专利名称：一种具有倒角开槽阴极的新型节能铝电解槽的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电解铝技术领域，具体涉及一种具有倒角开槽阴极的新型节能铝电 解槽。
背景技术：
目前，国际大型预焙槽每吨铝的直流电耗已降到13000 Kwh左右，但是距理论电耗 相差甚远，能量利用率还不足50%。不断探索采用新技术实现节能降耗不仅有利于节 约能源和减少污染，还能降低企业生产成本，提高企业的市场竞争力。因此，节能降耗 仍然是现代铝业公司的主攻方向。
电流效率提高到96%以上和直流电耗降低到12800 Kwh/t-Al以下已经成为国际铝业 界的奋斗方向。吨铝直流电耗决定于两个因素， 一是槽电压，二是电流效率，槽电压的 降低和电流效率的提髙，都能使吨铝电耗降低。故可以通过降低槽电压和提高电流效率 来降低吨铝直流电耗。
在电解过程中，V工作二 E+V阳极+V电解质+V阴极+V母线+V接点，其中电解质压降存 在较大的压缩空间，而它与极距的高低有着直接的联系。资料表明，当极距为4.5cm， 电解质电压为1.6 V时，极距每降低1 mm可减少电解质电压降33.6 mV，相当于直流 电耗降低约100Kwh/t-Al。目前电解槽极距普遍保持在4.0 5.0cm，而有数据表明， 如果铝液波动可以进一步减小，极距可以降低到3.0 cm以下，同时也可减少铝的二次 氧化，提高电流效率。因此，在不影响电解槽热平衡，保证槽电压不摆动的情况下，可 以通过减小铝液的波动，来适当地缩小极距，降低电解质压降，从而降低能耗。
采用冰晶石一氧化铝熔盐电解法生产金属铝的传统电解槽，普遍存在铝液、阴极碳 块、阴极钢棒的电流分布不均，这不仅使阴极碳块存在局部髙温区，致使电解槽出现早 期破损或电解槽寿命过短，而且电流的分布不均，也会导致磁场的分布不均，从而引起 铝液流动出现紊流、波动和槽况不稳定的不良后果。由于铝液、阴极碳块、阴极钢棒的 电流分布不均而引起铝液波动过大是传统电解槽极距和槽电压很难继续降低的主要原 因之一。 发明内容
针对目前采用的冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产金属铝电解槽普遍出现铝液水平电 流较大、阴极碳块和阴极钢棒电流分布不均，以致产生的铝液波动过大、极距无法继续 降低、槽电压远大于理论电压、阴极碳块局部过热、电解槽早期破损等问题。本实用新 型克服了现有技术的不足，提供一种具有倒角开槽阴极的新型节能铝电解槽，包括阴极 碳块、炭间糊、阴极钢棒和钢棒糊，其特征在于所述阴极碳块是经过倒角并开槽的新型碳块，其横截面上部呈梯形，纵截面中部上表面沿横向开一个贯通矩形槽。 本实用新型是通过以下技术方案实现的-
一种具有倒角开槽阴极的新型节能铝电解槽，包括阴极碳块、炭间糊、阴极钢棒和 钢棒糊。
1) 制作阴极碳块时，使阴极碳块横截面上部呈梯形，梯形高为20 180 mm,上底 宽200 350 mm，下底宽与阴极碳块宽度相同；
2) 在阴极碳块纵向中部上表面沿横向开一个贯通矩形槽，槽深度为20 180 mm， 宽度为150 250 mm;
3) 在阴极碳块底部开槽放入一根或两根阴极钢棒，阴极碳块和钢棒之间的缝隙用 阴极钢棒糊捣固，其中阴极钢棒糊的骨料由煅后石油焦、人造石墨、电煅煤、冶金焦中 的一种或多种混合制成，粘结剂由改质煤沥青和煤焦油组成；
4) 保持阴极碳块与其相邻碳块之间留有20 40mm缝隙，并把间隙用炭间糊捣固；
5) 将阴极碳块平铺电解槽底部后保持整个电解槽底部阴极存在多条梯形槽，该梯 形槽是由两个相邻碳块以及连接它们的炭间糊构成的，所有阴极碳块矩形槽组成一个纵 向长槽并与多条梯形槽正交。
