电解槽以及具有不规则表面造型的阴极的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电解槽，尤其是一种用于铝生产的电解槽。所述电解槽包括阴极，位于阴极的顶面上的液态铝层，位于液态铝层上面的熔体层，以及位于熔体层的上方的阳极。其中，所述阴极的顶面具有由两个或更多凸起形成的表面造型，所述阴极的表面造型按以下方式进行布局与设置：阴极顶面表面上的二十个点中至少有两个点设置有凸起，这些点位于液态铝层与熔体层之间的边界面的一些区域的垂直下方，在存在于边界面中的参考波动形成潜势分布在所述区域中出现具有二十个最高值的波峰，其中，将参考波动形成潜势定义为在不具有带有表面造型的阴极而是具有无表面造型的参考阴极的电解槽工作期间出现在液态铝层与熔体层之间边界面中一个点处的波动形成潜势，所述参考阴极的其他结构与带有表面造型的阴极相同。
【专利说明】电解槽以及具有不规则表面造型的阴极
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电解槽，尤其是用于铝生产的电解槽，以及适用于该电解槽的阴极。
【背景技术】
[0002]电解槽用于例如铝的电解生产，在工业上铝的生产通常采用霍尔一赫鲁特工艺。霍尔一赫鲁特工艺是将由氧化铝和冰晶石组成的熔体电解。冰晶石，Na3 [AlF6]，用于使纯氧化铝的熔点2，045°C降低至混合物熔点约950°C，该混合物包含有冰晶石、氧化铝和如氟化铝和氟化钙的添加剂。 [0003]在这种工艺中使用的电解槽包括一个阴极芯，阴极芯由很多阴极块构成，这些阴极块彼此相邻设置形成阴极。为了使电解槽在运行过程中能够承受普遍使用的热学和化学条件，阴极通常由含碳材料构成。每个阴极的底侧总是设有槽，槽中总是设置至少一个母线，通过母线将从阳极输入的电流导出。由多个单独阳极块构成的阳极设置在阴极顶面上通常为15至50厘米厚的液态铝层上方约3至5厘米处，电解质(即含有氧化铝和冰晶石的熔体)位于阳极与铝液表面之间。当电解在大约1，000°C下进行时，产生的铝由于密度大于电解液的密度而沉积在电解液层下方，在阴极的顶面和电解液层之间形成一个中间层。在电解过程中，溶解在熔体中的氧化铝在电流的作用下分解成铝和氧。从电化学的角度看，液态铝层实际上是阴极，这是因为铝离子在液态铝层的表面还原成单质铝。但是，下文中的术语“阴极”不是指电化学角度的阴极，即不是液态铝层，而是形成电解槽基底的部件，例如由一个或多个阴极块构成的部件。
[0004]霍尔一赫鲁特工艺的最大缺点在于其需要消耗大量能源。生产出Ikg铝需要消耗约12 - 15kffh的电能，占到生产成本的40%。因此为了降低生产成本，宜尽可能地降低该生产工艺的能量消耗率。
[0005]由于特别与液态铝层和阴极材料相比较而言熔体具有相对较高的电阻，尤其在熔体中产生较多的焦耳耗散形式的欧姆损耗。由于在熔体中产生了相对较高的比损耗，因此要尽可能减少熔体层厚度，减小阳极与液态铝之间的距离。但是，由于电解过程中的电磁相互作用以及当熔体层厚度过小时会在液态铝层中产生波动，发生液态铝触碰到阳极的危险，由此引发电解槽短路，使形成的铝发生不应有的再次氧化。这种短路还会导致磨损加快，因而缩短电解槽的使用寿命。因此，阳极与液态铝之间的距离不可任意减小。
[0006]为了进一步降低特异能量消耗，最近还提出了具有阴极的电解槽，在电解槽工作时，阴极的顶面面对液态铝和熔体，阴极的顶面具有表面造型。例如，专利US 2011/0056826Al揭示了一种具有规则表面造型的阴极。通过规则设计的表面造型会减少液态铝层在水平和垂直方向上的波动，由此增强液态铝层的稳定性。但是，由于具有规则设计的表面造型，液态铝层中波动的形成只在有限程度上得于减少，特别是在整个阴极表面上不均匀地减少。此外，由于液态铝层运动减少，这种在阴极块表面上公知的规则表面造型间接严重阻碍了位于液态铝层上方的熔体层中的混合，该熔体层对于溶解周期供应的氧化铝是必要的，这对于能够达到的电解能量效率有不利影响。
