一種鋁電解槽新型結構陰極的製作方法
2023-07-13 08:01:01 3
專利名稱：一種鋁電解槽新型結構陰極的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於鋁電解槽結構的技術領域，即提出一種鋁電解槽陰極的 新的結構設計方案。
技術背景隨著鋁電解槽容量增大和電流密度的提高，對電解槽陰極的要求越來越 高，採用石墨化陰極已勢在必行。石墨化陰極可確保低的陰極壓降進而實現 高電流密度下的熱平衡，同時可提高陰極抗電解質和鈉滲透的能力，還可減 小陰極膨脹，提高電解槽壽命。然而，石墨化陰極的最大缺點是其抗熔體磨蝕能力差。如果僅僅是採用 石墨化陰極而不相應地對陰極結構、參數進行改進，結果必將是由於陰極的 快速、不均勻磨蝕，因而導致內襯早期破損，最終失去了採用石墨化陰極的 積極意義。中國專利ZL008045卯.9報導了一種"用於電解鋁的石墨陰極"，它揭示 了陰極中電流密度的計算顯示，在陰極棒電流引出端方向的電流密度較高， 而在陰極末端區觀察到的高腐蝕正對應於陰極中高電流密度的區域。該發明 的石墨制陰極是單塊的，而且其電阻率沿其軸向是不均勻的，該電阻率在陰 極末端比陰極中部區高。而陰極的平均電阻率保持在適合電解槽最優化操作 的數值。
具體實施方式
則是對陰極末端區和中部區採用不同的熱處理工藝參 數，以使該兩區域陰極的電阻率不同。這一方案大大增加製造石墨陰極的工 藝難度，提高了石墨化陰極的製造成本，並不是一種改良石墨化陰極磨損問
題的最佳方案。 實用新型內容本實用新型提出了一種新型的陰極結構，通過改變陰極棒的結構，對陰 極棒局部進行絕緣，來實現陰極表面以及鋁液內電流密度的均勻分布，既可 保證陰極的均勻磨蝕，又可實現鋁液內電流基本在垂直方向的均勻分布，從 而降低了磁場對鋁液的電磁力的作用，進一步又可減小陰極磨蝕，達到了一 舉兩得的極佳效果。本實用新型所提出的鋁電解槽新型結構陰極，包括陰極碳塊、陰極搗糊 和陰極鋼棒，其特徵在於在陰極鋼棒上間隔地開有一個以上的溝槽，溝槽 用耐火絕緣材料包覆並用耐火水泥抹平。本實用新型在陰極鋼棒上所開有的溝槽，可以是開在鋼棒的上表面，也 可以是開在鋼棒的兩側面;還可以是在鋼棒的上表面和兩側面同時開有溝槽。 鋼棒上的溝槽，其斷面形式可以是矩形、梯形或三角形。 鋼棒上溝槽沿軸向的間距即溝槽沿軸向的長度有所不同，它們要根據陰 極電流密度的均勻分布而計算確定。本實用新型的陰極組組裝時，先將鋼棒的溝槽用耐火絕緣材料包好，再 用耐火水泥將溝槽抹平，待耐火水泥乾燥後，按常規方法將鋼棒與陰極碳塊 用搗糊或其它結合材料組合成一體。至於鋼棒導電面積的減小所引起的陰極 壓降的增加，可以通過石墨化陰極來彌補。計算結果表明採用本實用新型 結構的陰極組可比採用普通碳塊、普通結構的陰極組的電壓降降低10~20%。 由於本實用新型的陰極可以實現陰極表面和鋁液內電流的均勻分布，因 而既可以實現陰極的均勻消耗，又降低了電磁力對鋁液的攪拌作用，減小磨 損，從而延長了鋁電解槽壽命、提高了經濟效益。
圖1是本實用新型的陰極組的剖面示意圖；圖2為本實用新型的帶溝槽的陰極鋼棒的主視圖。圖3為溝槽斷面示意圖，圖3a為矩形溝槽，b為梯形溝槽，c為三角形在圖l， 2中，l為陰極碳塊；2陰極搗糊；3絕緣包層；4陰極鋼棒，5 為溝槽，A為溝槽沿鋼棒軸向長度。
具體實施方式
