專利名稱：一種鋁電解槽的使用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁電解槽的使用方法，特別是一種異型陰極結構鋁電解槽的使用 方法。背景技術：
一百多年來，鋁工業(yè)不斷研究煉鋁的新方法，探索增加單槽鋁產量，節(jié)省電能消耗 量，改善勞動條件，降低生產成本的各種途徑，其中改善優(yōu)化電解槽的結構是最佳途徑之 一。目前，鋁工業(yè)主要采用霍爾一埃魯電解法，直接設備為電解槽，電解槽主要由兩部分組 成，一為陽極，由碳素材料制成塊狀結構，另一為陰極，由陰極碳塊與內襯材料等砌筑而成?，F(xiàn)有鋁電解槽的陰極結構多采用在陰極碳塊底部開設溝槽并裝有陰極鋼棒，陰極 碳塊縱向排放在電解槽底部，陰極碳塊為規(guī)則長方體或者陰極碳塊的上端部為倒角。如中 國專利CN2846445Y公開了一種鋁電解槽微縫粘結式陰極碳塊結構，其陰極碳塊相互緊密 排列并擠壓粘結，這樣砌筑的電解槽陰極上表面非常平整，這種鋁電解槽可增強陰極的抗 滲漏能力，提高鋁電解槽的使用壽命，但其電解效果不好，電解時鋁液中水平電流非常大， 鋁液波動大，不穩(wěn)定。再如中國專利CN201416037Y公開了一種新型鋁電解槽，該鋁電解槽 將陰極碳塊之間的距離拉大，扎固材料的高度低于陰極碳塊的高度，使得陰極碳塊間出現(xiàn) 溝槽，其作用在于降低極間壓降，提高電能效率，但該電解槽使用過程中電流密度和磁場分 布不均，嚴重影響了電流效率。因此，設計一種綜合能耗更低、效率更高的電解槽及其使用 方法已為急需。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠大大降低鋁液中水平電流、使陰極 碳塊和陰極鋼棒電流密度更均勻、陰極碳塊和陰極鋼棒中磁場分布更均勻、能夠有效減緩 鋁液流速的方法。大大提高了鋁電解槽生產的穩(wěn)定性，大大延長了電解槽的使用壽命。為解決上述技術問題，本發(fā)明的具體方案是一種鋁電解槽的使用方法，其特征在 于，(A)、采用底部陰極碳塊表面設置有縱向梯形槽與橫向凹槽相交的鋁電解槽，陰極碳塊 上端部縱向經過倒角，陰極碳塊頂部設有橫向凹槽；(B)、采用濕法焙燒啟動電解槽，焙燒前 在縱向梯形槽和橫向凹槽中用石墨碎填至與陰極碳塊上表面齊平，再在整個電解槽陰極上 表面不同分區(qū)填一層0. 5 5cm厚不同電阻率的介質，啟動電解槽；(C)、設定鋁電解槽的 電解條件為槽平均電壓3. 50 3. 90V,電解溫度為900 970°C，電解質分子比為2. 0 3. 0，電解質水平為14 30cm，鋁水平為16 28cm，極距為3. 2 4. 2cm,氧化鋁濃度為 1. 0 3. 0%。這樣，將陰極碳塊上端部縱向經過倒角，在將陰極碳塊縱向并列排放在電解 槽底部時，相鄰陰極碳塊的相對倒角與用陰極搗糊填充的陰極碳塊間的間縫形成了倒梯形 槽，這種倒梯形槽以及陰極碳塊頂部開設的凹槽使得電解過程中大大減少了鋁液中的水平 電流，并且使陰極碳塊的電流密度趨向均勻，陰極碳塊與陰極鋼棒中的磁場分布更加均勻； 在電解槽焙燒啟動前將倒梯形槽和凹槽中填充人造石墨碎至與陰極碳塊上表面齊平，可以確保焙燒啟動時電流分布更為均勻。本發(fā)明的優(yōu)選方案還在于所述凹槽為矩形槽或梯形槽或弧形槽。這樣，可以根據需要選擇陰極碳塊頂部凹槽的形狀，且每一種槽型都有其獨特的有益效果，當凹槽為矩形 槽時，在填充人造石墨碎時可以做到更加平整，橫向電流分布和磁場分布不受影響，當凹槽 為梯形槽時，其與縱向的梯形槽相互交叉，使電解槽的陰極上表面形成縱橫交錯的梯形槽 網，能夠有效緩減鋁液的流速，改變鋁液的流態(tài)，變紊流為層流，減緩槽內電解質和鋁液的 波動性，從而降低極距和槽壓降，實現(xiàn)節(jié)能降耗。本發(fā)明的優(yōu)選方案還在于所述縱向梯形槽由相鄰陰極碳塊的相對倒角與填充陰 極碳塊間縫的陰極搗糊構成。