[0007]专利EP O 938 598 BI和DE 101 64 008 Cl揭示了具有阴极的电解槽，其适于与其外部进行电接触，并且其特异电气材料电阻如此匹配，使得阴极顶面的电流密度分布尽可能地均匀。但是，在这些电解槽中，在液态铝层中形成了相对较为明显的波动，因而降低了电解槽的特异能量消耗，使用寿命不可能得到延长。
【发明内容】
[0008]由此出发，本发明要解决的问题是提供一种可在运行中降低特异能源消耗并延长使用寿命的电解槽。特别是应当提供一种电解槽，在所述电解槽中，熔体层的厚度减小了，但不具有诸如短路或已形成的铝发生再次氧化那样的不稳定性，该不稳定性是由于在液态铝层中出现波动形成趋势增强而导致的。同时，所述根据本发明的电解槽应确保在工作期间熔体层充分混合。
[0009]根据本发明，提供一种根据权利要求1的电解槽来解决上述问题，尤其提供一种带有阴极的电解槽来用于铝生产，所述电解槽包括一个阴极，位于所述阴极的顶面上的液态铝层，位于所述液态铝层的上面的包含氧化铝和冰晶石的熔体层，以及位于所述熔体层的上方的一个阳极。其中，所述阴极的顶面具有由两个或更多凸起构成的表面造型，所述阴极的表面造型如此设计与设置:使得阴极顶面表面上的二十个点中至少有两个点设置有凸起，这些点位于液态铝层与熔体层之间的边界面的一些区域的垂直下方，在所述区域中，具有二十个最高值的波峰出现在存在于边界面中的参考波动形成潜势分布中，其中，将参考波动形成潜势定义为在电解槽(不是具有带有表面造型的阴极，而是具有无表面造型的参考阴极，但其他结构与带有表面造型的阴极相同)工作期间出现在液态铝层与熔体层之间边界面中一个点处的波动形成潜势。
[0010]根据本发明，电解槽的阴极包括表面造型，特别地，所述表面造型的单个部件在位置、大小和形状上有针对性地如此匹配，使得在电解槽工作期间，有针对性地避免在液态铝层与熔体层之间的边界面中形成明显的波动形成潜势中的波峰，由此，与使用相同的无表面造型的阴极相比，从所述边界面上观察，得到均匀的、少的波动形成潜势分布。
[0011]在本发明中，表面造型可理解为是指阴极底平面上所有凸起的总和。术语“底平面”是指阴极在阳极方向上最远的水平面，该水平面穿过阴极的整个横截面，不与阴极的经过表面造型的顶面相交。因此，在所述底平面上的所有凸起都朝向阳极，并被液态铝层所包围。所述表面造型的凸起的高度即为凸起最高点与位于其垂直下方的阴极底平面上的点之间的距离。
[0012]在根据本发明的解决方案中，顾及到:下文中所述的在液态铝层与熔体层之间的边界面中的波动形成潜势在电解槽工作期间是液态铝层中波动形成的推动力；还特别顾及到:传统电解槽的波动形成潜势在液态铝层与熔体层之间的边界面中的分布不均匀且是极为不均一的。由于本发明的波动形成潜势降低，尤其是因为液态铝层与熔体层之间的边界面中波动形成潜势分布均匀，确实避免了在本发明电解槽工作期间在液态铝层中形成波动，或者极大减少了波动的形成，因此，与传统电解槽相比，可减小熔体层的厚度，因而极大提高了本发明电解槽的效率。
[0013]本发明 另外一个重要的结果是:通过本发明电解槽阴极顶面上的表面造型的设置和特殊结构可对传统电解槽液态铝层与熔体层之间的边界面中出现的不均一的波动形成潜势的不均匀分布产生直接影响，而且通过这种方式有针对性地避免了边界面各点处的波动形成潜势的明显波峰。如下所述，前述边界面中一特定点处的波动形成潜势取决于电流密度和磁通密度在该点处的矢量积。如果考虑到一特定的从阴极供电线至电解槽阳极的电流通路，沿着该通路的总电阻以及该通路穿过液态铝层与熔体层之间的边界面的点处的电流密度取决于该通路分别在阴极块、液态铝层和熔体层中的路径长度。由于这些材料的特异电阻值各不相同，熔体层和阴极材料的特异电阻高于液态铝的，并且由于各电流通路在阴极块中、液态铝层和熔体层中的路径长度不同，沿着各个通路的总电阻，由此传统电解槽中液态铝层与熔体层之间的边界面的各个电流密度是不均一的的，从而，边界面的各个点呈现出明显的电流密度波峰。通过对阴极表面造型的各凸起设置适宜的位置、形状和长度，根据本发明如此调整各电流通路在不同部分(即阴极块、液态铝层和熔体层)中的路径长度，使得在边界面区域中建立起适宜的电流密度分布，如此调整匹配该电流分布，使得在电解槽工作期间，液态铝层与熔体层之间的边界面中不会在波动形成潜势分布中出现明显的波峰，由此确保波动形成潜势的分布基本均匀且低平(n i eder i g )。