作为改进，所述新型阴极碳块可以是半石墨质阴极碳块、半石墨化阴极碳块，也可 以是全石墨化阴极碳块。
采用本实用新型提供的具有倒角开槽阴极的新型节能铝电解槽进行电解铝生产时， 为使电解槽节能降耗发挥出最佳效果，配合相应的电解生产工艺条件为槽电压为3.0 4.3 V，电解温度为930 970°C，电解质分子比为1.9 2.7，电解质水平为12 26 cm, 铝水平为10 28cm (以阴极碳块梯形部分的上表面为基准)，极距为2.5 4.5 cm，氧 化铝浓度为1.0% 3.0%。
通过本实用新型产生的有益效果是-
本实用新型提出的具有倒角开槽阴极的新型节能铝电解槽不仅能改善铝液、阴极碳 块和钢棒电流密度的均匀分布和磁场的均匀分布，减少因磁场作用而对铝液所产生的应 力，还能有效缓减铝液的流速，并改变铝液的流态，变紊流为层流，减缓槽内电解质与 铝液的波动性，从而降低极距和槽压降，使槽电压降低300mV 700mV，吨铝直流电 耗降低到11000 Kwh 12500 Kwh，实现电解节能降耗。
图1是一个倒角开槽阴极碳块连接二根钢棒的电解槽横截面示意图。 图2是一个倒角开槽阴极碳块连接二根钢棒的电解槽纵截面示意图。 图3是一个倒角开槽阴极碳块连接一根钢棒的电解槽横截面示意图。 图4是一个倒角开槽阴极碳块连接一根钢棒的电解槽纵截面示意图。
4图中，1、钢板槽壳；2、硅酸钙板；3、保温砖；4、防渗料；5、轻质浇注料；6、 耐火砖；7、侧部碳块；8、碳氮化硅砖；9、阴极钢棒；10、阴极碳块；11、钢棒糊； 12、碳间糊；13、周围糊；14、高强浇注料。
具体实施方式
如图l、图2、图3、图4所示，本实用新型中的电解槽，加强了侧部和底部的保温，
其具体筑炉方式如下
1) 用钢板槽壳1构筑电解槽外围；
2) 在电解槽最底层铺垫一层硅酸钙板2;
3) 在硅酸钙板上铺三层保温砖3;
4) 在保温砖3上铺防渗料4，并振动具有一定的压实密度；
5) 将连有阴极钢棒9并用钢棒糊11捣固好的数块新型倒角开槽的阴极碳块10规 整放入电解槽；
6) 电解槽侧部内衬小面采用轻质浇注料5捣固而成，大面采用耐火砖6紧靠钢板， 然后用高强浇注料14捣固而成；
7) 电解槽浇注料上部的侧面内衬采用侧部碳块7和碳氮化硅砖8砌筑；
8) 用碳间糊12将阴极碳块之间的空隙填充并捣实；
9) 用周围糊13将新型倒角开槽碳块10、侧部碳块7、碳氮化硅砖8以及高强浇注 料14或轻质浇注料5之间的空隙捣实。
本实用新型的电解槽阴极碳块组与传统电解槽的阴极碳块组也存在较大差异，具体 体现在
1) 制作阴极碳块时，对阴极碳块进行倒角，倒角后的阴极碳块横截面上部呈梯形，
梯形高为20 180mm，上底宽200~350mm，下底宽度与阴极碳块宽度相同；
2) 在阴极碳块纵向中部上表面沿横向开一个贯通矩形槽，槽深度为20 180mm， 宽度为150~250mm;
3) 在阴极碳块底部开槽放入一根或两根阴极钢棒，阴极碳块和钢棒之间的缝隙用 阴极钢棒糊捣固，其中阴极钢棒糊的骨料由煅后石油焦、人造石墨、电煅煤、冶金焦中 的一种或多种混合制成，粘结剂由改质煤沥青和煤焦油组成；
4) 保持阴极碳块与其相邻碳块之间留有20 40mm缝隙，并把间隙用炭间糊捣固；
5) 将阴极碳块平铺电解槽底部后保持整个电解槽底部阴极存在多条梯形槽，该梯 形槽是由两个相邻碳块以及连接它们的炭间糊构成的，所有阴极碳块矩形槽组成一个纵 向长槽并与多条梯形槽正交。