這樣，梯形槽直接由相對倒角及陰極間縫構成，不需另行開設 凹槽，操作方便簡捷，且能保證陰極表面至陰極鋼棒的距離大致相等，這樣保證了電流分布 均勻。本發(fā)明的優(yōu)選方案還在于所述陰極碳塊表面的縱向梯形槽與橫向凹槽深度相同。 這樣，電解槽陰極表面的縱橫交錯的凹槽深度一致，因而在交錯的凹槽中填充人造石墨碎 的厚度相同，使得鋁液中水平電流大大減少，陰極碳塊的電流密度更加均勻，陰極碳塊和陰 極鋼棒中的磁場分布更加均勻。本發(fā)明的優(yōu)選方案還在于所述縱向梯形槽和橫向凹槽的深度為20 180mm。本發(fā)明的優(yōu)選方案還在于鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 65 3. 85V，電 解溫度為930 960°C，電解質分子比為2. 2 2. 6，電解質水平為16 26cm，鋁水平為 16 26cm，極距為3. 5 4. 0cm，氧化鋁濃度為1. 2 2. 70%。本發(fā)明的優(yōu)選方案還在于鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 70V,電解溫度 為940 945°C，電解質分子比為2. 4 2. 6，電解質水平為16 22cm，鋁水平為20 22cm， 極距為3. 7 3. 9cm，氧化鋁濃度為1. 5 2. 5%。本發(fā)明提供的一種鋁電解槽的使用方法，以及所采用的新型鋁電解槽，具有以下 有益效果1、減少鋁液中的水平電流；2、改善鋁液、陰極碳塊和陰極鋼棒中電流密度的分布和磁場的分布，使得電流密 度分布更為均勻，磁場分布更為均勻。3、能夠大大減少因磁場作用而對鋁液所產生的應力，從而有效緩減鋁液流速，并 改變鋁液的流態(tài)，變紊流為層流，減緩了槽內電解質和鋁液的波動幅度，從而降低極距和槽 電壓，使槽電壓降低500mV 900mV。4、能夠實現(xiàn)噸鋁直流電耗降低1100 1300Kwh，噸鋁直流電耗降低到10500 11800Kwh。
四

圖1是鋁電解槽的豎向橫截面示意圖。圖2是鋁電解槽的豎向縱截面示意圖。圖3是陰極碳塊的立體圖。說明書附圖中，1、陰極，2、陰極碳塊，3、陰極搗糊，4、倒角，5、縱向梯形槽，6、橫向
凹槽五具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做詳細的說明，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一 種鋁電解槽的使用方法，它首先采用底部陰極碳塊2表面設置有縱向梯形槽5與橫向凹槽 6相交的鋁電解槽，陰極碳塊2上端部縱向經過倒角4，陰極碳塊2頂部設有橫向凹槽6 ；其 次采用濕法焙燒啟動電解槽，焙燒前在縱向梯形槽5和橫向凹槽6中用人造石墨碎填至與 陰極碳塊2上表面齊平，再在整個電解槽陰極1上表面不同分區(qū)填一層0. 5 5cm厚不同 電阻率的介質，啟動電解槽；再次設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 50 3. 90V, 電解溫度為900 970°C，電解質分子比為2. 0 3. 0，電解質水平為14 30cm，鋁水平為 16 28cm，極距為3. 2 4. 2cm，氧化鋁濃度為1. 0 3. 0%。如圖1所示，電解槽底部陰 極碳塊2表面設置有縱向梯形槽5與橫向凹槽6，縱向梯形槽5經過倒角，橫向凹槽6設置 在陰極碳塊2頂部。本發(fā)明的優(yōu)選方案還在于所述橫向凹槽6為矩形槽或梯形槽或弧形槽。如圖3所 示，橫向凹槽6為矩形槽本發(fā)明的優(yōu)選方案還在于所述縱向梯形槽5由相鄰陰極碳塊的相對倒角與填充 陰極碳塊間縫的陰極搗糊3構成。如圖1、3所示，縱向梯形槽5由相鄰陰極碳塊的相對倒 角4與填充陰極碳塊間縫的陰極搗糊3構成本發(fā)明的優(yōu)選方案還在于所述陰極碳塊2表面的縱向梯形槽5與橫向凹槽6深度 相同。