專利名稱：一種槽底出電鋁電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁電解槽領(lǐng)域，特別涉及一種槽底出電鋁電解槽。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)霍爾-埃魯特法(Hall-H6roult)鋁電解工藝一直是工業(yè)煉鋁的唯一方法， 盡管如此，其高能耗是Hall-H6roult工藝存在的主要缺點(diǎn)之一。導(dǎo)致能耗高的主要原因 有一是現(xiàn)行陰極塊表面各點(diǎn)到陰極鋼棒的距離不等，使得陰極電流分布不均，邊角部電流 難以從陰極碳塊向陰極鋼棒直接流出，容易在電解槽中產(chǎn)生水平電流，造成鋁液波動，鋁液 二次反應(yīng)導(dǎo)致了電流效率的降低；二是由于鋁液層垂直磁場絕對值過大及其水平梯度分布 不均，導(dǎo)致電解槽穩(wěn)定不佳，電解槽被迫在高極距下運(yùn)行，因此很大一部分能耗浪費(fèi)在這上 面。 由此看出，電解槽的出電方式直接影響著陰極電流分布的均勻性、水平電流的產(chǎn) 生以及陰極表面上的鋁液穩(wěn)定性?，F(xiàn)行鋁電解的出電方式幾乎都是從水平陰極鋼棒的兩個 端頭出電，這種傳統(tǒng)鋁電解出電方式存在的弊端因碳塊表面為水平面，陰極碳塊上表面靠 近槽中中心線部分至陰極鋼棒間導(dǎo)電距離不等，使得陰極電流分布不均，容易產(chǎn)生水平電 流和垂直磁場，加劇了陰極水平表面上的鋁液波動，鋁的二次反應(yīng)損失增大，從而導(dǎo)致鋁電 解電流效率下降和能耗的上升，并且電解槽的槽間距等都受到相應(yīng)的影響。因此，鋁電解傳 統(tǒng)出電方式不利于鋁電解的穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)能和槽壽命的延長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)行鋁電解中存在的鋁液和陰極電流分布不均、垂直磁場 大、陰極水平表面鋁液波動劇烈等缺陷，提供一種槽底出電鋁電解槽，該電解槽采用獨(dú)特的 陰極結(jié)構(gòu)和母線配置，使得鋁電解槽的鋁液與陰極電流分布均勻、水平電流與垂直磁場小 且陰極表面鋁液穩(wěn)定性好。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為 —種槽底出電鋁電解槽，具有多塊陰極，其特征在于，每一塊陰極由水平陰極鋼棒 垂直陰極鋼棒組成；或者，每一塊陰極由一個水平的扁平陰極鋼塊和一個或多個垂直陰極 鋼棒組成；所述的水平陰極鋼棒或扁平陰極鋼塊與垂直陰極鋼棒組成T型或Ji型結(jié)構(gòu)；所 述的垂直陰極鋼棒的底端與電解槽的陰極母線相連接；電解槽的陰極母線部分集中在電解 槽底部，部分分布于電解槽端部。 所述的陰極母線包括立柱母線、出電側(cè)槽外母線、用于連接垂直陰極鋼棒的軟母 線、槽底連接陰極母線和設(shè)置在槽體底面周邊的槽體磁場補(bǔ)償母線；電解槽兩端的立柱母 線經(jīng)槽體磁場補(bǔ)償母線與軟母線連接，其余的立柱母線經(jīng)出電側(cè)槽外母線與軟母線連接
電解槽的陰極母線配置呈對稱分布。 所述的水平陰極鋼棒和垂直陰極鋼棒采用壓接或焊接方式進(jìn)行連接。 所述的垂直陰極鋼棒與電解槽的陰極母線之間采用螺栓壓接或者焊接方式連接。
每一個所述的水平陰極鋼棒或扁平陰極鋼塊上等間距且相對于水平陰極鋼棒或 水平的扁平陰極鋼塊的水平長度方向的中心對稱設(shè)有2N根垂直陰極鋼棒；N為自然數(shù)。
垂直陰極鋼棒長度為伸出槽底面300-500mm，水平陰極鋼棒或扁平陰極鋼塊的端 部和電解槽的陰極炭塊端部對齊。 槽底出電鋁電解槽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于每個陰極鋼棒由一根水平鋼棒(對于非通長 鋼棒，則是兩根水平鋼棒)和兩根或2n根垂直鋼棒組成，垂直鋼棒與水平鋼棒的連接位置 可以在水平鋼棒的等分處，垂直鋼棒在槽底經(jīng)軟母線連接至匯集母線中，配合相應(yīng)的陰極 母線，構(gòu)成槽底出電鋁電解槽。所述的鋁電解槽的每個陰極的軟母線在電解槽底部中心線 進(jìn)行匯集，并連接到陰極匯集母線中，再連接至陰極母線中。所述的電解槽的母線配置呈對 稱分布，其中在補(bǔ)償陰極母線配置呈較分散配置，經(jīng)端部繞行至靠近鋁液面進(jìn)行磁場修正， 保證電解槽磁場的優(yōu)化。所述的電解槽采用6根立柱母線，電解槽的電流強(qiáng)度為400kA級。