下面結合圖1、2對本實用新型的鋁電解槽新型結構的陰極作進一步的說 明和補充。本實用新型的鋁電解陰極由陰極碳塊1 、陰極搗糊2、和陰極鋼棒4組成。 陰極鋼棒上開有一個以上的溝槽5，溝槽的沿鋼棒軸向長度A自裡向外依次 加大，這樣也就解決了陰極電阻率沿軸向是不均勻的問題。在陰極鋼棒的溝 槽內包裹好無鹼玻璃纖維布，再用耐火水泥塗敷其上，直到將溝槽抹平3。待 耐火水泥乾燥後，按常規方法將鋼棒與陰極碳塊用搗糊或其它結合材料組合 在一起，就製造好鋁電解槽陰極，安裝到電解槽底部。 實施例l 300KA鋁電解槽如圖l，陰極鋼棒長為1600mm，開三個溝槽，槽斷面如圖3a呈矩形。 溝槽沿鋼棒軸向長度A分別為50mm、 100mm、 150mm。溝槽深度分別為5mm、 15mm、 20mm，加工表面在鋼棒工表面。鋼棒溝槽加工好之後，用無鹼玻璃 纖維布纏繞，再塗敷好耐火水泥，直至抹平溝槽。最後按常規方法將鋼棒用 陰極搗糊同陰極碳塊組裝而成電解槽陰極。使用後陰極表面和鋁液中電流分 布均勻，效果良好。
實施例2 350KA鋁電解槽如圖1、 2，陰極鋼棒長為1800mm,開5個溝槽，槽斷面如圖3b呈梯 形。溝槽沿鋼棒軸向長度為A分別為50、 100、 150、 200、 300mm;溝槽開 在鋼棒兩側面，溝槽深度為10mm。鋼棒加工好之後，用絕緣纖維纏好，再 塗敷耐火水泥直至將溝槽抹平。最後再按常規方法組裝成陰極。 實施例3 400KA鋁電解槽如圖1、 2，陰極鋼棒長為1900mm,開8個溝槽，斷面如圖3c呈三角 形。溝槽沿鋼棒軸向長度A分別為50、 100、'100、 150、 150、200、250、300mm， 溝槽開在上表面和兩側面，其深度為20mm。鋼棒加工好之後，用絕緣纖維 纏好，再塗敷好耐火水泥，直至抹平。最後再同石墨化陰極碳塊用陰極搗糊 組裝成一體。本實用新型採用在陰極鋼棒上開槽和槽內充填絕緣材料的方法，改變鋼 棒沿軸向電阻的大小，從而在保持陰極平均電阻率在適合電解槽最優化操作 的數值的前提下，使電解槽陰極表面和鋁液中電流密度達到均可分布。本實 用新型不僅適用石墨化陰極，也適用其它陰極碳塊，應用極為廣泛。
權利要求1、一種鋁電解槽新型結構陰極，包括陰極碳塊、陰極搗糊和陰極鋼棒，其特徵在於在陰極鋼棒上間隔地開有一個以上的溝槽，溝槽用耐火絕緣材料包覆並用耐火水泥抹平。
2、 按權利要求1所述的電解槽新型結構陰極，其特徵在於所說的溝槽可 以是開在鋼棒的上表面。
3、 按權利要求1所述的電解槽新型結構陰極，其特徵在於所說的溝槽可 以是開在鋼棒的兩側面上。
4、 按權利要求1所述的電解槽新型結構陰極，其特徵在於所說的溝槽可 以是同時開在鋼棒的上表面和兩側面上。
5、 按權利要求1或2所述的電解槽新型結構陰極，其特徵在於溝槽的斷 面可以是矩形、梯形或者三角形。
6、 按權利要求1或3所述的電解槽新型結構陰極，其特徵在於溝槽的斷 面可以是矩形、梯形或者三角形。
7、 按權利要求1或4所述的電解槽新型結構陰極，其特徵在於溝槽的斷 面可以是矩形、梯形或者三角形。
專利摘要一種鋁電解槽新型結構陰極，包括陰極碳塊、陰極搗糊和陰極鋼棒，其特徵在於在陰極鋼棒上間隔必開有一個以上的溝槽，溝槽用絕緣材料包覆並用耐火水泥抹平。所說的溝槽可開在鋼棒的上表面；也可開在鋼棒的兩側面；還可以是在鋼棒的上表面和兩側面同時開槽。槽的斷面可以呈矩形、梯形或三角形。通過對陰極鋼棒局部絕緣的方法，來調節陰極各區間的電阻，從而實現陰極表面和鋁液內電流密度的均勻分布，既可保證陰極的均勻磨蝕，又可降低磁場對鋁液的電磁作用，達到一舉兩得的極佳效果。
文檔編號C25C3/08GK201031257SQ20072001175
公開日2008年3月5日 申請日期2007年4月20日 優先權日2007年4月20日
發明者戚喜全, 王德全 申請人:東北大學設計研究院(有限公司)