如圖3所示，陰極碳塊2表面的縱向梯形槽5與橫向凹槽6深度相同。本發(fā)明的優(yōu)選方案還在于所述縱向梯形槽5和橫向凹槽6的深度為20 180cm。實施例1 鋁電解槽的使用方法，首先采用底部陰極碳塊2表面設置有縱向梯形槽5與橫向 凹槽6相交的鋁電解槽，所述縱向梯形槽5是這樣形成的在制作陰極碳塊2時，在陰極碳 塊2上端部縱向進行對稱倒角4，經過倒角的陰極碳塊2縱向并列排放在電解槽底部，相鄰 陰極碳塊2之間留有一定距離的間縫，使用陰極搗糊3填充陰極間縫，這樣，相鄰陰極碳塊 的相對倒角4與陰極間縫形成縱向梯形槽5，在陰極碳塊2頂部還開設有橫向凹槽6，橫向 凹槽6貫通陰極碳塊2 ；其次采用濕法焙燒啟動鋁電解槽，焙燒前在縱向梯形槽5和橫向凹 槽6中用人造石墨碎填至與陰極碳塊2上表面齊平，再在整個電解槽陰極1上表面不同分 區(qū)填一層0. 5cm厚不同電阻率的介質，啟動電解槽；最后設定鋁電解槽的電解條件為槽平 均電壓3. 50 3. 90V,電解溫度為900 970°C，電解質分子比為2. 0 3. 0，電解質水平為 14 30cm，鋁水平為16 28cm，極距為3. 2 4. 2cm，氧化鋁濃度為1. 0 3. 0%。實施例2 鋁電解槽的使用方法，首先采用底部陰極碳塊2表面設置有縱向梯形槽5與橫向 凹槽6相交的鋁電解槽，所述縱向梯形槽5是這樣形成的在制作陰極碳塊2時，在陰極碳 塊2上端部縱向進行對稱倒角4，經過倒角的陰極碳塊2縱向并列排放在電解槽底部，相鄰 陰極碳塊2之間留有一定距離的間縫，使用陰極搗糊3填充陰極間縫，這樣，相鄰陰極碳塊2 的相對倒角4與陰極間縫形成縱向梯形槽5，在陰極碳塊2頂部還開設有橫向凹槽6，橫向 凹槽6貫通陰極碳塊2，橫向凹槽6深度與縱向梯形槽5深度相等；其次采用濕法焙燒啟動 鋁電解槽，焙燒前在縱向梯形槽5和橫向凹槽6中用人造石墨碎填至與陰極碳塊2上表面齊平，再在整個電解槽陰極1上表面不同分區(qū)填一層0. 8cm厚不同電阻率的介質，啟動電解 槽；最后設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 65 3. 85V，電解溫度為930 960°C， 電解質分子比為2. 2 2. 6，電解質水平為16 26cm，鋁水平為16 26cm，極距為3. 5 4. 0cm，氧化鋁濃度為1. 2 2. 70%。實施例3 鋁電解槽的使用方法，首先采用底部陰極碳塊2表面設置有縱向梯形槽5與橫向 凹槽6相交的鋁電解槽，所述縱向梯形槽5是這樣形成的在制作陰極碳塊2時，在陰極碳 塊2上端部縱向進行對稱倒角4，經過倒角的陰極碳塊2縱向并列排放在電解槽底部，相鄰 陰極碳塊2之間留有一定距離的間縫，使用陰極搗糊4填充陰極間縫，這樣，相鄰陰極碳塊2 的相對倒角4與陰極間縫形成縱向梯形槽5，在陰極碳塊頂部還開設有橫向凹槽6，橫向凹 槽6為矩形槽，橫向凹槽6貫通陰極碳塊，橫向凹槽6深度與縱向梯形槽5深度相等；其次 采用濕法焙燒啟動鋁電解槽，焙燒前在縱向梯形槽5和橫向凹槽6中用人造石墨碎填至與 陰極碳塊2上表面齊平，再在整個電解槽陰極1上表面不同分區(qū)填一層1. Ocm厚不同電阻 率的介質，啟動電解槽；最后設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 70V，電解溫度為 940 945°C，電解質分子比為2. 4 2. 6，電解質水平為16 22cm，鋁水平為20 22cm， 極距為3. 7 3. 9cm，氧化鋁濃度為1. 5 2. 5%。實施例4 所采用的鋁電解槽的陰極碳塊2頂部的橫向凹槽6為梯形槽，橫向凹槽6貫通陰 極碳塊2，橫向凹槽6深度與縱向梯形槽5深度相等，深度為20mm，在電解槽陰極1上表面 填充不同電阻率的介質的厚度為1.2cm，設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 50V, 電解溫度為900°C，電解質分子比為2. 