[發明專利]一種同時降低鋁液水平電流和陰極炭塊表面最大電流的鋁電解槽陰極結構

在審

• 申請號: 201710254213.0
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN106929880A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 陶文舉;王兆文;高炳亮;石忠寧;胡憲偉;劉風國;楊酉堅
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 俞魯江

技術領域

一種同時降低鋁液水平電流和陰極炭塊表面最大電流的鋁電解槽陰極結構，涉及一種鋁電解槽技術領域。

背景技術

目前，工業煉鋁仍采用傳統的霍爾-埃魯鋁電解工藝。生產電解鋁的為大型預焙鋁電解槽，在鋁電解槽中，強大的直流電從陽極母線進入到陽極導桿，電流從陽極導桿垂直向下，以此經過陽極炭塊和電解質、鋁液和陰極炭塊，最后由水平放置的陰極鋼棒匯集導入到陰極母線中。由于陰極鋼棒水平放置，導致電流在電解槽中有較大方向的改變，這對鋁電解槽產生了不利的影響。

一方面，鋁電解槽這種結構使得鋁液中產生了較大的水平電流分量。水平電流和垂直磁場產生作用，使得鋁液產生較大的波動。這給鋁電解槽生產帶來諸多不便。鋁液的波動會使極距難以控制，極距太小可能導致鋁電解槽局部短路和加速鋁液的二次氧化，造成電流效率的降低。極距過大會增加電解槽的槽電壓，增加能源消耗。另一方面，導致陰極炭塊表面電流分布的不均，在靠近槽側部的位置產生了較大的電流，由于陰極炭塊的腐蝕速率隨著電流的增加而加快，導致靠近槽側部的位置腐蝕最快，最終造成整個陰極炭塊產生了“W”型的破損。

降低鋁液中的水平電流，對于更好的控制鋁電解槽中的極距，增加電流效率和減小噸鋁能耗具有重要的意義。近年來，國內外有很多關于采用雙鋼棒、鋼棒開縫、垂直鋼棒、異型鋼棒等技術改善鋁液中水平電流的方法。在中國專利申請CN201110286115.8中針對減小鋁液中水平電流這一技術問題，公開了一種陰極結構，其通過在陰極鋼棒沿長度方向設置分隔縫的方法來減小鋁液中的水平電流。但這些方法都是集中于對陰極鋼棒的改進，在鋁電解槽中，由于鋼棒中存在非常大的電流，在鋼棒附近改動使得鋼棒中電流發生較大的變化，使得鋼棒附近以及陰極溫度場發生較大的改變，為鋁電解槽陰極的熱平衡帶來了新的挑戰，為鋁電解槽槽底的保溫也帶來了新的要求。需要對電解槽進行大量的改進，增加投資成本。另外，這些設計對鋁電解槽陰極炭塊表面電流分布的影響卻很小。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種既可以降低鋁液中水平電流，又可以降低陰極炭塊表面最大電流的方法，通過將傳統電解槽單個陰極炭塊分成多個陰極炭塊，利用絕緣扎糊和導電扎糊將各炭塊連接，改善電流在陰極炭塊中的分布，從而達到預期的目的，該方法可有效降低鋁電解槽中鋁液中水平電流和陰極炭塊表面最大電流，并且簡單易行，不需要對現有電解槽結構進行較大改變，改動投資較少。具體技術方案如下：

一種同時降低鋁液水平電流和陰極炭塊表面最大電流的鋁電解槽陰極結構，包括多個陰極炭塊，絕緣扎糊，導電扎糊和陰極鋼棒，所述陰極鋼棒和多個陰極炭塊通過所述絕緣扎糊和導電扎糊連接。

所述多個陰極炭塊種類可以相同，也可以不同，所述陰極炭塊的種類為無定形、半石墨質、半石墨化或石墨化的一種或幾種。

所述絕緣扎糊可以在水平方向或豎直方向連接多個陰極炭塊,也可以同時在水平方向和豎直方向連接多個陰極炭塊。。

所述陰極炭塊的高度為200～650mm，長度為200～2000mm，所述陰極鋼棒的高度為50～200mm，絕緣扎糊的厚度在5～20mm，長度在50～1000mm，導電扎糊厚度在5～20mm，長度在500～2000mm。

本方法的優點是：通過導電扎糊和絕緣扎糊連接多個陰極炭塊，改變陰極炭塊的電路拓撲結構，從而達到降低鋁液中水平電流和陰極炭塊表面最大電流的目的。減小水平電流，可以降低鋁液波動，從而降低極距和減少鋁的二次氧化，增加電流效率，降低噸鋁能耗。減小陰極炭塊表面最大電流，可以減緩陰極炭塊的破損速率，延長電解槽壽命。此外，本方法簡單易執行，不需要對現有電解槽結構進行較大改變，改動投資較少。

附圖說明

圖1為傳統的鋁電解槽陰極炭塊結構的剖面示意圖。

圖2為本發明實施例1中的兩個炭塊在水平方向采用絕緣扎糊、在豎直方向采用導電扎糊連接的剖面示意圖。

圖3為本發明中的兩個炭塊在水平方向采用絕緣和導電扎糊、在豎直方向采用導電扎糊連接的剖面示意圖。

圖4為本發明中的兩個炭塊在水平方向采用絕緣扎糊、在豎直方向采用導電和絕緣扎糊連接的剖面示意圖。

圖5為本發明中的被劃分為上下兩個陰極炭塊，僅在水平方向采用絕緣和導電扎糊連接的剖面示意圖。

圖6為本發明專利中的被劃分為三個陰極炭塊，在水平方向采用絕緣扎糊，在豎直方向采用導電扎糊連接的剖面示意圖。