底部，阴极钢棒从电解槽的底部穿出。阴极钢棒垂直阴极炭块底面安装，并从槽底穿出，基本消除了铝液中的水平电流，提高了电解槽的稳定性，同时缩短了阴极导电路径，降低了阴极压降。本发明将巨大的铝池分割成若干小的区域，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，可以降低铝液高度和极距，可达到提高电流效率，大大减少无谓的电能消耗，节能降耗效果非常明显。
文档编号C25C3/08GK101781772SQ200910010159
公开日2010年7月21日 申请日期2009年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者刘雅锋, 周东方, 孙康建, 朱佳明, 杨晓东, 胡红武, 邹智勇 申请人:沈阳铝镁设计研究院