0 2. 1，電解質水平為14 15cm，鋁水平為16 18cm，極距為3. 2 3. 4cm，氧化鋁濃度為1. 0 1. 2%。實施例5 所采用的鋁電解槽的陰極碳塊2頂部的橫向凹槽6為弧形槽，橫向凹槽6貫通陰 極碳塊，橫向凹槽6深度與縱向梯形槽5深度相等，深度為50mm，在電解槽陰極1上表面 填充不同電阻率的介質的厚度為1.4cm，設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 65V, 電解溫度為915°C，電解質分子比為2. 1 2. 2，電解質水平為15 16cm，鋁水平為18 20cm，極距為3. 4 3. 5cm，氧化鋁濃度為1. 2 1. 4%。實施例6 所采用的鋁電解槽的陰極碳塊2頂部的橫向凹槽6為矩形槽，橫向凹槽6貫通陰 極碳塊2，橫向凹槽6深度與縱向梯形槽5深度相等，深度為80mm，在電解槽陰極1上表面填 充不同電阻率的介質的厚度為1.6cm，設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 7V，電解 溫度為925°C，電解質分子比為2. 2 2. 3，電解質水平為16 17cm，鋁水平為20 22cm， 極距為3. 5 3. 6cm，氧化鋁濃度為1. 4 1. 6%。實施例7 所采用的鋁電解槽的陰極碳塊2頂部的橫向凹槽6為矩形槽，橫向凹槽6貫通陰 極碳塊2，橫向凹槽6深度與縱向梯形槽5深度相等，深度為100mm，在電解槽陰極1上表 面填充不同電阻率的介質的厚度為1.6cm，設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 8V, 電解溫度為935°C，電解質分子比為2. 3 2. 4，電解質水平為17 18cm，鋁水平為22 24cm，極距為3. 5 3. 6cm，氧化鋁濃度為1. 4 1. 6%。實施例8
所采用的鋁電解槽的陰極碳塊2頂部的橫向凹槽6為矩形槽，橫向凹槽6貫通陰 極碳塊2，橫向凹槽6深度與縱向梯形槽5深度相等，深度為120mm，在電解槽陰極1上表 面填充不同電阻率的介質的厚度為1.8cm，設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 9V, 電解溫度為940°C，電解質分子比為2. 4 2. 5，電解質水平為18 20cm，鋁水平為20 22cm，極距為3. 5 3. 7cm，氧化鋁濃度為1. 4 1. 7%。實施例9 所采用的鋁電解槽的陰極碳塊2頂部的橫向凹槽6為矩形槽，橫向凹槽6貫通陰 極碳塊，橫向凹槽6深度與縱向梯形槽5深度相等，深度為150mm，在電解槽陰極1上表面 填充不同電阻率的介質的厚度為2. 0cm，設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 65V， 電解溫度為945°C，電解質分子比為2. 5 2. 6，電解質水平為16 18cm，鋁水平為20 22cm，極距為3. 7 3. 9cm，氧化鋁濃度為1. 7 2. 0%。實施例10 所采用的鋁電解槽的陰極碳塊2頂部的橫向凹槽6為矩形槽，橫向凹槽6貫通陰 極碳塊2，橫向凹槽6深度與縱向梯形槽5深度相等，深度為180mm，在電解槽陰極1上表面 填充不同電阻率的介質的厚度為2. 2cm，設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 70V, 電解溫度為950°C，電解質分子比為2. 4 2. 7，電解質水平為15 19cm，鋁水平為19 23cm,極距為3. 5 3. 9cm,氧化鋁濃度為2. 0 2. 3 %。實施例11 所采用的鋁電解槽的陰極碳塊2頂部的橫向凹槽6為矩形槽，橫向凹槽6貫通陰 極碳塊2，橫向凹槽6深度與縱向梯形槽5深度相等，深度為110mm，在電解槽陰極1上表 面填充不同電阻率的介質的厚度為5cm，設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3. 60 3. 80V,電解溫度為935 950°C，電解質分子比為2. 3 2. 7，電解質水平為15 19cm，鋁 水平為19 23cm，極距為3. 6 4. 0cm，氧化鋁濃度為1. 2 2. 8%。