發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于 1.本發(fā)明提供的槽底出電鋁電解槽，電流從鋁液面至陰極鋼棒的導(dǎo)電距離比傳統(tǒng) 出電更加合理，故從等電位原理及現(xiàn)有曲面型陰極的應(yīng)用效果可知，該種方案可以提高鋁 液和陰極電流分布均勻性，減少水平電流的產(chǎn)生，從而減小垂直磁場對鋁液的干擾，降低鋁 液的波動高度，以提高電解質(zhì)-鋁液界面穩(wěn)定性，減少鋁的溶解損失，有利于提高電流效率 和降低槽電壓，達(dá)到鋁電解節(jié)能降耗的目的。 2.本發(fā)明提供的槽底出電鋁電解槽及其陰極母線配置，其垂直磁場絕對值的平均 值和最大值可以大幅度降低，母線用量也沒有增加，并且垂直鋼棒的連接位置為水平陰極 鋼棒1/4處和3/4兩個地方，這是基于電流分布最優(yōu)化原則設(shè)置的，可以減緩電解槽內(nèi)陰極 鋁液的垂直波動幅度，提高陰極表面上鋁液的穩(wěn)定性，有利于降低極距，從而降低電解槽能 耗。 本發(fā)明采用T型或Ji型陰極鋼棒組合將使電解槽中電流分布更加合理，水平電流 密度進(jìn)一步降低；所采用補(bǔ)償母線系統(tǒng)能夠大幅度降低電解槽垂直磁場，從而減少電磁力 的影響，將更有利于電解槽的穩(wěn)定；母線配置的對稱性，則有利于施工和物理場規(guī)律性；水 平鋼棒與垂直鋼棒的連接采用焊接或壓接都有利于施工的進(jìn)行；當(dāng)使用更多的垂直鋼棒時
候，能更有效地均化電流，提高槽穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明的槽底出電鋁電解槽大面截面示意圖1為鋼制槽殼、2為石棉板、3 為側(cè)部內(nèi)襯、4為搗固糊、5為陰極炭塊、6a為水平陰極鋼棒、6b為垂直陰極鋼棒，7為耐火材 料和保溫材料、8為澆注料。 圖2為圖1中鋁電解槽A-A剖面圖，其中每根水平陰鋼棒裝有兩根垂直陰極鋼 棒。 圖3為圖1中鋁電解槽A-A剖面圖，其中每根水平陰鋼棒裝有四根根垂直陰極鋼棒。 圖4為本發(fā)明的平板陰極槽底出電鋁電解槽大面截面示意圖1為鋼制槽殼、2為 石棉板、3為側(cè)部內(nèi)襯、4為搗固糊、5為陰極炭塊、14板式水平陰極、6b垂直陰極鋼棒，7為耐火材料和保溫材料、8為澆注料。 圖5為本發(fā)明的400kA級槽底出電陰極母線結(jié)構(gòu)示意圖9為立柱母線，10為出電 側(cè)槽外母線，11為連接垂直陰極鋼棒的陰極軟母線，12為槽底連接陰極母線，13為槽體磁 場補(bǔ)償母線。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實施例1 : 如圖1所示，本發(fā)明的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽由鋼制槽殼1、石棉板2、側(cè)部內(nèi)襯3、 搗固糊4、陰極炭塊5、水平陰極鋼棒6a、垂直陰極鋼棒6b、耐火材料和保溫材料7以及澆注 料8組成。其中，一根水平通長陰極鋼棒配置有兩根垂直陰極鋼棒(如圖2所示)，垂直陰 極鋼棒與水平陰極鋼棒的連接的位置選取是通過物理場計算確定，本例中最佳連接點(diǎn)為水 平鋼棒的1/4 3/4處。該結(jié)構(gòu)因陰極表面至陰極鋼棒導(dǎo)電距離比較均勻，電解過程中陰 極電流分布均勻，因而可以減少電解槽水平電流的產(chǎn)生，從而減小垂直磁場對鋁液的干擾， 提高電流效率，降低槽電壓，可以實現(xiàn)鋁電解的節(jié)能降耗。該方案于400kA的鋁電解槽上， 母線配置見圖5所示，該種母線配置主要由立柱母線9，出電側(cè)槽外母線IO，連接垂直陰極 鋼棒的陰極軟母線ll，槽底連接陰極母線12和槽體磁場補(bǔ)償母線13組成，其中，槽體補(bǔ)償 母線能夠?qū)㈦娊獠鄣拇艌鲅a(bǔ)償?shù)椒浅＠硐氲乃?，亦為本專利最關(guān)鍵的特色之一。
實施例2 如圖1所示，本發(fā)明的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽由鋼制槽殼1、石棉板2、側(cè)部內(nèi)襯3、 搗固糊4、陰極炭塊5、水平陰極鋼棒6a、垂直陰極鋼棒6b、耐火材料和保溫材料7以及澆注 料8組成。其中，一根水平通長陰極鋼棒配置有四根垂直陰極鋼棒(如圖3所示)，垂直陰 極鋼棒與水平陰極鋼棒的連接的位置選取是通過物理場計算確定，本例中最佳連接點(diǎn)為水 平鋼棒的1/5 2/5與3/5 4/5處。該結(jié)構(gòu)因陰極表面至陰極鋼棒導(dǎo)電距離更均勻，因 而可以減少電解槽水平電流的產(chǎn)生。該方案于400kA的鋁電解槽上，母線配置采用圖5所
