专利名称：一种铝电解槽阴极结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种铝电解槽阴极结构，特别是一种铝电解槽的异型阴极碳 块。
二背景技术：
目前，工业上铝的提炼主要是冰晶石-氧化铝熔盐电解的方法生产，其专用设 备为内衬有炭质材料的电解槽，此类电解槽的钢质外壳与炭质内衬之间为耐火材料和保 温砖，电解槽的炭质内衬一般由具有较好的抗钠盐和抗电解质腐蚀性能的无烟煤或石墨 材料或两者的混合物所制的碳砖砌筑而成，在炭块与炭块之间用碳素材料制成的碳糊进 行捣固。现有铝电解槽的阴极结构多采用在阴极碳块底部开设沟槽并装有阴极钢棒，阴 极碳块纵向排放在电解槽底部，阴极碳块为规则长方体或者阴极碳块的上端部为凸形， 阴极碳块与阴极碳块之间有一定距离的间缝。如中国专利CN201416037Y公开了一种 新型铝电解槽，该电解槽的阴极结构包括槽壳和内衬，内衬的阴极碳块之间的距离被拉 大，该间缝用扎固材料填充，扎固材料的高度低于阴极碳块的高度而使得阴极碳块之间 出现沟槽，这种铝电解槽的阴极结构可以使铝液流到沟槽中，但阴极表面各点到阴极钢 棒的距离差别很大，电解过程中电流密度和磁场强度分布不均勻，严重影响电流效率。 再如中国专利ZL200710010523.4公开了一种异型阴极碳块结构电解槽，该阴极碳块上表 面形成两个以上的凸起，阴极碳块之间用碳素捣糊填充形成沟槽，能达到减缓铝液流速 和波动幅度的作用，同样，其阴极表面各点到阴极钢棒的距离差别很大，电解过程中电 流密度和磁场强度分布不均勻，严重影响电流效率。因此，设计一种综合能耗更低、效 率更高的电解槽及其阴极结构已为急需。
三
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够大大降低铝液中水平电流、 使阴极碳块和阴极钢棒电流密度更均勻、阴极碳块和阴极钢棒中磁场分布更均勻、能够 有效减缓铝液流速和铝液波动幅度的铝电解槽的新型阴极结构；同时，该新型阴极结构 铝电解槽能够大大提高铝电解的稳定性，大大延长了电解槽的使用寿命。为解决上述技术问题，本实用新型的具体方案是一种铝电解槽阴极结构，包 括侧部内衬、阴极碳块、阴极钢棒和阴极捣糊，阴极碳块沿纵向并列排放，相邻阴极碳 块之间留有一定间距的间缝，阴极碳块之间的间缝用阴极捣糊填充扎固，所述阴极碳块 上端沿纵向为倒角，倒角后的阴极碳块竖向横截面上部呈梯形，阴极碳块顶部开设有横 向凹槽，所述梯形高度与横向凹槽深度相等。这样，阴极碳块沿纵向并排放置，且留有 一定间缝，使用阴极捣糊将间缝填充，阴极捣糊的高度低于阴极碳块上表面的高度，这 样，相邻阴极碳块之间形成了沟槽，沟槽能够减缓铝液流速和铝液波动幅度；将阴极碳 块上端部沿纵向经过倒角，或者阴极碳块上端部两边为对称倒角，这样，阴极碳块之间形成的沟槽为敞口式的倒梯形槽，减缓铝液流速和铝液波动的效果更加明显；在阴极碳 块的顶部开设有横向凹槽，有利于铝液的流出；当梯形槽与横向凹槽的深度一致时，这 种纵横交错且深度一致的沟槽，能够大大减少铝液中水平电流，大大降低极距，并确保 铝液迅速流出。本实用新型还在于所述倒角为对称倒角。这样，使得电解槽阴极表面的梯形槽 宽度相等。本实用新型还在于所述倒角为与竖向成30°、45°或者60°的倒角。不同倾斜 度的倒角，导致梯形槽的敞开度不同，从而根据槽型的大小，不同敞开度会导致电解过 程中铝液的流速变缓，电流密度分布均勻。本实用新型还在于所述横向凹槽为矩形槽或者梯形槽或者弧形槽。这样，可以 根据需要选择阴极碳块顶部凹槽的形状，且每一种槽型都有其独特的有益效果，当凹槽 为矩形槽时，在填充人造石墨碎时可以做到更加平整，横向电流分布和磁场分布不受影 响，当凹槽为梯形槽时，其与纵向的梯形槽相互交叉，使电解槽的阴极上表面形成纵横 交错的梯形槽网，能够有效缓减铝液的流速，改变铝液的流态，变紊流为层流，减缓槽 内电解质和铝液的波动性，从而降低极距和槽压降，实现节能降耗。本实用新型还在于所述阴极钢棒的横截面上部呈矩形或者梯形或半圆形或弧线 形。这样能保证阴极碳块上表面到钢棒的距离趋于相等，使电流和磁场分布均勻。本实用新型还在于所述阴极碳块沿纵向并列排放后，相邻阴极碳块的相对倒角 与填充阴极碳块间缝的阴极捣糊构成倒梯形槽。本实用新型还在于所述倒梯形槽与横向凹槽正交。这样，互相正交的纵向和横 向凹槽，可以使电解中铝液的流速减缓，变紊流为层流，且流动有规律，更容易操控。本实用新型还在于所述倒梯形槽与横向凹槽深度相等。本实用新型还在于所述梯形高度为20 180mm，所述横向凹槽深度为20 180mm。本实用新型还在于所述阴极碳块间缝宽度为20 40mm。本实用新型提供的一种铝电解槽阴极结构，以及所采用该阴极结构的新型铝电 解槽，还具有以下有益效果1、减少铝液中的水平电流；2、改善铝液、阴极碳块和阴极钢棒中电流密度的分布和磁场的分布，使得电流 密度分布更为均勻，磁场分布更为均勻。3、能够大大减少因磁场作用而对铝液所产生的应力，从而有效缓减铝液流速， 并改变铝液的流态，变紊流为层流，减缓了槽内电解质和铝液的波动幅度，从而降低极 距和槽电压，使槽电压降低500mV 900mV。4、能够实现吨铝直流电耗降低1100 1300Kwh，吨铝直流电耗降低到10500 11800Kwho
