[發(fā)明專利]一種可優(yōu)化電場均勻性的鋁電解槽陰極母線連接方式及裝置

有效

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• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN107557814B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設計）人: 張紅亮;李劼;孫珂娜;冉嶺;李天爽;國輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學
• 主分類號: C25C3/16
• 分類號: C25C3/16
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 龔燕妮

本發(fā)明提供了一種可優(yōu)化電場均勻性的鋁電解槽陰極母線連接方法及裝置，該方法為將電解槽的陰極電極單元的進電側(cè)通過進電銅板帶連接到進電陰極大母線排上，將陰極電極單元的出電側(cè)通過出電銅板帶連接到出電陰極大母線排上；其中，同一臺電解槽中的每一根銅板帶的長度與截面積之比均相等；每一個陰極電極單元對應一根進電銅板帶和一根出電銅板帶；所有進電銅板帶均連接在進電陰極大母線排上，所有出電銅板帶均連接在出電陰極大母線排上。本發(fā)明通過采用銅板帶替代現(xiàn)有的鋁質(zhì)軟母線和連接母線排，徹底解決了現(xiàn)有陰極軟母線間電阻不均衡導致的電解槽陰極載流不均的問題，并且提升了電解槽母線的安全性，施工方便、成本低廉，具有極高的工業(yè)推廣價值。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于鋁電解技術(shù)領域，尤其涉及一種可優(yōu)化電場均勻性的鋁電解槽陰極母線連接方法及裝置。

背景技術(shù)

鋁電解槽的母線由陰極母線、陽極母線、立柱母線、連接母線等組成。母線在電解槽中的作用十分重大，它不但承擔著將電流從上游電解槽陰極棒輸送至下游電解槽陽極棒的功能，更重要的作用是影響鋁電解槽的物理場分布，從而決定電解槽的電流效率與能耗的指標高低，此外，由于用量較為大，母線系統(tǒng)成本也相當昂貴，約占基建費用的25％左右。電解槽的母線中，不同的槽型，其陽極母線、立柱母線和連接母線基本類似，無太大的差異，而陰極母線的配置則會存在較大的差異，它也成為每一類槽型的技術(shù)特征之一。

鋁電解槽的陰極母線又包括與鋼棒連接的陰極軟母線、連接陰極軟母線的連接母線排及大母線排。其中，陰極軟母線的主要作用是將陰極鋼棒流出的電流導入到連接母線排，再匯入到大母線排，由大母線排連接至立柱母線，進入下一臺電解槽。陰極軟母線通常是幾根為一組，如附圖1和附圖2所示，把它們的電流集中到一根連接母線排上。在幾根陰極軟母線編為一組連接到連接母線排時，它們的連接方式可為一字型，或丁字型，各陰極軟母線與連接母線排之間的連接為垂直連接。

這種連接方式為目前工業(yè)上常用的模式，其優(yōu)點是工藝較成熟，但這種方式存在一個致命缺點，即該連接會導致各陰極軟母線的電阻不相等，造成其電流分布的不均勻，其根源在于當前的陰極軟母線和連接母線排的連接模式。隨著當前特大型電解槽(>500kA)的不斷推廣，其進電側(cè)和出電側(cè)的電流量已達到200-320kA，陰極軟母線的分組數(shù)量常多達5～9組，一組陰極軟母線的電流量已達到40-80kA，一旦陰極軟母線電阻出現(xiàn)偏差，其載流量的偏差將會達到數(shù)千安培，盡管可以通過設置軟母線的片數(shù)，但由于軟母線所用的金屬鋁熔點低(600℃左右)，無法承載高電流密度，且受制于這種連接模式，傳統(tǒng)的鋁軟母線和連接母線排的方式必然不能從根本上解決電阻的均衡問題，即會出現(xiàn)同一個編組內(nèi)，各陰極軟母線承載的電流會存在較大偏差，部分甚至達到10％以上。此時，與陰極軟母線連接的陰極鋼棒的電流亦會出現(xiàn)類似的偏差，這將大幅影響電解槽內(nèi)電流的分布均勻。這一現(xiàn)象也是當前電解槽進電側(cè)與出電側(cè)電流分配不均勻、陰極炭塊承載電流量不相等的根源，而一旦電場分布出現(xiàn)不均勻，電解槽內(nèi)其他物理場(如磁場、流場等)同樣會出現(xiàn)各種不穩(wěn)定的狀況，嚴重影 響槽的運行與能耗指標。

盡管在母線的設計領域，國內(nèi)部分研究人員提出過一些優(yōu)化方案，但所用的陰極連接方式仍然是傳統(tǒng)的模式，即用鋁軟母線，但改變了連接母線的設計，如貴陽鋁鎂設計研究院的專利(ZL200510200363.0)及沈陽鋁鎂設計研究院的專利(ZL200810012376.9)，這些專利在一定程度上改善了母線的電阻均衡及電流分布，未能從根本上解決電阻不均勻的情況。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中，電解槽內(nèi)由于陰極軟母線電阻不均勻而導致電場分布不均的難題，本發(fā)明提出了一種可優(yōu)化電場均勻性的鋁電解槽陰極母線連接方法及裝置。

本發(fā)明提供了一種可優(yōu)化電場均勻性的鋁電解槽陰極母線連接方法，該方法具體為：將電解槽的陰極電極單元的進電側(cè)通過進電銅板帶連接到進電陰極大母線排上，將所述陰極電極單元的出電側(cè)通過出電銅板帶連接到出電陰極大母線排上；

其中，同一臺電解槽中的每一根銅板帶的長度與截面積之比均相等；