[0014]为了优化阴极表面造型的凸起的位置、形状和长度，本发明从带有未经造型的传统阴极的电解槽在工作期间产生的参考波动形成潜势入手，有针对性地在阴极表面的点上设置凸起，所述凸起设置在边界面中在参考波动形成潜势分布中出现明显波峰的点的垂直下方。在具有已经过表面造型的阴极的电解槽工作期间，这些区域的电流密度减小了，因此这些区域的波动形成潜势也降低了。
[0015]如上所述，在电解槽(具有无表面造型的参考阴极，而不是带有表面造型的阴极，即具有水平的阴极表面，但参考阴极的其他结构与带有表面造型的阴极相同)工作期间产生的参考波动形成潜势即为波动形成潜势。根据权利要求1中的实施例，所述用于确定参考波动形成潜势 的参考电解槽与根据本发明的电解槽相同，不同之处在于使用的是未经过表面造型的参考阴极而不是已经过表面造型的阴极，在参考电解槽中，阴极的顶面由于缺少表面造型而增多的额外体积被液态铝或熔体填满一这取决于经过表面造型的阴极上的对应的材料处于哪一层。
[0016]特别地，当阴极顶面上有许多凸起占据大量体积时，权利要求2提出了本发明的另一个实施例，使用无表面造型的参考阴极来确定参考波动形成潜势，如此调整该参考阴极在电解槽中的高度，使得所述阴极顶面与阳极之间的液态铝和熔体的熔液体积与具有表面造型的阴极的电解槽的熔液体积相同。由于这种情况下的参考波动形成潜势与和本发明电解槽具有相同熔液体积的参考电解槽相关，如果阴极表面造型的凸起的体积占阴极体积的至少10%，优选至少20%，特别优选至少30%，由此确定的参考波动形成潜势比根据权利要求I所述的电解槽确定的波动形成潜势更有意义。
[0017]波动形成潜势和由此得到的波动形成潜势分布可通过计算机支持的电学、磁学和磁-液力的运动模拟以及各电解槽的液态铝的层中与熔体中的波动形成来确定。
[0018]根据本发明，将液态铝层和熔体层之间的边界面上任意一点的波动形成潜势定义为在熔体边界面中出现的、存在于该点的熔体的那些流速分量的绝对值，该分量与边界面
的法线对齐，即波动形成潜势=，其中6是作为矢量的熔体流速，H是法线矢量。另外，
假定边界面是可渗透的，从而波动形成潜势代表一种指向边界面的、驱动波动的局部尺度。在这种情况下，熔体的流动自然不能由实验方法确定，因此波动形成潜势最好通过下文描述的模拟方法确定。
[0019]为了计算流动条件，首先通过模拟根据有限元法(FEM)计算电场和磁场，然后将计算得到的电场和磁场用于计算流动条件，也可通过模拟根据有限元法(FEM)计算流动条件。可使用版本为3.5a的软件Comsol Multiphysics进行这两种模拟。假定边界面是可渗透的，其中，波动形成潜势代表一种指向边界面的、驱动波动的局部尺度。模拟电解槽包括母线、具有磁补偿几何构造的电解槽供电线(必要时存在)、阴极、液态铝层、熔体层、阳极、连接阳极的阳极树(必要时存在)和作为环境介质的空气，用几何方法将所述电解槽一个部件一个部件地拆分成有限体积元。考虑到上述的部件，只要对于模拟电解槽而言，其具有一个或多个对称面，仅总是对位于各对称面一侧的电解槽部分进行模拟，通过相应的边界条件顾及到对称性条件，在下文中将对此进行更为详细说明。
[0020]模拟简单地从电解槽的稳态条件开始，从而模拟得以以各个稳态的物理公式为基础。此外，假定电解槽的工作温度恒定(970 0C )。
[0021]模拟基于以下变量和参数:
[0022]V:电压，标量
[0023]:电导率，标量
