CN101838820A - 一种阴极导电结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝电解槽阴极导电结构，属于铝电解槽技术领域。本发明一种阴极导电结构，它包括侧部内衬(1)、阴极炭块(7)、阴极炭块间扎固材料(5)、底部内衬(6)，其特征在于阴极炭块(7)的底部安装导电螺钉(2)，导电螺钉(2)通过导电板(3)连接到导电棒(4)，导电棒(4)穿过底部内衬(6)伸出槽外。本发明结构的阴极，基本消除了铝液中的水平电流，同时阴极导电路径缩短，一方面提高了电解槽的稳定性，可以实现更低极距生产；另一方面降低了阴极本身的压降。因此采用本发明阴极导电结构的铝电解槽具有非常显著的节能效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝电解槽阴极导电结构，属于铝电解槽技术领域。
背景技术
目前用于铝工业生产的Hall-Heroult电解槽使用炭素阳极和阴极，通过电解熔融的氧化铝生产铝，电解质主要由冰晶石和氧化铝熔体组成，另外还有溶解在其中的氟化铝和其它氟化盐。电解析出的铝蓄积在槽底炭块阴极上部，形成铝液层，并作为阴极的一部分。由于电解槽内的铝液受到车间内电磁场的影响而运动，需要保持一定高度的铝液，减少与电解质接触界面的波动。目前工业电解槽保持的铝液水平通常为10～30cm之间，在此情况下，仍需要保持4.5cm左右的极距，极距的高低主要受到电解槽稳定性的影响，在现有电解槽的阴极结构和磁场条件下，进一步优化磁场分布提高电解槽的稳定性，进而降低极距已经成为一件非常困难的事情。
现有的Hall-Heroult铝电解槽，根据尺寸和电解工艺的不同都存在一个普遍的问题就是电能效率较低，一般在45～50％之间，其余的电能都转化为热能散失掉了。现有铝电解槽的极距一般都在4.5cm左右，造成电能效率低的主要原因就在于现有普通预焙槽由于磁场造成的铝液波动，因此为了保证电解槽的稳定生产往往需要保持较大的极距。
另外，现有电解槽的阴极钢棒水平安装在阴极炭块的底部，电流通过铝液进入阴极炭块后逐渐向阴极钢棒的端头汇集，导致铝液中产生较大的水平电流，水平电流是影响电解槽稳定性的一个重要因素，因此，提高电解槽稳定性的一个重要因素是消除水平电流；此种阴极结构，电流流经阴极的路径长，阴极钢棒与阴极炭块的接触电阻大，导致阴极压降高，这也是造成现有电解槽能耗高，电能效率较低的一个因素。
电能效率低造成了工业电解槽上巨大电能无谓的消耗，铝电解槽节能降耗的手段有两种，一种是提高电流效率，另一种就是降低极距，降低槽电压。而现有的电解槽，电流效率大都在90～96％之间，提高电流效率的空间有限。目前铝电解槽极距一般在4.5～5cm左右，极距带来的压降约为总能耗的40％，极距的降低给节能降耗提供了很大的空间，但是由于传统电解槽本身结构的限制，降低极距，由于受水平电流和磁场带来的铝液电解质界面波动影响，电解槽就会变得不稳定，丢失电流效率，很难达到节能的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种阴极导电结构，目的是一方面基本消除铝液中的水平电流；另一方面阴极压降也显著降低。水平电流的消除可以降低电流与磁场产生的电磁力，从而减小电解槽内铝液的流动和减缓铝液与电解质界面的波动，为降低极距、提高铝电解槽的电能效率创造了有利条件。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：一种阴极导电结构，它包括侧部内衬、阴极炭块、阴极炭块间扎固材料，其中阴极炭块的底部安装导电螺钉，导电螺钉通过导电板连接到导电棒，导电棒穿过底部内衬伸出槽外。
所述的每组阴极炭块垂直安装1～4000个导电螺钉。
所述的1～1000个导电螺钉通过导电板连接到一根导电棒。
导电螺钉垂直安装在阴极炭块底部。
所述的导电板紧贴阴极炭块底。
所述的导电板与阴极炭块底面之间设有间隙，间隙中填充防渗浇注料。
所述的阴极炭块的截面形状为方形、凸台形、梯形、三角形、圆形或椭圆形。
所述的导电棒从槽底或槽侧面穿出。
所述的导电棒的截面形状可以为圆形，椭圆形，矩形，三角形等形状。
本发明的特点和效果如下：
本发明铝电解槽阴极导电结构：阴极炭块底部安装一定数量的导电螺钉，螺钉通过导电板连接到导电棒上，导电棒从槽底或侧部穿出。此结构的阴极，基本消除了铝液中的水平电流，同时阴极导电路径缩短，一方面提高了电解槽的稳定性，可以实现更低极距生产；另一方面降低了阴极本身的压降。因此采用本发明阴极导电结构的铝电解槽具有非常显著的节能效果。