權利要求
一種鋁電解槽的使用方法，其特征在于，a)采用底部陰極碳塊表面設置有縱向梯形槽與橫向凹槽相交的鋁電解槽，陰極碳塊上端部縱向經過倒角，陰極碳塊頂部設有橫向凹槽；b)采用濕法焙燒啟動電解槽，焙燒前在縱向梯形槽和橫向凹槽中用石墨碎填至與陰極碳塊上表面齊平，再在整個電解槽陰極上表面不同分區(qū)填一層0.5～5cm厚不同電阻率的介質，啟動電解槽；c)設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3.50～3.90V，電解溫度為900～970℃，電解質分子比為2.0～3.0，電解質水平為14～30cm，鋁水平為16～28cm，極距為3.2～4.2cm，氧化鋁濃度為1.0～3.0％。
2.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽的使用方法，其特征在于，所述橫向凹槽為矩 形槽或者梯形槽或者弧形槽。
3.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽的使用方法，其特征在于，所述縱向梯形槽由 相鄰陰極碳塊的相對倒角與填充陰極碳塊間縫的陰極搗糊構成。
4.根據權利要求2所述的一種鋁電解槽的使用方法，其特征在于，所述陰極碳塊表面 的縱向梯形槽與橫向凹槽深度相同。
5.根據權利要求4所述的一種鋁電解槽的使用方法，其特征在于，所述縱向梯形槽和 橫向凹槽的深度為20 180_。
6.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽的使用方法，其特征在于，鋁電解槽的電解條 件為槽平均電壓3. 65 3. 85V，電解溫度為930 960°C，電解質分子比為2. 2 2. 6， 電解質水平為16 26cm，鋁水平為16 26cm，極距為3. 5 4. 0cm，氧化鋁濃度為1. 2 2. 70%。
7.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽的使用方法，其特征在于，鋁電解槽的電解條 件為槽平均電壓3. 70V,電解溫度為940 945°C，電解質分子比為2. 4 2. 6，電解質水 平為16 22cm，鋁水平為20 22cm，極距為3. 7 3. 9cm，氧化鋁濃度為1. 5 2. 5%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁電解槽的使用方法，該方法步驟為(一)采用底部陰極碳塊表面設置有縱向梯形槽與橫向凹槽相交的鋁電解槽，陰極碳塊上端部縱向經過倒角，陰極碳塊頂部設有橫向凹槽；(二)采用濕法焙燒啟動電解槽，焙燒前在縱向梯形槽和橫向凹槽中用石墨碎填至與陰極碳塊上表面齊平，再在整個電解槽陰極上表面不同分區(qū)填一層0.5～5cm厚不同電阻率的介質，啟動電解槽；(三)設定鋁電解槽的電解條件為槽平均電壓3.50～3.90V，電解溫度為900～970℃，電解質分子比為2.0～3.0，電解質水平為14～30cm，鋁水平為16～28cm，極距為3.2～4.2cm，氧化鋁濃度為1.0～3.0％。
文檔編號C25C3/08GK101949033SQ201010506710
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者敬葉靈, 鄧發(fā)權, 龔克成 申請人:湖南晟通科技集團有限公司