四
图1是铝电解槽的竖向横截面示意图。图2、图6、图7是铝电解槽的竖向纵截面示意图。[0022]图3是阴极碳块的立体图。图4、图5是阴极碳块竖向横截面示意图。图中，1、阴极碳块，2、阴极钢棒，3、阴极捣糊，4、间缝，5、倒角，6、横 向凹槽，7、倒梯形槽
五具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做出详细的说明。实施例1 —种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，阴极碳块1 沿纵向并列排放，相邻阴极碳块1之间留有一定间距的间缝4，阴极碳块1之间的间缝4 用阴极捣糊3填充扎固，所述阴极碳块1上端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖向 横截面上部呈梯形，阴极碳块1顶部开设有横向凹槽6，所述梯形高度与横向凹槽6深度 相等。如图1所示，电解槽由槽壳、侧部内衬、底部内衬等构成，底部内衬包括阴极碳 块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，阴极碳块1沿纵向并列排放，相邻阴极碳块1之间留有 一定间距的间缝4，阴极碳块1之间的间缝4用阴极捣糊3填充扎固，所述阴极碳块1上 端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖向横截面上部呈梯形。如图2、图3、图6、 图7所示，阴极碳块1顶部开设有横向凹槽6。如图3所示，所述梯形高度与横向凹槽6 深度相等。实施例2 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，阴极碳块1 沿纵向并列排放，相邻阴极碳块1之间留有一定间距的间缝4，阴极碳块1之间的间缝4 用阴极捣糊3填充扎固，所述阴极碳块1上端沿纵向为倒角5，所述倒角5为对称倒角， 倒角后的阴极碳块1竖向横截面上部呈梯形，阴极碳块1顶部开设有横向凹槽6，所述梯 形高度与横向凹槽6深度相等。如图1所示，电解槽由槽壳、侧部内衬、底部内衬等构 成，底部内衬包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，阴极碳块1沿纵向并列排放， 相邻阴极碳块1之间留有一定间距的间缝4，阴极碳块1之间的间缝4用阴极捣糊3填充扎 固，所述阴极碳块1上端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖向横截面上部呈梯形。 如图2、图3、图6、图7所示，阴极碳块1顶部开设有横向凹槽6。如图3所示，所述 梯形高度与横向凹槽6深度相等。如图1、图3所示，所述倒角5为对称倒角。实施例3 一种铝电解槽阴极结构，其阴极碳块1上端沿纵向为倒角5，所述倒角5为对称 倒角，倒角为与竖向成30°的倒角。如图1所示，阴极碳块1的倒角5为与竖向成30° 的倒角。实施例4 一种铝电解槽阴极结构，其阴极碳块1上端沿纵向为倒角5，所述倒角5为对称 倒角，倒角为与竖向成45°的倒角。如图4所示，阴极碳块1的倒角5为与竖向成45° 的倒角。实施例5 一种铝电解槽阴极结构，其阴极碳块1上端沿纵向为倒角5，所述倒角5为对称倒角，倒角5为与竖向成60°的倒角。如图5所示，阴极碳块1的倒角5为与竖向成 60°的倒角。实施例6 —种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，阴极碳块 1沿纵向并列排放，相邻阴极碳块1之间留有一定间距的间缝4，阴极碳块1之间的间缝 4用阴极捣糊3填充扎固，所述阴极碳块1上端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖 向横截面上部呈梯形，阴极碳块1顶部开设有横向凹槽6，所述横向凹槽6为矩形槽，所 述梯形高度与横向凹槽6深度相等。如图1所示，电解槽由槽壳、侧部内衬、底部内衬 等构成，底部内衬包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，阴极碳块1沿纵向并列排 放，相邻阴极碳块1之间留有一定间距的间缝4，阴极碳块1之间的间缝4用阴极捣糊3 填充扎固，所述阴极碳块1上端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖向横截面上部呈 梯形。