[0024]E(粗体字):电场，矢量
[0025]A (粗体字):矢量 电位，矢量
[0026]Ax, Ay, Az:矢量电位，分量
[0027]H(粗体字):磁场，矢量
[0028]J, j (粗体字)，J:电流密度，矢量
[0029]B (粗体字)，另:磁通密度，矢量
[0030]I (粗体字):单位矩阵，张量
[0031]F (粗体字):力密度(洛伦兹力密度和重力密度之和)，矢量
[0032]u (粗体字)，泛:流速，矢量
[0033]u (正常字体)，ux, uy, Uz:流速，分量
[0034]P:压力，标量
[0035]μ:黏度，标量
[0036]:密度，标量
[0037]Lc:特征长度，例如铝液深度
[0038]Vc:特征速度
[0039]湍流情况下的附加变量:
[0040]μ τ:湍流黏度，标量
[0041]k:湍流动能
[0042]印，:湍流动能耗散
[0043]Iw:距固定边界面的间距
[0044]LEef:参考长度尺度，与特征长度Lc对应
[0045]G:固定边界面的相互间距
[0046]Pk:瑞流动能的源项[0047]fu:衰减函数黏度
[0048]fE:衰减函数耗散
[0049]Rt:湍流雷诺数
[0050]1*:受限的混合长度
[0051]Ue:所有网格单元的湍流耗散率
[0052]n (bold type)(粗体字)，:液态铝层与熔体层之间的边界面的法线矢量，矢量
[0053]t (bold type)(粗体字)，F:切线矢量，矢量
[0054].?,, ?.单位矢量，笛卡尔坐标系
[0055]对建成的网格进行充分而仔细地定尺寸，从而在对波动潜势进行计算时网格的工具(Artefakte)不再可见。这包括，例如沿网格边缘出现的明显波峰或显著改变。此外，模拟数据对于调整后网格细度的依赖以及模拟的缓慢收敛和有限收敛表明相关区域内的网格细度不够。
[0056]而且，在建立网格时，整个网格要求品质因数至少为0.15，其中品质因数q根据Comsol Multiphysics软件使用手册进行如下定义:
[0057]表1
【权利要求】
1.一种电解槽，尤其是用于铝生产的电解槽，包括阴极(12)，位于所述阴极(12)的顶面上的液态铝层(14)，位于所述液态铝层的上面的熔体层(16)，以及位于所述熔体层(16)的上方的阳极(18)，其中，所述阴极(12)的顶面具有由两个或更多凸起(30)形成的表面造型，所述阴极(12)的表面造型按以下方式进行布局与设置:所述阴极(12)顶面表面上的二十个点中至少有两个点设置有凸起(30)，这些点位于所述液态铝层(14)与熔体层(16)之间的边界面(15)的一些区域的垂直下方，存在于所述边界面(15)中的参考波动形成潜势分布在所述区域中出现具有二十个最高值的波峰(34)，其中，将参考波动形成潜势定义为在不具有带有表面造型的阴极(12)而是具有无表面造型的参考阴极的电解槽(10)工作期间出现在所述液态铝层(14)与熔体层(16)之间的边界面(15)中一个点处的波动形成潜势，所述参考阴极的其他结构与带有表面造型的阴极(12)相同。
2.一种电解槽，尤其是用于铝生产的电解槽，包括阴极(12)，位于所述阴极(12)的顶面上的液态铝层(14)，位于所述液态铝层的上面的熔体层(16)，以及位于所述熔体层(16)的上方的阳极(18)，其中，所述阴极(12)的顶面具有由两个或更多凸起(30)形成的表面造型，所述阴极(12)的表面造型按以下方式进行布局与设置:所述阴极(12)顶面表面上的二十个点中至少有两个点设置有凸起(30)，这些点位于所述液态铝层(14)与熔体层(16)之间的边界面(15)的一些区域的垂直下方，存在于所述边界面(15)中的参考波动形成潜势分布在所述区域中出现具有二十个最高值的波峰(34)，其中，将参考波动形成潜势定义为在不具有带有表面造型的阴极(12)而是具有无表面造型的参考阴极的电解槽(10)工作期间出现在所述液态铝层(14)与熔体层(16)之间的边界面(15)中一个点处的波动形成潜势，所述参考阴极的其他结构与带有表面造型的阴极(12)相同，其中，所述参考阴极在电解槽(10)内在高度上设置为，使得所述液态铝层(14)和熔体层(16)在所述参考电极与阳极(18)之间的体积与电解槽(10)具有带有表面造型的阴极(12)时的体积相同。
