[發(fā)明專利]一種鋁電解槽復(fù)合陰極炭塊結(jié)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910011709.0
• 申請日: 2009-05-26
• 公開（公告）號: CN101899677A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊曉東;劉雅鋒;周東方;朱佳明;鄒智勇;胡紅武;劉銘;劉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽鋁鎂設(shè)計研究院
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08
• 代理公司: 遼寧沈陽國興專利代理有限公司 21100
• 代理人: 張立新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)，屬于鋁電解槽技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前用于鋁工業(yè)生產(chǎn)的Hall-Heroult電解槽使用炭素陽極和炭塊陰極，通過電解熔融的氧化鋁生產(chǎn)鋁，電解質(zhì)主要由冰晶石和氧化鋁熔體組成，另外還有溶解在其中的氟化鋁和其它氟化鹽。電解析出的鋁蓄積在槽底炭塊陰極上部，形成鋁液層，并作為陰極的一部分。由于電解槽內(nèi)的鋁液受到車間內(nèi)電磁場的影響而運動，需要保持一定高度的鋁液，減少界面的波動。目前工業(yè)電解槽保持的鋁液水平通常為10～30cm之間，在此情況下，仍需要保持4.5cm左右的極距，極距的高低主要受到電解槽穩(wěn)定性的影響，在現(xiàn)有電解槽的陰極結(jié)構(gòu)和磁場條件下，進一步優(yōu)化磁場分布提高電解槽的穩(wěn)定性，進而降低極距已經(jīng)成為一件非常困難的事情。

現(xiàn)有的Hall-Heroult鋁電解槽，根據(jù)尺寸和電解工藝的不同都存在一個普遍的問題就是電能效率較低，一般在45～50％之間，其余的電能都轉(zhuǎn)化為熱能散失掉了。現(xiàn)有鋁電解槽的極距一般都在4.5cm左右，造成電能效率低的主要原因就在于現(xiàn)有普通預(yù)焙槽由于磁場造成的鋁液波動，因此為了保證電解槽的穩(wěn)定生產(chǎn)往往需要保持較大的極距。

電能效率低造成了工業(yè)電解槽上巨大電能無謂的消耗，鋁電解槽節(jié)能降耗的手段有兩種，一種是提高電流效率，另一種就是降低極距，降低槽電壓。而現(xiàn)有的電解槽，電流效率大都在90～96％之間，提高電流效率的空間有限。目前鋁電解槽極距一般在4.5～5cm左右，極距帶來的壓降約為總能耗的40％，極距的降低給節(jié)能降耗提供了很大的空間，但是由于傳統(tǒng)電解槽本身結(jié)構(gòu)的限制，降低極距，由于受磁場帶來的鋁液電解質(zhì)界面波動影響，電解槽就會變得不穩(wěn)定，丟失電流效率，很難達到節(jié)能的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種鋁電解槽復(fù)合陰極炭塊結(jié)構(gòu)，目的是降低電解槽內(nèi)鋁液的流動和減小鋁液界面的波動，同時大幅減小鋁液流動和電化學(xué)反應(yīng)對陰極炭塊的磨損和侵蝕，達到增強電解槽的穩(wěn)定性，降低極間壓降，提高陰極炭塊的抗磨蝕性能的作用，進而提高鋁電解槽的電能效率，降低磁場對鋁電解生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響，達到節(jié)能的目的。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

一種鋁電解槽復(fù)合陰極炭塊結(jié)構(gòu)，它包括槽殼和內(nèi)襯，內(nèi)襯主要由陰極炭塊、側(cè)部內(nèi)襯、底部內(nèi)襯組成，其中陰極炭塊的截面形狀上部為梯形、下部為方形，陰極炭塊之間采用扎固材料連接，陰極鋼棒安裝在陰極炭塊的底部，陰極鋼棒從電解槽的側(cè)部或底部穿出。

所述的陰極炭塊上部梯形的頂部為耐磨復(fù)合層。

所述的陰極炭塊上表面開有凹槽。

所述的每塊陰極炭塊上開設(shè)的凹槽數(shù)量為1～20個。

所述的凹槽橫向截面形狀為方形、梯形、三角形或圓形等。

所述的陰極炭塊下面的底部內(nèi)襯為耐火保溫材料。

所述的陰極炭塊的端部與側(cè)部內(nèi)襯之間由澆注料和周圍糊搗固連接。

所述的陰極炭塊的上表面是平面。

所述的扎固材料為炭間糊、鎂磚或碳化硅磚。

所述的陰極炭塊彼此間距為30～300mm之間。

本發(fā)明的優(yōu)點和效果如下：

本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)，陰極炭塊截面形狀特征是上部為梯形、下部為方形，由此種陰極炭塊構(gòu)成的陰極表面出現(xiàn)很多凹槽，巨大的鋁液池被分割成數(shù)個小的區(qū)域，有效地束縛了鋁液由于受到電磁力的作用而產(chǎn)生的流動和波動，提高了電解槽的穩(wěn)定性。本發(fā)明的另一個顯著的特征是陰極炭塊上部梯形部分的頂端為耐磨復(fù)合層，由于復(fù)合層的存在極大的增強了陰極炭塊耐磨蝕的性能，有力于延長槽壽命。

本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)低極距、低鋁水平生產(chǎn)，但是較低的鋁液水平，在電解槽出鋁時，容易造成出鋁口位置的鋁量不足，使電解質(zhì)進入出鋁裝置，為了解決此問題，本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)在陰極炭塊上表面設(shè)計了溝槽，為鋁液提供了匯集通道，同時還可以采取適當增大出鋁端加工面的措施。

本發(fā)明由于采用上述陰極結(jié)構(gòu)，降低了極距，提高了電能利用率，大大降低了磁場對鋁電解生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)陰極炭塊中部有一個梯形凹槽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)陰極炭塊上表面有多個梯形凹槽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的陰極結(jié)構(gòu)從底部出電的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、側(cè)部內(nèi)襯，2、陰極鋼棒，3、陰極炭塊，4、陰極炭塊凹槽5扎固材料，6、底部內(nèi)襯，7、頂部復(fù)合層。

具體實施方式