如图2、图3、图6、图7所示，阴极碳块1顶部开设有横向凹槽6。如图2、图 3所示，横向凹槽6为矩形槽。如图3所示，所述梯形高度与横向凹槽6深度相等。实施例7 一种铝电解槽阴极结构，其阴极碳块1顶部开设有横向凹槽6，所述横向凹槽6 为梯形槽。如图7所示，横向凹槽6为梯形槽。实施例8 一种铝电解槽阴极结构，其阴极碳块1顶部开设有横向凹槽6，所述横向凹槽6 为弧形槽。如图6所示，横向凹槽6为弧形槽。实施例9 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，其阴极钢 棒2的横截面形状呈矩形。如图1、图3所示，阴极钢棒2的横截面形状呈矩形。实施例10 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，其阴极钢 棒2的横截面上部形状呈弧线形。如图4所示，阴极钢棒2的横截面上部形状呈弧线形。实施例11 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，其阴极钢 棒2的横截面上部形状呈梯形。如图5所示，阴极钢棒2的横截面上部形状呈梯形。实施例12 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，所述阴极 碳块1沿纵向并列排放后，相邻阴极碳块1的相对倒角5与填充阴极碳块间缝4的阴极捣 糊3构成倒梯形槽。如图1、图3所示，相邻阴极碳块1之间的沟槽为倒梯形槽。实施例13 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，阴极碳块 1沿纵向并列排放，相邻阴极碳块1之间留有一定间距的间缝4，阴极碳块1之间的间缝 4用阴极捣糊3填充扎固，所述阴极碳块1上端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖 向横截面上部呈梯形，所述阴极碳块1沿纵向并列排放后，相邻阴极碳块1的相对倒角5 与填充阴极碳块间缝4的阴极捣糊3构成倒梯形槽，阴极碳块1顶部开设有横向凹槽6， 所述梯形高度与横向凹槽6深度相等，所述倒梯形槽与横向凹槽6正交。如图1所示，电解槽由槽壳、侧部内衬、底部内衬等构成，底部内衬包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴 极捣糊3，阴极碳块1沿纵向并列排放，相邻阴极碳块1之间留有一定间距的间缝4，阴 极碳块1之间的间缝4用阴极捣糊3填充扎固，所述阴极碳块1上端沿纵向为倒角5，倒 角后的阴极碳块1竖向横截面上部呈梯形。如图2、图3、图6、图7所示，阴极碳块1 顶部开设有横向凹槽6。如图3所示，所述梯形高度与横向凹槽6深度相等，所述倒梯形 槽与横向凹槽6正交。实施例14 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，阴极碳块 1沿纵向并列排放，相邻阴极碳块1之间留有一定间距的间缝4，阴极碳块1之间的间缝 4用阴极捣糊3填充扎固，所述阴极碳块1上端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖 向横截面上部呈梯形，阴极碳块1顶部开设有横向凹槽6，所述梯形的高度和横向凹槽的 深度为20mm。实施例15 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，所述阴极 碳块1上端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖向横截面上部呈梯形，阴极碳块1顶 部开设有横向凹槽6，所述梯形的高度和横向凹槽的深度为50mm。实施例16 —种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，所述阴极 碳块1上端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖向横截面上部呈梯形，阴极碳块1顶 部开设有横向凹槽6，所述梯形的高度和横向凹槽的深度为80mm。实施例17 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，所述阴极 碳块1上端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖向横截面上部呈梯形，阴极碳块1顶 部开设有横向凹槽6，所述梯形的高度和横向凹槽的深度为100mm。实施例18 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，所述阴极 碳块1上端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖向横截面上部呈梯形，阴极碳块1顶 部开设有横向凹槽6，所述梯形的高度和横向凹槽的深度为120mm。