作为改进，所述新型阴极碳块可以选用半石墨质阴极碳块、半石墨化阴极碳块，也 可以是全石墨化阴极碳块。如图1和图2中所示的电解槽，在每块阴极碳块连接两根钢棒的情况下，本实用新
型所述电解槽构筑技术标准和生产铝的技术工艺条件如下-
1) 制作阴极碳块时，对阴极碳块进行对称倒角，倒角后的阴极碳块横截面上部呈
梯形，该梯形高为120 mm，上底边宽350 mm，下底宽度与阴极碳块宽度相同为515 mm， 碳块总高(上表面与下表面垂直距离)为550 mm;并在碳块纵向中部上表面沿横向开 一个贯通矩形槽，该矩形槽深度为120mm，宽度为250mm;
2) 阴极碳块采用半石墨质阴极碳块，其中石墨含量为30%;
3) 阴极碳块与其相邻碳块之间留有35mm缝隙，并把间隙用炭间糊捣固。该钢棒 糊由煅后石油焦、人造石墨与改质煤沥青和煤焦油混捏而成；
4) 电解槽构筑方式采用前面提供的构筑方法，加强了侧部和底部保温；
5) 电解槽采用湿法无效应焙烧启动，焙烧前在梯形槽或矩形槽中全部用人造石墨 碎填至与阴极碳块上表面齐平，然后在整个电解槽阴极上表面不同的分区填一层l 2cm厚不同电阻率的介质，以确保焙烧启动时电流分布更为均匀；
6) 电解槽进行电解铝生产时，电解工艺条件为槽平均电压为3.70V，电解温度 为940 945。C，电解质分子比为2.4 2.6，电解质水平为16 18 cm，铝水平为20 22 cm，极距为3.7 3.9cm，氧化铝浓度为1.5 2.5%。
通过采用上面电解槽构筑技术标准和生产铝的技术工艺条件进行电解铝生产与传 统电解槽生产方法相比，采用本实用新型时可使槽电压由原来的4.10 V降低到3.70 V， 即槽电压降低400 mV，吨铝直流电耗由原来的13300 Kwh降低到12000 Kwh。
权利要求1、一种具有倒角开槽阴极的新型节能铝电解槽，其特征在于，所述的铝电解槽的阴极碳块上端经过倒角，阴极碳块的上表面中部沿纵向设有凹槽。
2、 根据权利要求1所述的一种具有倒角开槽阴极的新型节能铝电解槽，其特征在于， 所述的经过倒角的新型阴极碳块其横向截面的上部呈梯形。
3、 根据权利要求2所述的一种具有倒角开槽阴极的新型节能铝电解槽，其特征在于, 所述的梯形高为20 180mm，上底宽200-350 mm，下底宽与阴极碳块宽度相同。
4、 根据权利要求1所述的一种具有倒角开槽阴极的新型节能铝电解槽，其特征在于， 所述的凹槽为贯通上表面的凹槽，凹槽形状为矩形槽，矩形槽深度为20 180mm，宽度 为150~250mm。
5、 根据权利要求1所述的一种具有倒角开槽阴极的新型节能铝电解槽，其特征在 于，所述的阴极碳块底部连接一根或两根阴极钢棒。
6、 根据权利要求1~5任一项所述的一种具有倒角开槽阴极的新型节能铝电解槽， 其特征在于，所述阴极碳块与其相邻碳块之间留有20~40mm的缝隙，缝隙采用碳间糊 捣固。
专利摘要一种具有倒角开槽阴极的新型节能铝电解槽，其特征在于所述电解槽采用的阴极碳块是经过倒角并开槽的新型碳块，其横截面上部为梯形，纵截面中部上表面沿横向开一个贯通矩形槽，整个电解槽底部阴极表面呈现多条梯形槽与一条矩形槽正交的形状。这种新型节能电解槽不仅能使铝液、阴极碳块和钢棒的电流密度分布更为均匀，还能改善磁场的均匀分布和减少因磁场作用而对铝液所产生的应力，有效降低铝液的流速，改变铝液的流态，变紊流为层流，减缓槽内电解质与铝液的波动，从而降低极距和槽压降，实现电解节能降耗。
文档编号C25C3/08GK201358306SQ20092006314
公开日2009年12月9日 申请日期2009年2月9日 优先权日2009年2月9日
发明者煜 张 申请人:湖南创元铝业有限公司