专利名称：一种能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构的制作方法
技术领域：
本发明属于铝电解技术领域，特别涉及一种能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构。
背景技术：
现行工业铝电解槽内阴极铝液中的水平电流，特别是沿电解槽阴极炭块纵向方向的水平电流与电解槽内垂直磁场的作用是导致电解槽内阴极铝液面不稳定的重要原因之一。由于电解槽阴极铝液面的不稳定，不仅增加电解槽内铝的溶解损失，使电流效率降低， 而且使电解槽阴极和阴极之间的有效极距降低。为了减少电解槽内阴极铝液中的水平电流，人们不仅在提高电解槽母线的设计水平，尽可能降低电解槽内的垂直磁场方面作了很多工作，而且在改变电解槽阴极钢棒和阴极钢棒与阴极炭块的连接结构也都作了很多工作。其中比较有代表性的是中国专利“一种大幅度降低铝电解槽铝液中水平电流的结构”(杨晓东等，申请号为201020566373)提出的一种铝电解槽阴极钢棒结构，该结构具有能改进和降低电解槽内铝液水平电流，提高电解槽稳定性的效果；然而该技术操作复杂，阴极钢棒内分割缝内所使用的分隔材料和靠近阴极炭块边部的阴极钢棒的下部分所使用的绝缘材料的抗电解槽的磨蚀性是一个未经实践检验的问题，一旦电解质或铝液渗入或漏入这些部位可能会对阴极钢棒的破坏和电解槽的寿命产生影响。
发明内容
针对现有阴极炭块结构存在的上述问题，本发明提供一种能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构，通过阴极炭块的上表面结构的改变，使电解过程中由电解质出来的电解电流能够垂直经由铝液进入阴极炭块，达到消除或减少铝液内水平电流的效^ ο本发明的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构包括阴极炭块和阴极钢棒，其中阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构或倒三角形结构，阴极炭块顶面上设有凸台或不设有凸台；当阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构时，阴极炭块顶面分为三段，其中中间段与阴极炭块底面平行，中间段两边为对称的倾斜段，倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的1%飞％;当阴极炭块顶面的纵向截面呈倒三角形结构时，阴极炭块顶面分为两个对称的倾斜段，倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的1%飞％。上述结构中，当阴极炭块顶面上设有凸台时，每个倾斜段上各设有一个长凸台，或每个倾斜段上各设有2飞个短凸台，或每个倾斜段上各设有2飞个直径在2(T30cm圆柱形凸台，或每个倾斜段上各设有2飞个边长在2(T30cm方柱形凸台；同一个倾斜段上有2个以上的凸台时，各凸台沿倾斜段的轴线均勻分布。上述结构中，当每个倾斜段上设有一个长凸台时，长凸台的纵向长度方向与倾斜段的纵向长度方向平行，长凸台端部与阴极炭块端部的距离为5 30cm，同一阴极炭块上两个长凸台的间距为3 20cm，长凸台的两侧与阴极炭块两侧的距离为l(T20cm。上述结构中，当每个倾斜上设有短凸台时，短凸台在长度方向上的轴线与阴极炭块在长度方向的轴线垂直，阴极炭块中部的相邻两个短凸台的间距为5 20cm，短凸台的两端与阴极炭块的侧边的间距为l(T20cm，短凸台的宽度为2(T30cm。上述结构中，所述的中间段的长度彡20cm。上述结构中，当阴极炭块顶面设有凸台时，凸台的高度为iTl5cm。上述结构中，所述的阴极炭块底部开设有2个贯通的钢棒槽或4个排成两排的钢棒槽，每个钢棒槽内设有阴极钢棒；阴极钢棒和钢棒槽之间的空隙用捣固糊捣固。上述结构中，所述的阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构或倒三角形结构；且当阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构时，其中间段的长度< 20cm;当中间段的长度为 0时，阴极炭块顶面的纵向截面即成为三角形结构。上述结构中，当阴极炭块顶面设有凸台时，凸台与阴极炭块为一体结构或镶嵌在阴极炭块的顶面上；当凸台镶嵌在阴极炭块顶面时，阴极炭块表面设有镶嵌槽，凸台通过捣固糊固定在镶嵌槽内。本发明的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构采用的阴极炭块上表面的两端向中心逐渐倾斜的坑形面，取代传统的水平面，使电解过程中电解槽内经由电解质出来的垂直方向的电解电流再垂直地通过铝液进入阴极炭块，从而达到消除或大大减少电解槽阴极铝液内水平电流的目的。本发明不仅适用于阴极炭块表面没有凸台的电解槽，也适用于阴极炭块表面有凸台的异形阴极结构电解槽的阴极炭块，还适用于阴极炭块表面有TiB2/C复合材料涂层的阴极结构电解槽。