示母線結(jié)構(gòu)。
實施例3 如圖4所示，本發(fā)明的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽由鋼制槽殼1、石棉板2、側(cè)部內(nèi)襯3、 搗固糊4、陰極炭塊5、板式水平陰極14、垂直陰極鋼棒6b、耐火材料和保溫材料7以及澆注 料8組成。其中，陰極鋼棒底部配置有一塊水平陰極鋼板，每塊水平陰極鋼塊可配置有兩根 或四根垂直陰極鋼棒(如圖2、圖3所示)，垂直陰極鋼棒與水平陰極鋼棒的連接位置選取 可通過計算確定最佳連接點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)因陰極表面至陰極鋼棒塊導(dǎo)電距離為等距導(dǎo)電，因而 其水平電流將會比實施例1和實施例2更小。該方案于400kA的鋁電解槽上，母線配置如 圖5所示。
權(quán)利要求
一種槽底出電鋁電解槽，具有多塊陰極，其特征在于，每一塊陰極由水平陰極鋼棒垂直陰極鋼棒組成；或者，每一塊陰極由一個水平的扁平陰極鋼塊和一個或多個垂直陰極鋼棒組成；所述的水平陰極鋼棒或扁平陰極鋼塊與垂直陰極鋼棒組成T型或π型結(jié)構(gòu)；所述的垂直陰極鋼棒的底端與電解槽的陰極母線相連接；電解槽的陰極母線部分集中在電解槽底部，部分分布于電解槽端部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽底出電鋁電解槽，其特征在于，所述的陰極母線包括立柱 母線、出電側(cè)槽外母線、用于連接垂直陰極鋼棒的陰極軟母線、槽底連接陰極母線和設(shè)置在 槽體底面周邊的槽體磁場補(bǔ)償母線；電解槽兩端的立柱母線經(jīng)槽體磁場補(bǔ)償母線與陰極軟 母線連接，其余的立柱母線經(jīng)出電側(cè)槽外母線與陰極軟母線連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的槽底出電鋁電解槽，其特征在于，電解槽的陰極母線配置呈 對稱分布。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽底出電鋁電解槽，其特征在于，所述的水平陰極鋼棒和垂 直陰極鋼棒采用壓接或焊接方式進(jìn)行連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽底出電鋁電解槽，其特征在于，所述的垂直陰極鋼棒與電 解槽的陰極母線之間采用螺栓壓接或者焊接方式連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽底出電鋁電解槽，其特征在于，每一個所述的水平陰極鋼 棒或扁平陰極鋼塊上等間距且相對于水平陰極鋼棒或水平的扁平陰極鋼塊的水平長度方 向的中心對稱設(shè)有2N根垂直陰極鋼棒；N為自然數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項所述的槽底出電鋁電解槽，其特征在于，垂直陰極鋼棒長 度為伸出槽底面300-500mm，水平陰極鋼棒或扁平陰極鋼塊的端部和電解槽的陰極炭塊端 部對齊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種槽底出電鋁電解槽，具有多塊陰極，其特征在于，每一塊陰極由水平陰極鋼棒垂直陰極鋼棒組成；或者，每一塊陰極由一個水平的扁平陰極鋼塊和一個或多個垂直陰極鋼棒組成；所述的水平陰極鋼棒或扁平陰極鋼塊與垂直陰極鋼棒組成T型或π型結(jié)構(gòu)；所述的垂直陰極鋼棒的底端與電解槽的陰極母線相連接；電解槽的陰極母線部分集中在電解槽底部，部分分布于電解槽端部。該電解槽采用獨(dú)特的陰極結(jié)構(gòu)和母線配置，使得鋁電解槽的鋁液與陰極電流分布均勻、水平電流與垂直磁場小且陰極表面鋁液穩(wěn)定性好。
文檔編號C25C3/08GK101760760SQ200910226669
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者丁風(fēng)其, 呂曉軍, 張紅亮, 李劼, 田忠良, 肖勁, 謝長春, 賴延清 申請人:中南大學(xué)