3.根据权利要求1或2所述的电解槽，其特征在于所述阴极(12)顶面表面上的Y个点中至少有X个点设置有凸起(30)，这些点位于所述液态铝层(14)与熔体层(16)之间的边界面(15)的一些区域的垂直下`方，存在于所述边界面(15)中的参考波动形成潜势分布在所述区域中出现具有Y个最高值的波峰(34)， 其中，X = 4且Y = 20，优选地，X = 6且Y = 20，特别优选地，X = 10且Y = 20，最优选地，X = 14且Y = 20，并且/或者 其中，X = 2且Y = 10，优选地，X = 3且Y = 10，特别优选地，X = 5且Y = 10，最优选地，X = 7且Y = 10,并且/或者 其中,X = I且Y = 5,优选地,X = 2且Y = 5,特别优选地,X = 3且Y = 5,最优选地，X = 4 且 Y = 5。
4.根据权利要求1或3中至少一项权利要求所述的电解槽，其特征在于在所述阴极(12)顶面表面上的点处设置有凸起(30)，所述点位于液态铝层(14)与熔体层(16)之间的边界面(15)的一些区域的垂直下方，存在于边界面(15)中的参考波动形成潜势分布在所述区域中出现波峰(34)，至少一个所述凸起在位于液态铝层(14)和熔体层(16)之间边界面(15)中的点的垂直下方的点处具有其最大高度，参考波动形成潜势分布的波峰(34)在该点处具有最大值。
5.根据权利要求4所述的电解槽，其特征在于在所述阴极(12)顶部表面上的点处设置有凸起(30)，所述点设置在所述液态铝层(14)和熔体层(16)之间边界面(15)的一些区域的垂直下方，存在于所述边界面(15)中的参考波动形成潜势分布在这些区域中出现波峰(34)，所有所述凸起在位于所述液态铝层(14)和熔体层(16)之间边界面(15)中的点的垂直下方的点处具有最大高度，所述参考波动形成潜势分布的各波峰(34)在这些点处具有最大值。
6. 根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的电解槽，其特征在于俯视地看的至少一个所述凸起(30)的几何外轮廓与俯视地看的参考波动形成潜势分布的各波峰(34)的几何外轮廓至少基本相似。
7.根据权利要求6所述的电解槽，其特征在于俯视地看的所有凸起(30)的几何外轮廓与俯视地看的所述参考波动形成潜势分布的各波峰(34)的几何外轮廓至少基本上相似。
8.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的电解槽，其特征在于俯视地看的至少一个所述凸起(30)的几何外轮廓至少部分地设计为至少近似于多边形和/或椭圆形的形状，其中，尤其所述多边形具有3、4、5或6个角。
9.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的电解槽，其特征在于至少一个凸起(30)具有外轮廓，从俯视图上看的所述凸起的外轮廓的几何形状比从俯视图上看的所述边界面(15)中位于所述凸起(30)垂直上方的参考波动形成潜势分布的波峰(34)的外轮廓的几何形状简单，其中，优选地，与从俯视图上看的所述波峰(34)的外轮廓相比，从俯视图上看的所述凸起(30)的外轮廓具有的角的数目更少并且/或者拐点的数目更少。
10.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的电解槽，其特征在于至少一个所述凸起(30)的三维形状至少基本与所述参考波动形成潜势分布的各波峰(34)的三维形状相似或一致。