图1为本发明实施例1的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构正视剖面结构示意图2为图1的B-B面结构示意图； 图3为图1的A-A面结构示意图4为本发明实施例2的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构正视剖面结构示意图5为图4的俯视结构示意图； 图6为图4的A-A面结构示意图7为本发明实施例3的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构正视剖面结构示意图8为图7的俯视结构示意图； 图9为图7的A-A面结构示意图10为本发明实施例4的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构正视剖面结构示意图11为图10的俯视结构示意图12为图10的A-A面结构示意图中1、阴极炭块，2、阴极钢棒，3、捣固糊，4、圆柱形凸台。
具体实施例方式本发明实施例中采用的阴极炭块长度为3300mm，宽为515mm，高为45(T550mm。阴极钢棒的两个侧面与阴极炭块的钢棒槽之间用炭素捣固糊捣固，阴极钢棒上表面与阴极钢棒槽底部之间用炭素捣固糊捣固或者用石墨粉填充，捣固糊的厚度为l(T20mm， 填充石墨粉时石墨粉的厚度为5 10mm。实施例1
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构如图1所示，B-B面结构如图2所示，A-A面结构如图3所示，包括阴极炭块1和阴极钢棒2，阴极炭块1底部开设有4个排成两排的钢棒槽，每个钢棒槽内设有阴极钢棒2 ；阴极钢棒2和钢棒槽之间的空隙用捣固糊3 捣固；
阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构，阴极炭块顶面分为三段，中间段与阴极炭块底面平行，中间段两边为对称的倾斜段，倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的 3%;中间段的长度10cm；
经过实验和计算，采用上述阴极炭块结构进行铝电解，能够显著地降低电解槽阴极铝液内在沿电解槽阴极炭块纵向方向上的水平电流分布，有效地减少电解槽阴极铝液的液面波动，不仅可以减少铝的溶解损失，使电流效率提高，而且可以使槽电压降低，达到降低铝电解电能消耗的目的。实施例2
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构如图4所示，俯视图如图5所示， A-A面结构如图6所示，包括阴极炭块1和阴极钢棒2，阴极炭块1底部开设有2个贯通的钢棒槽，每个钢棒槽内设有阴极钢棒2 ；阴极钢棒2和钢棒槽之间的空隙用捣固糊3捣固； 阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构，阴极炭块顶面上设有凸台；阴极炭块顶面分为三段，其中中间段与阴极炭块底面平行，中间段两边为对称的倾斜段，倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的1% ；中间段的长度20cm ；
每个倾斜段上各设有一个长凸台，两个长凸台对称设置，长凸台的纵向长度方向(轴向)与倾斜段的纵向长度方向(轴向)平行，两个长凸台的间距为20cm，每个长凸台的靠近阴极炭块端部的一侧与阴极炭块端部的距离为IOcm ；长凸台的两侧与阴极炭块两侧的距离为20cm ；长凸台的高度为9cm ；长凸台与阴极炭块为一体结构；
经过实验和计算，采用上述阴极炭块结构进行铝电解，能够显著地降低电解槽阴极铝液内在沿电解槽阴极炭块纵向方向上的水平电流分布，有效地减少电解槽阴极铝液的液面波动，不仅可以减少铝的溶解损失，使电流效率提高，而且可以使槽电压降低，达到降低铝电解电能消耗的目的。实施例3
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构如图7所示，俯视图如图8所示， A-A面结构如图9所示，包括阴极炭块1和阴极钢棒2，阴极炭块1底部开设有2个贯通的钢棒槽，每个钢棒槽内设有阴极钢棒2 ；阴极钢棒2和钢棒槽之间的空隙用捣固糊3捣固； 阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构，阴极炭块顶面上设有凸台；阴极炭块顶面分为三段，其中中间段与阴极炭块底面平行，中间段两边为对称的倾斜段，倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的5% ；中间段的长度3cm ；