本发明由于采用上述阴极导电结构，铝电解槽可以实现在更低极距下生产，铝液中的水平电流基本消除，阴极压降显著降低，大大降低了磁场对铝电解生产稳定性的影响。
附图说明
图1是本发明的阴极导电结构，导电板紧贴阴极炭块底的结构示意图。
图2是本发明的阴极导电结构，导电板离开阴极炭块底一定距离的结构示意图。
图3是本发明的阴极导电结构，单块阴极导电板紧贴阴极炭块底的结构示意图。
图4是本发明的阴极导电结构，单块阴极导电板离开阴极炭块底一定距离的结构示意图。
图5是图3和图4中A-A向结构示意图。
图6是阴极炭块中安装导电螺钉数量不同于图5的一种结构示意图。
图中，1、侧部内衬，2、导电螺钉，3、导电板，4、导电棒，5、阴极炭块间扎固材料，6、底部内衬，7、阴极炭块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限。
实施例1：
如图1所示，本发明阴极导电结构由侧部内衬1、阴极炭块7、阴极炭块间扎糊5、底部内衬6构成。阴极炭块底部垂直安装导电螺钉2，每组阴极炭块7底部安装的导电螺钉2的数量为1～2000个。每1～500根导电螺钉2通过导电板3连接到一根导电棒4上，导电棒4穿过底部内衬6从槽底穿出，导电棒4也可以从槽侧部穿出，如图1仅示出了从底部穿出的情况，但保护范围不受图例所限。本发明适用于各种截面形状的阴极炭块7，阴极炭块7的端部与侧部内衬1之间采用浇注料和周围糊捣固。侧部内衬1为周围糊和侧部炭块等耐火保温材料。导电板3紧贴阴极炭块7底。导电棒4的截面形状可以为圆形，椭圆形，矩形，三角形等形状。
实施例2：
如图2所示，铝电解槽的阴极导电结构由侧部内衬1、阴极炭块7、阴极炭块间扎糊5、底部内衬6构成。阴极炭块底部垂直安装导电螺钉2，每组阴极炭块7底部安装的导电螺钉2的数量为1～4000个，2～1000个导电螺钉2通过导电板3连接到一根导电棒4上，导电棒4穿过底部内衬6从槽底穿出，导电棒4也可以从槽侧部穿出，图2仅示出了从底部穿出的情况，但保护范围不受图例所限。本发明适用于各种截面形状的阴极炭块7，阴极炭块7的截面形状为可以为方形、凸台形、梯形、三角形、圆形、椭圆形等。阴极炭块7的端部与侧部内衬1之间采用浇注料和周围糊捣固。阴极炭块的端部与侧部内衬1之间采用浇注料和周围糊捣固。导电板3与阴极炭块7底面之间设有间隙，间隙中填充防渗浇注料。
本发明的铝电解槽的阴极结构，首先，由于采用了导电螺钉垂直安装在阴极炭块底部的形式，基本消除了铝液中的水平电流，减弱了磁场和水平电流产生的电磁力对铝液流动和界面波动地影响，提高了电解槽的稳定性；其次，阴极导电路径缩短，显著降低了阴极压降。
采用此种阴极导电方案设计的电解槽，由于磁场变化对于电解槽铝液波动影响很小，从而可以极大的简化母线设计，减少母线的用量，缩短电解槽之间的距离，降低建设费用。
Claims (9)
1.一种阴极导电结构，它包括侧部内衬(1)、阴极炭块(7)、阴极炭块间扎固材料(5)、底部内衬(6)，其特征在于阴极炭块(7)的底部安装导电螺钉(2)，导电螺钉(2)通过导电板(3)连接到导电棒(4)，导电棒(4)穿过底部内衬(6)伸出槽外。
2.根据权利要求1所述的阴极导电结构，其特征在于所述的每组阴极炭块(7)垂直安装1～4000个导电螺钉(2)。
3.根据权利要求2所述的阴极导电结构，其特征在于所述的1～1000个导电螺钉(2)通过导电板(3)连接到一根导电棒(4)。
4.根据权利要求1所述的阴极导电结构，其特征在于所述的导电螺钉(2)垂直安装在阴极炭块底部。
5.根据权利要求1所述的阴极导电结构，其特征在于所述的导电板(3)紧贴阴极炭块(7)底。
6.根据权利要求1所述的阴极导电结构，其特征在于所述的导电板(3)与阴极炭块(7)底面之间设有间隙，间隙中填充防渗浇注料。
7.根据权利要求1所述的阴极导电结构，其特征在于所述的阴极炭块(7)的截面形状为方形、凸台形、梯形、三角形、圆形或椭圆形。
8.根据权利要求1所述的阴极导电结构，其特征在于所述的导电棒(4)从槽底或槽侧面穿出。
9.根据权利要求1或8所述的阴极导电结构，其特征在于所述的导电棒(4)的截面形状可以为圆形，椭圆形，矩形，三角形等形状。
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