实施例19 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，所述阴极 碳块1上端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖向横截面上部呈梯形，阴极碳块1顶 部开设有横向凹槽6，所述梯形的高度和横向凹槽的深度为150mm。实施例20 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，所述阴极 碳块1上端沿纵向为倒角5，倒角后的阴极碳块1竖向横截面上部呈梯形，阴极碳块1顶 部开设有横向凹槽6，所述梯形的高度和横向凹槽的深度为180mm。实施例21 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，阴极碳块1 沿纵向并列排放，相邻阴极碳块1之间留有一定间距的间缝4，所述间缝宽度为20mm。[0068]实施例22 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，阴极碳块1 沿纵向并列排放，相邻阴极碳块1之间留有一定间距的间缝4，所述间缝宽度为30mm。实施例23 一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，阴极碳块1 沿纵向并列排放，相邻阴极碳块1之间留有一定间距的间缝4，所述间缝宽度为35mm。实施例24 —种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块1、阴极钢棒2和阴极捣糊3，阴极碳块1 沿纵向并列排放，相邻阴极碳块1之间留有一定间距的间缝4，所述间缝宽度为40mm。
权利要求1.一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块、阴极钢棒和阴极捣糊，阴极碳块沿纵向 并列排放，相邻阴极碳块之间留有一定间距的间缝，阴极碳块之间的间缝用阴极捣糊填 充扎固，其特征在于，所述阴极碳块上端沿纵向为倒角，倒角后的阴极碳块竖向横截面 上部呈梯形，阴极碳块顶部开设有横向凹槽，所述梯形高度与横向凹槽深度相等。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极结构，其特征在于，所述倒角为对称倒
3.根据权利要求2所述的一种铝电解槽阴极结构，其特征在于，所述倒角为与竖向成 30°、45°或者60°的倒角。
4.根据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极结构，其特征在于，所述横向凹槽为矩形 槽或者梯形槽或者弧形槽。
5.根据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极结构，其特征在于，所述阴极钢棒的横截 面上部呈矩形或者梯形或半圆形或弧线形。
6.根据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极结构，其特征在于，所述阴极碳块沿纵向 并列排放后，相邻阴极碳块的相对倒角与填充阴极碳块间缝的阴极捣糊构成倒梯形槽。
7.根据权利要求6所述的一种铝电解槽阴极结构，其特征在于，所述倒梯形槽与横向 凹槽正交。
8.根据权利要求7所述的一种铝电解槽阴极结构，其特征在于，所述倒梯形槽与横向 凹槽深度相等。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的一种铝电解槽阴极结构，其特征在于， 所述梯形高度为20 180mm，所述横向凹槽深度为20 180mm。
10.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的一种铝电解槽阴极结构，其特征在 于，所述阴极碳块间缝宽度为20 40mm。
专利摘要本实用新型涉及一种铝电解槽阴极结构，包括阴极碳块、阴极钢棒和阴极捣糊，阴极碳块沿纵向并列排放，相邻阴极碳块之间留有一定间距的间缝，阴极碳块之间的间缝用阴极捣糊填充扎固，所述阴极碳块上端沿纵向为倒角，倒角后的阴极碳块竖向横截面上部呈梯形，阴极碳块顶部开设有横向凹槽，所述梯形高度与横向凹槽深度相等。采用该阴极结构的铝电解槽能够大大降低铝液中水平电流、使阴极碳块和阴极钢棒电流密度更均匀、阴极碳块和阴极钢棒中磁场分布更均匀、能够有效减缓铝液流速和铝液波动幅度的铝电解槽的新型阴极结构。
文档编号C25C3/08GK201793764SQ20102056250
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者敬叶灵, 邓发权, 龚克成 申请人:湖南创元铝业有限公司