每个倾斜段上各设有一个长凸台，两个长凸台对称设置，长凸台的纵向长度方向(轴向)与倾斜段的纵向长度方向(轴向)平行，两个长凸台的间距为3cm，每个长凸台的靠近阴极炭块端部的一侧与阴极炭块端部的距离为20cm ；长凸台的两侧与阴极炭块两侧的距离为IOcm;长凸台的高度为12cm;长凸台与阴极炭块为一体结构；
经过实验和计算，采用上述阴极炭块结构进行铝电解，能够显著地降低电解槽阴极铝液内在沿电解槽阴极炭块纵向方向上的水平电流分布，有效地减少电解槽阴极铝液的液面波动，不仅可以减少铝的溶解损失，使电流效率提高，而且可以使槽电压降低，达到降低铝电解电能消耗的目的。实施例4
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构如图10所示，俯视图如图11所示，A-A面结构如图12所示，包括阴极炭块1和阴极钢棒2，阴极炭块1底部开设有4个排成两排的钢棒槽，每个钢棒槽内设有阴极钢棒2 ；阴极钢棒2和钢棒槽之间的空隙用捣固糊 3捣固；
阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构，阴极炭块顶面上设有凸台，阴极炭块顶面分为三段，其中中间段与阴极炭块底面平行，中间段两边为对称的倾斜段，倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的6% ；中间段的长度5cm ；
每个倾斜段上各设有2个直径在2(T30cm圆柱形凸台4，各圆柱形凸台4沿倾斜段的轴线均勻分布，高度为15cm;
圆柱形凸台4镶嵌在阴极炭块的顶面上，阴极炭块表面设有镶嵌槽，圆柱形凸台4通过捣固糊固定在镶嵌槽内；
经过实验和计算，采用上述阴极炭块结构进行铝电解，能够显著地降低电解槽阴极铝液内在沿电解槽阴极炭块纵向方向上的水平电流分布，有效地减少电解槽阴极铝液的液面波动，不仅可以减少铝的溶解损失，使电流效率提高，而且可以使槽电压降低，达到降低铝电解电能消耗的目的。实施例5
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构包括阴极炭块和阴极钢棒，阴极炭块底部开设4个排成两排的钢棒槽，每个钢棒槽内设有阴极钢棒；阴极钢棒和钢棒槽之间的空隙用捣固糊捣固；
阴极炭块顶面的纵向截面呈倒三角形结构时，阴极炭块顶面分为两个对称的倾斜段， 倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的6%。实施例6
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构包括阴极炭块和阴极钢棒，阴极炭块底部开设有2个贯通的钢棒槽，每个钢棒槽内设有阴极钢棒；阴极钢棒和钢棒槽之间的空隙用捣固糊捣固；
阴极炭块顶面的纵向截面呈倒三角形结构时，阴极炭块顶面分为两个对称的倾斜段， 倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的1%。实施例7
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构同实施例4，不同点在于每个倾斜段上各设有3个直径在25cm圆柱形凸台。实施例8
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构同实施例4，不同点在于每个倾斜段上各设有5个直径在30cm圆柱形凸台。实施例9
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构同实施例4，不同点在于每个倾斜段上各设有2个边长在20cm方柱形凸台。实施例10
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构同实施例4，不同点在于每个倾斜段上各设有4个边长在30cm方柱形凸台。实施例11
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构同实施例4，不同点在于每个倾斜段上各设有5个边长在25cm方柱形凸台。实施例12
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构同实施例2，不同点在于每个倾斜段上各设有2个短凸台，短凸台在长度方向上的轴线与阴极炭块在长度方向的轴线垂直，阴极炭块中部的相邻两个短凸台的间距为5cm，短凸台的两端与阴极炭块的侧边的间距为10cm，短凸台的宽度为20cm;同一倾斜段上各短凸台沿倾斜段的轴线均勻分布，各凸台与阴极炭块为一体结构。实施例13
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构同实施例2，不同点在于每个倾斜段上各设有4个短凸台，短凸台在长度方向上的轴线与阴极炭块在长度方向的轴线垂直，阴极炭块中部的相邻两个短凸台的间距为10cm，短凸台的两端与阴极炭块的侧边的间距为15cm，短凸台的宽度为25cm;同一倾斜段上各短凸台沿倾斜段的轴线均勻分布，各凸台与阴极炭块为一体结构。实施例14