11.根据权利要求10所述的电解槽，其特征在于所有凸起(30)的三维形状至少基本与所述参考波动潜势分布的各波峰(34)的三维形状相似或一致。
12.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的电解槽，其特征在于至少一个所述凸起(30)具有沿竖直方向(z)向上变细的三维形状。
13.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的电解槽，其特征在于沿竖直方向(z)向上看，至少一个所述凸起(30)以顶面(40)为界，从俯视图看的所述凸起(30)的顶面的面积小于从俯视图看的所述凸起(30)的底面(36)的面积。
14.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的电解槽，其特征在于至少一个所述凸起(30)的三维形状从所述凸起(30)底面(36)出发由所述底面(36)绕限定底面(36)的旋转轴(42 )旋转而成，其中，优选地，所述旋转轴(42 )为水平延伸。
15.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的电解槽，其特征在于至少一个所述凸起(30)的三维形状从所述凸起(30)的底面(36)出发由所述凸起(30)的底面(36)沿竖直方向(z)向上进行几何挤出而成。
16.根据权利要求15所述的电解槽，其特征在于至少一个所述凸起(30)沿竖直方向(Z)向上逐渐变细。
17.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的电解槽，其特征在于所述阴极(12)包括两个或更多阴极块，并且/或者所述阳极(18)包括两个或更多阳极块(24)。
18.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的电解槽，其特征在于所述阳极(18)与液态招层(14)之间的距离为15mm至45mm,优选15mm至35mm,特别优选15mm至25mm。
19.根据前述权利要求中至少一项权利要求所述的电解槽，其特征在于所述阴极(12)的表面造型至少在一个方向上形成为不规则的。
20.一种用于铝电解槽的阴极，所述阴极的顶面具有一种表面造型，所述表面造型具有两个或更多基本上沿所述阴极(12)的第一方向(y)延伸的第一条板(30)和至少一个至少基本沿与所述阴极(12)的第一方向(y)垂直的方向(X)延伸的第二条板(30)。
21.根据权利要求20所述的阴极，其特征在于所述至少两个第一条板(30)近似地沿所述阴极的横向的方向(y)延伸。
22.根据权利要求20或21所述的阴极，其特征在于所述阴极(12)的顶面从俯视图看具有一个基本为矩形的外轮廓，其中，在基本为矩形的外轮廓的四个角中的至少一个角处设有一个阴极(12 )的凸起(30 )，其中，优选地，从俯视图看，所述凸起(30 )具有一个基本为三角形的外轮廓。
23.根据权利要求20至22中至少一项权利要求所述的阴极，其特征在于所述阴极(12)顶面包括一个凹陷，所述凹陷从阴极(12)横截面看至少基本呈V形盆的形状，其中，所述至少两个第一条板(30)和至少一个第二条板(30)优选设置在基本为V形的凹陷的表面上。
24.根据权利要求23所述的阴极，其特征在于所述基本设计为V形盆的凹陷的横截面的两个支腿连接点从所述阴极(12)的横截面看至少大致地设置于所述阴极(12)的中间处。
25.根据权利要求23或24所述的阴极，其特征在于所述凹陷在至少75%的，优选至少90%的，特别优选至少95%的，最优选100%的所述阴极(12)表面上延伸。`
26.根据前述权利要求20至25中至少一项权利要求所述的阴极，其特征在于从所述阴极(12)的第二方向(X)上看，所述至少一个第二条板(30)优选至少大致地设置于所述阴极(12)的中间部分。
