[發明專利]鋁電解槽專用石墨碳素復合結構陰極碳塊

無效

• 申請號: 200910136279.5
• 申請日: 2009-05-05
• 公開（公告）號: CN101880894A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 高德金;高偉
• 申請（專利權）人: 高德金
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

鋁電解槽專用石墨碳素復合結構陰極碳塊主要應用于鋁電解槽的陰極內襯的砌筑，其主要功能是傳導鋁電解槽熔池內的鋁液陰極電流。

技術背景：

現通用的鋁電解槽陰極導電結構由陰極碳塊、陰極鋼棒和搗固糊構造而成，為了調整電流的水平分布，使陰極碳塊的上表面的大直流電流密度分布均勻，其方法是將陰極碳塊底部沿長度方向開槽，用搗固糊將導電性能較好的金屬材料陰極鋼棒搗固構造在陰極底部的∏槽內。這種陰極導電結構方式存在以下缺點：

一是陰極碳塊導體雖然用單一的石墨或單一的碳素材料為主體，這種石墨或碳素導電材料相對于金屬材料陰極鋼棒而言，雖然電阻值偏高，但具有抗電解質腐蝕和耐高溫等特點。陰極碳塊鋼棒組的這種構造結合方式，雖然能夠調整陰極碳塊上表面的電流分布的密度，使之相對均勻，但是，由于作為主體材料的石墨或碳素材料的碳素系列陰極碳塊與陰極鋼棒二者之間，材質的熱膨脹系數差異和熱傳導性能的差異較大，產生的熱應力不均勻，其陰極導電結構的設計功能偏重于熱應力平衡設計，陰極碳塊考量熱應力平衡和溫度變化因素過多，造成陰極導電體的構造成本加大。

二是陰極碳塊底部的陰極鋼棒在高溫狀態環境下工作，不僅其導電性能下降，電阻率升高，而且易溶化燒損腐蝕，造成事故發生。

三是陰極碳塊和陰極鋼棒之間采用碳素搗固糊進行連接，鐵碳之間的連接電阻值較高，導電率低，造成陰極碳塊鋼棒組應用與電解生產后，電壓降較高，整體陰極電流平均密度較低，致使電解槽的電流效率下降。

發明內容：

為了克服現通用的鋁電解槽陰極導電體陰極鋼棒組的導電效率低、電阻值大、陰極鋼棒易燒損和構造成本高等缺點，本發明特提供了一種新型的鋁電解槽專用石墨碳素復合結構陰極碳塊設計構造方案。

在石墨電極的構造在側部爐墻的一端端部設置有金屬導電連接件，用石墨電極作為陰極碳塊沿長度方向的導電材料部件，構造在陰極導電體的底部或內部，其斷面由金屬連接導電端向電解槽內的另一端等斜率逐步增大，用于傳導陰極碳塊沿長度方向的直流水平電流；用相對電阻值較高的碳素材料作為陰極碳塊的電壓調整碳素層，構造在石墨電極部件的上部表面或外部表面，其斷面由金屬連接導電端向電解槽內的另一端等斜率逐步減小，利用石墨電極部件和電壓調整碳素層材料之間的電阻值的差異，調整陰極碳塊沿長度方向的直流垂直電流的電壓降等值和電流密度的均布，使鋁電解槽陰極碳塊的上表面或外表面即導電工作面沿長度方向與金屬導電連接件之間的電壓降等值，構造出垂直電流分布密度均勻的鋁電解槽專用石墨碳素復合結構陰極碳塊。

鋁電解槽專用石墨碳素復合結構陰極碳塊的斷面可以構造成矩形、凹凸臺形、圓形、梯形。

鋁電解槽專用石墨碳素復合結構陰極碳塊的石墨電極沿長度方向其上部表面或外部表面可以構造成帶有著斜率變化的梯形或錐形的斷面形狀，而電壓調整碳素層與石墨電極的接觸面也隨著變化構造在一起。

鋁電解槽專用石墨碳素復合結構陰極碳塊的石墨電極沿長度方向的斷面面積相等，其構造在石墨導體上部或外表面的電壓調整碳素層的同一斷面面積沿長度方向變化。

鋁電解槽專用石墨碳素復合結構陰極碳塊的石墨電極沿長度方向的外表面積發生變化，構造在石墨電極上部或外表面的電壓調整碳素層的外表面積沿長度方向不變。

鋁電解槽專用石墨碳素復合結構陰極碳塊的石墨電極上部或外表面部的電壓調整碳素層用定型碳素材料構造制成，二者之間用粘接糊料進行粘接連接，或用搗固糊進行搗固連接。

鋁電解槽專用石墨碳素復合結構陰極碳塊的電壓調整碳素層用不定型碳素材料或TiB₂/C材料制成，與石墨電極二者之間用模壓搗固和熱焙燒的方法構造在一起。

鋁電解槽專用石墨碳素復合結構陰極碳塊的石墨電極端部或端角部連接構造有導電金屬連接件，用于和鋁電解槽母線相連接。鋁電解槽專用石墨碳素復合結構陰極碳塊取消了原陰極碳塊鋼棒組陰極碳塊下底部沿陰極碳塊長度方向的鋼棒槽以及槽內的陰極鋼棒的設置，在石墨電極的端部或端角部設置有金屬導電連接件，在石墨電極部件的上部和外表面部，構造上用碳素、石墨質材料、TiB₂/C材料作為主體材料的電壓調整碳素層，結合鋁電解槽的工況使用條件，和歐姆定律，對兩種不同電阻值的部件進行功能優化組合設計，構造出應用于鋁電解槽陰極導電結構的專用石墨碳素復合結構陰極碳塊。具有導電效率高，電組值低，抗電解質腐蝕，熱應力小，減少熱損失，有利熱平衡、綜合造價低等特點，為電解槽節能設計奠定了技術和經濟基礎。

附圖說明：