能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构同实施例2，不同点在于每个倾斜段上各设有5个短凸台，短凸台在长度方向上的轴线与阴极炭块在长度方向的轴线垂直，阴极炭块中部的相邻两个短凸台的间距为20cm，短凸台的两端与阴极炭块的侧边的间距为20cm，短凸台的宽度为30cm;同一倾斜段上各短凸台沿倾斜段的轴线均勻分布，各凸台与阴极炭块为一体结构。
权利要求
1.一种能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构，包括阴极炭块和阴极钢棒，其特征在于阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构或倒三角形结构，阴极炭块顶面上设有凸台或不设有凸台；当阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构时，阴极炭块顶面分为三段，其中中间段与阴极炭块底面平行，中间段两边为对称的倾斜段，倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的1%飞％;当阴极炭块顶面的纵向截面呈倒三角形结构时，阴极炭块顶面分为两个对称的倾斜段，倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的1%飞％。
2.根据权利要求1所述的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构，其特征在于当阴极炭块顶面上设有凸台时，每个倾斜段上各设有一个长凸台，或每个倾斜段上各设有2飞个短凸台，或每个倾斜段上各设有2飞个直径在2(T30cm圆柱形凸台，或每个倾斜段上各设有2飞个边长在2(T30cm方柱形凸台；同一个倾斜段上有2个以上的凸台时，各凸台沿倾斜段的轴线均勻分布。
3.根据权利要求2所述的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构，其特征在于当每个倾斜段上设有一个长凸台时，长凸台的纵向长度方向与倾斜段的纵向长度方向平行，长凸台端部与阴极炭块端部的距离为5 30cm，同一阴极炭块上两个长凸台的间距为3 20cm，长凸台的两侧与阴极炭块两侧的距离为l(T20cm。
4.根据权利要求2所述的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构，其特征在于当每个倾斜上设有短凸台时，短凸台在长度方向上的轴线与阴极炭块在长度方向的轴线垂直，阴极炭块中部的相邻两个短凸台的间距为5 20cm，短凸台的两端与阴极炭块的侧边的间距为l(T20cm，短凸台的宽度为2(T30cm。
5.根据权利要求1所述的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构，其特征在于所述的中间段的宽度< 20cm。
6.根据权利要求1所述的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构，其特征在于当阴极炭块顶面设有凸台时，凸台的高度为9 15Cm。
7.根据权利要求1所述的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构，其特征在于所述的阴极炭块底部开设有2个贯通的钢棒槽或4个排成两排的钢棒槽，每个钢棒槽内设有阴极钢棒；阴极钢棒和钢棒槽之间的空隙用捣固糊捣固。
全文摘要
一种能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构，属于铝电解技术领域，包括阴极炭块和阴极钢棒，阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构或倒三角形结构，阴极炭块顶面分为两段或三段，倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的1%~6%。本发明的阴极炭块结构能使电解过程中电解槽内经由电解质出来的垂直方向的电解电流再垂直地通过铝液进入阴极炭块，从而达到消除或大大减少电解槽阴极铝液内水平电流的目的。适用于阴极炭块表面没有凸台的电解槽、阴极炭块表面有凸台的异形阴极结构电解槽、阴极表面有TiB2/C复合材料涂层的阴极结构电解槽。
文档编号C25C3/08GK102400177SQ20111038577
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者冯乃祥 申请人:冯乃祥