27.根据前述权利要求20至26中至少一项权利要求所述的阴极，其特征在于所述至少一个第一条板(30)的上边缘从所述阴极(12)的横向方向(y)上看与所述V形盆的顶部之间的距离向所述阴极(12)的中间部分逐渐增大。
28.一种电解槽，尤其是用于生产铝的电解槽，包括根据权利要求20至27中至少一项权利要求所述的阴极(12)，位于所述阴极(12)的顶面上的液态铝层(14)，位于所述液态铝层的上面的熔体层(16)，以及位于所述熔体层(16)的上方的阳极(18)。
29.根据权利要求28所述的电解槽，其特征在于所述阳极(18)包括至少两个并列设置的阳极块(24)和一个在所述至少两个阳极块(24)之间延伸的连接件，其中，所述阴极(12)的至少一个第一条板(30)设置在所述两个阳极块(24)之间的连接件垂直下方并与其至少基本平行。
30.根据权利要求29所述的电解槽，其特征在于所述设置在所述连接件垂直下方的至少一个第一条板(30)优选相对所述连接件大致居中地设置。
31.一种电解槽(10)的、尤其是用于铝生产的电解槽(10)的制造方法，所述电解槽包括阴极(12)，位于所述阴极(12)的顶面上的液态铝层(14)，位于所述液态铝层的上面的熔体层(16)，以及位于所述熔体层(16)的上方的阳极(18)，其中所述制造方法包括以下步骤: -确定出现在所述电解槽(10)的液态铝层(14)和熔体层(16)之间的边界面(15)中的参考波动形成潜势分布； -制造包括多个凸起(30)的所述阴极(12)顶面上的表面造型，其中，所述阴极(12)顶部表面上的二十点中至少有两个点各设有一个凸起(30)，所述点位于所述液态铝层(14)和熔体层(16)之间的边界面(15)的一些区域的垂直下方，存在于所述边界面(15)中的参考波动潜势分布在所述区域中出现具有二十个最高极值的波峰(34); 其中，将参考波动潜势定义为在具有无表面造型的参考阴极而不是带有表面造型的阴极(12)的电解槽(10)工作期间出现在所述液态铝层(14)和熔体层(16)之间的边界面(15)中的一点处的波动形成潜势，所述参考阴极的其他结构与带有表面造型的阴极(12)相同。
32.一种电解槽(10)的、尤其是用于铝生产的电解槽(10)的制造方法，所述电解槽包括个阴极(12)，位于所述阴极(12)的顶面上的液态铝层(14)，位于所述液态铝层的上面的熔体层(16)，以及位于所述熔体层(16)的上方的阳极(18)，其中所述电解槽制造方法包括以下步骤: -确定出现在所述电解槽(10)的液态铝层(14)和熔体层(16)之间的边界面(15)中的参考波动形成潜势分布； -制造包括多个凸起(30)的所述阴极(12)顶面上的表面造型，其中，所述阴极(12)顶部表面上的二十点中至少有两个点各设有一个凸起(30)，所述点位于所述液态铝层(14)和熔体层(16)之间的边界面(15)的一些区域的垂直下方，存在于所述边界面(15)中的参考波动潜势分布在所述区域中出现具有二十个最高极值的波峰(34)出现； 其中，将参考波动潜势定义为具有无表面造型的参考阴极而不是带有表面造型的阴极(12)的电解槽(10)工作期间出现在所述液态铝层(10)和熔体层(16)之间的边界面(15)中的一点处的波动形成潜势，所述参考阴极的其他结构与带有表面造型的阴极(12)相同，其中，所述参考阴极在所述电解槽(10)内的高度上设置为，使得所述液态铝层(14)和熔体层(16)在所述参考电极与阳极(18)之间的体积与所述电解槽(10)具有带有表面造型的阴极(12)时的体积相同。
33.一种根据权利要求31或32所述的方法用于制造根据前述权利要求1至19中至少一项权利要求所述的电解槽(10)的用途。
【文档编号】C25C3/08GK103635610SQ201280025419
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年4月25日 优先权日:2011年5月23日
【发明者】托马斯·弗罗梅尔特, 弗兰克·希尔特曼 申请人:西格里碳素欧洲公司