[發(fā)明專利]一種鋁電解槽用可降低鋁液水平電流的陰極鋼棒結構

有效

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• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113445079B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 章凱羽;張能奇;汪云徽;唐宇;梁亞楠;蘇德鵬
• 申請（專利權）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發(fā)明公開了一種鋁電解槽用可降低鋁液水平電流的陰極鋼棒結構，包括第一陰極鋼棒（條形）、第二、第三陰極鋼棒（U型）以及將三個陰極鋼棒分隔的分隔層。本發(fā)明整體嵌入到陰極碳塊的底部，其中一端嵌入陰極碳塊中靠近陰極碳塊中段的位置，另一為出電端，出電端延伸并超出陰極炭塊對應側側面。本發(fā)明相鄰陰極鋼棒之間設置分隔層，由分隔層將三個陰極鋼棒隔離，并且三個陰極鋼棒頂面呈階梯狀排列。本發(fā)明大幅降低了鋁電解槽鋁液層中水平電流密度，且僅調整了陰極鋼棒和陰極炭塊的結構配置，結構簡單，易于工業(yè)實現(xiàn)。

技術領域

本發(fā)明涉及鋁電解槽領域，具體是一種鋁電解槽用可降低鋁液水平電流的陰極鋼棒結構。

背景技術

鋁電解行業(yè)是國民經濟支撐性行業(yè)，具有重要的戰(zhàn)略意義。2020年，我國年鋁產量達到了5000萬噸，近十年平均增長率為12%。現(xiàn)在的鋁電解仍以冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法（霍爾-埃魯特法）為基本原理，實際電解過程發(fā)生在高溫強電流的工況環(huán)境中，大電流經由陽極母線輸入陽極鋼爪和炭塊后，流過高阻值的電解質和液態(tài)金屬鋁層，最后通過陰極炭塊和陰極鋼棒輸出。

但在實際生產過程中陽極炭塊流出的電流擴散至電解質層，由于截面大小差異，電流發(fā)生偏轉，產生額外的水平分量，這些水平電流與外加的垂直磁場共同作用產生電磁力。磁場對電解質氣泡行為和鋁液行為影響較大，磁場的優(yōu)化較為有限，因此針對水平電流的優(yōu)化成為了主要的研究方向。

國內外團隊在基于電流分布優(yōu)化的電解槽結構方向上，著力于改變電解槽陰極碳塊外形特征和材料，如傾斜的陰極表面，帶有突起的表面結構對電流分布進行優(yōu)化，或者采用不同電導率的陰極碳塊材料降低液態(tài)鋁層的水平電流密度。

但在針對陰極形狀進行改造時，不僅需要考慮新形狀對水平電流密度的影響，還需要保證改造陰極結構的穩(wěn)定性、足夠疲勞強度以及壽命要求等。因此在不改變陰極碳塊材料和結構的前提下，對陰極鋼棒進行優(yōu)化設計，實現(xiàn)降低鋁電解槽鋁液層水平電流密度具有非常重要的意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種鋁電解槽用可降低鋁液水平電流的陰極鋼棒結構，以解決現(xiàn)有技術鋁電解槽中鋁液水平電流密度高、陰極鋼棒出電端電荷易匯聚的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為：

一種鋁電解槽用可降低鋁液水平電流的陰極鋼棒結構，其特征在于：包括第一陰極鋼棒、第二陰極鋼棒和第三陰極鋼棒，其中：

第三陰極鋼棒成型為U型，第三陰極鋼棒中U型口的開口所在端面為出電端；

第二陰極鋼棒設置于第三陰極鋼棒的U型口中，第二陰極鋼棒的一端作為出電端并設有U型凹口，第二陰極鋼棒的出電端與第三陰極鋼棒的出電端齊平，第二陰極鋼棒的底面與第三陰極鋼棒底面齊平，第二陰極鋼棒的高度小于第三陰極鋼棒的高度，第三陰極鋼棒的U型口內壁與第二陰極鋼棒對應的外壁之間間隙設有分隔層；

第一陰極鋼棒設置于第二陰極鋼棒U型凹口中，第一陰極鋼棒的一端作為出電端與第二、第三陰極鋼棒的出電端齊平，第一陰極鋼棒的底面與第二、第三陰極鋼棒的底面齊平，第一陰極鋼棒的高度小于第二陰極鋼棒的高度，第二陰極鋼棒的U型凹口內壁與第一陰極鋼棒對應的外壁之間間隙設有分隔層。

所述的一種鋁電解槽用可降低鋁液水平電流的陰極鋼棒結構，其特征在于：第三陰極鋼棒、第二陰極鋼棒之間分隔層高度與第二陰極鋼棒高度一致。

所述的一種鋁電解槽用可降低鋁液水平電流的陰極鋼棒結構，其特征在于：第二陰極鋼棒、第一陰極鋼棒之間分隔層高度與第一陰極鋼棒高度一致。

所述的一種鋁電解槽用可降低鋁液水平電流的陰極鋼棒結構，其特征在于：所述分隔層為絕緣材料制成，所述絕緣材料采用碳化纖維/聚四氟乙烯生料帶編織填料（JB/T8560-2013）。