专利名称：新型铝电解槽阴极导电结构的制作方法
技术领域：
新型铝电解槽阴极导电结构主要应用于预焙铝电解槽的构造与电解铝的生产。
背景技术：
现同通用的铝电解槽阴极导电结构由电解槽钢壳体、底部防渗漏料层、侧部炉墙、 捣固糊料、阴极碳块钢棒组砌筑所构成。在铝电解槽钢壳体内，保温层防渗漏料层上，环周 侧部炉墙的中部，相邻两碳块之间采用缝间糊捣固连接填充，将多个阴极碳块钢棒组捣固 砌筑成的一个整体阴极碳块水平导电层。在电解生产过程中，电解铝液熔池内的铝液和的 电解槽阴极碳块导电层构成一个阴极导电体。电解产成的电解铝液，在铝电解过程中不仅 有着导电和保护阴极碳块的作用，还有着调节电解槽温度，维持电解槽热平衡，加热阴极碳 块，提高其导电性能的作用，现同通用的铝电解槽阴极结构，主要存在以下几个缺点1、电解槽内的铝液置于阴极碳块上表面，电解槽阴极碳块上下部之间温度差较 大，阴极内衬整体热平衡难以实现，造成阴极碳块的自身的电阻较高，槽底电压降升高；2、电解槽熔池内作为阴极导电体的铝液只和阴极碳块内衬上表面接触，阴极碳块 的导电面积较小，造成阴极碳块内衬整体结构导电效率低下，电解电流密度难以提高；3、电解槽阴极碳块底部和阴极钢棒之间连接采用糊捣固结合，由于材料的理化性 能不同，造成阴极槽底电压降过高；4、两碳块连接处易产生铝液和电解质的渗漏；造成置于阴极碳块底部的阴极钢棒 熔断以及漏槽事故的发生，阴极碳块之间采用缝间糊捣固连接，不仅捣固工艺复杂，而且槽 阴极内衬使用寿命较短。5、电解槽阴极碳块上表面设置为水平面，在生产过程中，电解槽阴极内衬上部的 铝液，在磁场的作用下，会产生铝液磁旋流，从而造成电解质极距的设定增高，槽电压设定 加大，致使电解铝的工艺电耗增加。
发明内容
为了克服现通用铝电解槽阴极结构存在的上述缺点，在电解槽设计时，充分利用 电解溶池内产成铝液自身的导电导热性能优于其他材料的特点，提高阴极碳块的导电率， 减少铝液磁旋流波动对电解极距设定的负面影响，降低铝电解槽阴极内衬的电阻值和电压 降以及电耗损失，延长铝电解槽的使用寿命，降低铝电解槽阴极结构的制作生产和维修成 本，结合铝电解槽结构大型化，功能多样化的发展趋势，和现有的新材料技术，本发明设计 出新型铝电解槽阴极导电结构。新型铝电解槽阴极导电结构由电解槽钢壳体，底部保温防渗漏料层、侧部炉墙体、 和端部带有金属导电接头的阴极碳块构造而成，其技术特征是阴极碳块的端部以及金属 导电接头，构造在铝电解槽钢壳体内侧的部侧部炉墙内，铝液电解熔池内的阴极碳块下底 部不设置阴极钢棒。依据上述技术方案，新型铝电解槽阴极导电结构的阴极碳块的端部构造有金属导电接头。依据上述技术方案，新型铝电解槽阴极导电结构端部构造有金属导电接头的阴极 碳块的两端砌筑在侧部炉墙内，电解铝液熔池内的阴极碳块的底部可砌筑在电解槽保温防 渗漏料层上，形成阴极碳块上表面凸起，保温防渗漏料层上表面下凹的凹凸台槽式阴极导 电结构，电解过程中相邻两碳块的凹槽内有铝液。依据上述技术方案，新型铝电解槽阴极导电结构端部构造有金属导电接头的阴极 碳块的两端砌筑在侧部炉墙内，电解铝液熔池内的阴极碳块的下半部分可砌筑在电解槽保 温防渗漏料层内，形成阴极碳块上表面凸起，防渗漏料层上表面下凹的凹凸台槽式阴极导 电结构，电解过程中相邻两碳块的凹槽内有铝液。