[實用新型]能大幅度降低水平電流的電解槽

有效

• 申請號: 201120289383.0
• 申請日: 2011-08-10
• 公開（公告）號: CN202181357U
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 劉正;楊朝紅;郭海龍;陳穎;黃俊;劉堅;周劍飛;程然
• 申請（專利權）人: 貴陽鋁鎂設計研究院有限公司
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 吳無懼

技術領域

本實用新型涉及一種電解槽。

背景技術

當今的鋁電解工業正在向槽容量大型化發展。2005年以來，國內先后建設了350—500kA大型電解槽，現有槽型也在不斷地強化電流。在電解槽的大型化和電流強化的趨勢下，電解槽穩定性的研究成為電解槽的設計和生產中越來越重要的課題之一。

鋁液中水平電流是鋁電解槽生產之大忌，因為鋁液中的水平電流與垂直磁場相互作用，產生電磁力，導致鋁液的流動、波動和電解槽不穩定。水平電流過大，對電解槽的穩定性、技術經濟指標都有很大的影響。另外，水平電流會使熔體流速加快，沖蝕爐幫，破壞爐膛，引發槽內襯破損，影響槽壽命。所以水平電流對電解槽的穩定性、電流效率、槽壽命的影響非常大，我們必須在設計和生產中想辦法減小電解槽的水平電流。分析水平電流的成因和防治對策，對電解槽生產管理有非常重要的意義。

從理論上來講，電解槽的不穩定是由鋁液中的水平電流和垂直磁場作用產生的電磁力引起的，電磁力的計算公式為????????????????????????????????????????????????。寫成三個方向分量的形式則變成：

???????????????????????????????????????????????(1)

當且時，則上述公式變為：

????????????????????????????????????????????????????(2)

式(1)和(2)中：是電磁力，是電流密度，是磁場強度；、、分別指電解槽的長軸方向、短軸方向和垂直方向。

從上面公式可以看出，當電解槽水平電流密度均為0時，電磁力將不受垂直方向的磁場的影響。因此只要能在設計和生產中把水平電流密度控制得很小，即使磁環境差一些，電解槽仍可以穩定地進行生產。也就是說，水平電流密度變小后，電解槽穩定性受垂直磁場的影響將會變小。電解槽磁場設計最重要的任務就是想辦法降低垂直方向的磁場，以增強電解槽的穩定性，而減小水平電流可以達到同樣的目的。

隨著技術的進步，大型槽的電壓已經能控制在4V以內，因此電解槽的保溫效果越來越重要。但電解槽的加工面寬度卻一直在270mm及以上，大加工面會導致電解槽散熱增大，從而需要更高的槽電壓來補充其散熱量；另外，過大的加工面不利于電解槽形成規整的爐膛，因此不利于控制電解槽水平電流。

以貴陽鋁鎂設計研究院設計的420kA電解槽為例，在以往的使用中，鋁液層水平電流最大值在5000A/m²左右，平均值在2721A/m²，電解槽短軸方向水平電流分布如圖1所示。

傳統電解槽存在以下不足：

(1)?陰極炭塊和陰極鋼棒的結合形式用扎糊全部填充的方式連接，電解槽短軸方向的水平電流比較大。

(2)?陰極鋼棒在陰極炭塊中不均布，引起長軸方向的水平電流較大；

(3)?電解槽的大面加工面比較寬，不利于建立規整的爐膛；

(4)?陰極炭塊比陽極炭塊窄，引起長軸方向的水平電流較大。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是，提供一種能大幅度降低水平電流的電解槽，以克服現有技術存在的水平電流比較大，電解槽工作穩定性差等不足。

為了解決上述的技術問題，本實用新型采用以下技術方案：陰極鋼棒采用“漸變式”陰極扎糊結構，即采用斜面或階梯式截面的陰極扎糊結構，在斜面或階梯式截面處填充耐高溫絕緣材料（如陶瓷纖維棉、高強澆注料等）；陰極鋼棒在陰極炭塊中等比例布置；爐膛的大面加工面控制在240—269mm之間；采用陰極炭塊與陽極炭塊對齊結構，即陰極炭塊寬度與陽極寬度相等，其值在600mm—800mm之間。

在階梯式截面處填充的耐高溫絕緣材料形成階梯，該階梯滿足以下關系：

?，式中為陰極炭塊長度，為階梯中耐高溫絕緣材料長度；

，，為扎糊總高度，、分別為階梯中耐高溫絕緣材料兩個“階梯”的高度。

所述的斜面處填充的耐高溫絕緣材料形成三角體，該三角體滿足下列關系：

?，式中為陰極長度，為三角體中耐高溫絕緣材料長度；

，式中為扎糊總高度，為三角體中耐高溫絕緣材料高度。

陰極鋼棒在陰極炭塊中等比例布置是指陰極鋼棒等比例分布于陰極炭塊中，滿足下列關系：

，式中為陰極炭塊寬度，為從陰極炭塊邊緣到陰極鋼棒中心的距離，該距離與陰極鋼棒中心到陰極炭塊中心的距離相等。

以上技術方案的特點如下：