依据上述技术方案，新型铝电解槽阴极导电结构的金属导电接头和阴极碳块的端 部砌筑在铝电解槽的侧部炉墙内，电解铝液熔池内阴极碳块的底部与电解槽保温防渗漏料 层之间可设置铝液流通间隔，相邻的阴极碳块侧部之间设置有铝液可上下流通的间隔，阴 极碳块的环周有铝液流通。依据上述技术方案，新型铝电解槽阴极导电结构的在保温防渗漏料层上设置有阴 极碳块支撑凸台，将端部构造有金属导电接头的阴极碳块的底部构置在阴极碳块支撑凸台 上。依据上述技术方案，新型铝电解槽阴极导电结构的阴极碳块断面可以是矩形，或 是圆形，阴极碳块沿通长方向可以是一整块，或从中间断开分为左右两块。依据上述技术方案，新型铝电解槽阴极导电结构在阴极碳块上可构造出凹凸槽和 圆孔。依据上述技术方案，新型铝电解槽阴极导电结构的在阴极碳块端部构造的金属导 电接头，其金属导电接头可在阴极碳块端部的外表面用导电夹板接头和夹紧螺栓进行压接 连接，也可用金属导电螺栓与阴极碳块端部直接进行永固连接，或用导电环进行连接。新型铝电解槽阴极导电结构，由于取消了阴极钢棒，降低了槽底电压降在铝电解 生产时，电解槽溶池内的铝液能将阴极碳块大面积加热，使阴极碳块电阻率下降，致使阴极 碳块与铝液接触的传导电流表面积加大，提高阴极铝液的导电电流密度；同时利用阴极碳 块对铝液磁旋流起阻隔作用，减少铝液与电解质界面之间的水平波动，达到降低电解极距 和低电压设定效果，延长了电解槽的使用寿命，可实现减少电解铝生产电耗的目的。
结合实施例以及附图，对新型铝电解槽阴极导电结构特点的理解则更加明了。图1 新型铝电解槽阴极导电结构一个实施例的构造断面示意2 新型铝电解槽阴极导电结构第二个实施例的构造断面示意3 新型铝电解槽阴极导电结构第三个实施例的构造断面示意图；图4 上述三个实施例表示阴极碳块构造的新型铝电解槽阴极导电结构的铝电解 槽截面示意图。图5 —种断面为圆形的阴极碳块以及端部金属导电接头结构的示意6:是图5的断面7 —种断面为矩形的阴极碳块以及端部金属导电接头结构的示意图
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图8:是图7的断面9:是图7的平面图上述图中序号所示1阴极碳块、2端部金属导电接头、3电解槽钢壳体、4底部保温防渗漏料层、5侧部 炉墙体、6铝液熔池、7支撑凸台、8大母线导电连接件、9金属导电夹板接头、10加紧螺栓、11 金属导电环、12金属导电螺栓。
具体实施例方式新型铝电解槽阴极导电结构是在现通用的铝电解槽阴极内衬结构和材料基础上 改进设计而来，其施工砌筑工艺仍可按现通用的铝电解槽内衬结构的要求和标准进行。如图1所示，在实施例一中，新型铝电解槽阴极导电结构中的阴极碳块(1)的两 端有构造有与阴极大母线相连接的金属导电接头(2)和大母线导电连接件(8)，阴极碳块 (1)的两端部和金属导电接头⑵以及大母线连接件⑶的一部分构造砌筑在电解槽钢壳 体(3)内的侧部炉墙内，处于电解槽铝液熔池内的阴极碳块的底部与下面的底部保温防渗 漏料层(4)相隔一定的距离高度，相当电解熔池内的铝液将阴极碳块包围，阴极碳块穿插 在铝液当中。铝液可以在电解槽阴极碳块底部进行流通。如图2所示，在实施例二中，新型铝电解槽阴极导电结构为了防止阴极碳块中部 的断裂和浮漂可在底部保温防渗漏层(4)上和阴极碳块之间构造出阴极碳块支撑凸台 (7)，用于固定阴极碳块(1)。为了减少阴极碳块的长度方向的热应力和加大铝液与阴极碳 块的接触面积，可以将阴极碳块断开，分为左右俩段，将带有阴极碳块导电金属接头的两端 分别构造砌筑在电解槽两侧的侧部炉墙内。如图3所示，在实施例三中，新型铝电解槽阴极导电结构中的阴极碳块(1)的两端 以及阴极碳块金属导电接头(2)分别构造砌筑电解槽两侧的侧部炉墙内，阴极碳块的底部 直接构造在底部保温防渗漏料层上，如图4中部的四个阴极碳块(1)所示，两个阴极碳块 (1)之间留有一定的铝液间隙，阴极碳块(1)的底部与防渗漏料层(4)相互构造成阴极碳块 (1)凸起，的侧底部防渗漏料层(4)下凹，凹槽内有铝液的凹凸槽型阴极碳块(1)与铝液的 导电结构。如图3所示，在实施例三中，新型铝电解槽阴极导电结构阴极碳块(1)的两端以及 金属导电接头(2)分别构造砌筑电解槽两侧的侧部炉墙内(5)，阴极碳块(1)的下半部分 可直接构造在底部保温防渗漏料层内，如图4左侧的的四个阴极碳块(1)所示，两个阴极碳 块(1)之间留有一定的铝液间隙，阴极碳块(1)的上表面与防渗漏料层(4)的上表面相互 构造成阴极碳块凸起，两侧部碳块之间防渗漏料层上表面(4)下凹，凹槽内有铝液的凹凸 槽型阴极碳块(1)与铝液的导电结构。如图6图8所示阴极碳块的的断面可以是矩型，也可以是圆形，还可以设计成梯形。如图7图3所示，可在阴极碳块中部设置铝液流通孔，或阴极碳块上部可开铝液流 通凹槽。如图5所示，起到阴极碳块(1)端部与电解槽阴极大母线过度相连接作用的阴极 碳块(1)端部金属导电接头(2)，可采用金属导电环(11)与阴极碳块(1)相连接，金属导电环(11)与阴极碳块⑴之间可采用螺纹连接。如图5所示，起到阴极碳块(1)端部与电解槽阴极大母线过度相连接作用的阴极 碳块端部金属导电接头(2)，可采用金属导电螺栓(12)与阴极碳块(1)相连接，如图5左端 所示。如图7图9所示，起到阴极碳块⑴端部与电解槽阴极大母线过度相连接作用的 阴极碳块端部金属导电接头(2)，可采用在阴极碳块端部打孔，再用金属导电夹板(9)夹住 阴极碳块用加紧螺栓(10)紧固的方式进行构造。阴极碳块(1)端部的金属导电接头(2)可以构造成与阴极大母线直接相连接的形 式，也可以在阴极碳块端部金属导电接头(2)上采用焊接加工出母线导电连接件(8)的方 式将阴极碳块与阴极大母线进行连接。导电金属和阴极碳块之二者之间可以涂抹上导电胶，以减少界面结合电阻。
权利要求
新型铝电解槽阴极导电结构由电解槽钢壳体(3)，底部保温防渗漏料层(4)、侧部炉墙体(5)、和端部带有金属导电接头(2)的阴极碳块(1)构造而成，其技术特征是阴极碳块(1)端部构造有金属导电接头(2)，将阴极碳块(1)的端部以及金属导电接头(2)，构造在铝电解槽钢壳体(3)内侧的部侧部炉墙(5)内，铝液电解熔池(6)内的阴极碳块(1)下底部不设置阴极钢棒。
2.根据权利要求1新型铝电解槽阴极导电结构，其技术特征是阴极碳块(1)的端部 构造有金属导电接头(2)。
3.根据权利要求1新型铝电解槽阴极导电结构，其技术特征是端部构造有金属导电 接头(2)的阴极碳块(1)的两端砌筑在侧部炉墙(5)内，电解铝液熔池(6)内的阴极碳块 (1)的底部可砌筑在电解槽保温防渗漏料层(4)上，形成阴极碳块(1)上表面凸起，保温防 渗漏料层(4)上表面下凹的凹凸台槽式阴极导电结构，电解过程中相邻两碳块的凹槽内有 铝液。
4.根据权利要求1新型铝电解槽阴极导电结构，其技术特征是端部构造有金属导电 接头(2)的阴极碳块(1)的两端砌筑在侧部炉墙(5)内，电解铝液熔池(6)内的阴极碳块 (1)的下半部分可砌筑在电解槽保温防渗漏料层(4)内，形成阴极碳块(1)上表面凸起，防 渗漏料层上表面(4)下凹的凹凸台槽式阴极导电结构，电解过程中相邻两碳块的凹槽内有 铝液。
5.根据权利要求1新型铝电解槽阴极导电结构，其技术特征是金属导电接头(2)和 阴极碳块(1)的端部砌筑在铝电解槽的侧部炉墙(2)内，电解铝液熔池(6)内阴极碳块(1) 的底部与电解槽保温防渗漏料层(4)之间可设置铝液流通间隔，相邻的阴极碳块(1)侧部 之间设置有铝液可上下流通的间隔，阴极碳块(1)的环周有铝液流通。
6.根据权利要求1新型铝电解槽阴极导电结构，其技术特征是在保温防渗漏料层⑷ 上设置有阴极碳块支撑凸台(7)，将端部构造有金属导电接头(2)的阴极碳块(1)的底部构 置在阴极碳块支撑凸台(7)上。
7.根据权利要求1新型铝电解槽阴极导电结构，其技术特征是阴极碳块(1)断面可 以是矩形，或是圆形，阴极碳块(1)通长方向可以是一整块，或从中间断开分为左右两块。
8.根据权利要求1新型铝电解槽阴极导电结构，其技术特征是阴极碳块上可构造出 凹凸槽和圆孔。
9.根据权利要求1新型铝电解槽阴极导电结构，其技术特征是在阴极碳块(1)端部 构造的金属导电接头(2)，其金属导电接头⑵可在阴极碳块⑵端部的外表面用导电夹板 接头(9)和夹紧螺栓(10)进行压接连接，也可用金属导电螺栓(12)与阴极碳块(1)端部 直接进行永固连接，或用导电环(11)进行连接。
全文摘要
新型铝电解槽阴极导电结构主要应用于预焙铝电解槽阴极内衬的构造与电解铝的生产，其所采用的技术方案是取消现通用阴极碳块钢棒组阴极碳块底部的阴极钢棒构造设置，将端部构造有金属导电接头的阴极碳块，构造在铝电解槽保温防渗漏料层上和侧部炉墙内的铝液电解熔池内。致使电解槽溶池内的铝液能将阴极碳块大面积加热，使阴极碳块电阻率下降，致使阴极碳块与铝液接触的传导电流表面积加大，提高阴极铝液的导电电流密度；同时利用阴极碳块对铝液磁旋流起阻隔作用，减少铝液与电解质界面之间的水平波动，达到降低电解极距和低电压设定效果，延长了电解槽的使用寿命，可实现减少电解铝生产电耗的目的。
文档编号C25C3/08GK101831671SQ20091011893
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者杨青, 高伟, 高德金 申请人:高德金