一种同时降低铝液水平电流和阴极炭块表面最大电流的铝电解槽阴极结构的制作方法

一种同时降低铝液水平电流和阴极炭块表面最大电流的铝电解槽阴极结构，涉及一种铝电解槽技术领域。

背景技术：

目前，工业炼铝仍采用传统的霍尔-埃鲁铝电解工艺。生产电解铝的为大型预焙铝电解槽，在铝电解槽中，强大的直流电从阳极母线进入到阳极导杆，电流从阳极导杆垂直向下，以此经过阳极炭块和电解质、铝液和阴极炭块，最后由水平放置的阴极钢棒汇集导入到阴极母线中。由于阴极钢棒水平放置，导致电流在电解槽中有较大方向的改变，这对铝电解槽产生了不利的影响。

一方面，铝电解槽这种结构使得铝液中产生了较大的水平电流分量。水平电流和垂直磁场产生作用，使得铝液产生较大的波动。这给铝电解槽生产带来诸多不便。铝液的波动会使极距难以控制，极距太小可能导致铝电解槽局部短路和加速铝液的二次氧化，造成电流效率的降低。极距过大会增加电解槽的槽电压，增加能源消耗。另一方面，导致阴极炭块表面电流分布的不均，在靠近槽侧部的位置产生了较大的电流，由于阴极炭块的腐蚀速率随着电流的增加而加快，导致靠近槽侧部的位置腐蚀最快，最终造成整个阴极炭块产生了“w”型的破损。

降低铝液中的水平电流，对于更好的控制铝电解槽中的极距，增加电流效率和减小吨铝能耗具有重要的意义。近年来，国内外有很多关于采用双钢棒、钢棒开缝、垂直钢棒、异型钢棒等技术改善铝液中水平电流的方法。在中国专利申请cn201110286115.8中针对减小铝液中水平电流这一技术问题，公开了一种阴极结构，其通过在阴极钢棒沿长度方向设置分隔缝的方法来减小铝液中的水平电流。但这些方法都是集中于对阴极钢棒的改进，在铝电解槽中，由于钢棒中存在非常大的电流，在钢棒附近改动使得钢棒中电流发生较大的变化，使得钢棒附近以及阴极温度场发生较大的改变，为铝电解槽阴极的热平衡带来了新的挑战，为铝电解槽槽底的保温也带来了新的要求。需要对电解槽进行大量的改进，增加投资成本。另外，这些设计对铝电解槽阴极炭块表面电流分布的影响却很小。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种既可以降低铝液中水平电流，又可以降低阴极炭块表面最大电流的方法，通过将传统电解槽单个阴极炭块分成多个阴极炭块，利用绝缘扎糊和导电扎糊将各炭块连接，改善电流在阴极炭块中的分布，从而达到预期的目的，该方法可有效降低铝电解槽中铝液中水平电流和阴极炭块表面最大电流，并且简单易行，不需要对现有电解槽结构进行较大改变，改动投资较少。具体技术方案如下：

一种同时降低铝液水平电流和阴极炭块表面最大电流的铝电解槽阴极结构，包括多个阴极炭块，绝缘扎糊，导电扎糊和阴极钢棒，所述阴极钢棒和多个阴极炭块通过所述绝缘扎糊和导电扎糊连接。

所述多个阴极炭块种类可以相同，也可以不同，所述阴极炭块的种类为无定形、半石墨质、半石墨化或石墨化的一种或几种。

所述绝缘扎糊可以在水平方向或竖直方向连接多个阴极炭块,也可以同时在水平方向和竖直方向连接多个阴极炭块。。

所述阴极炭块的高度为200～650mm，长度为200～2000mm，所述阴极钢棒的高度为50～200mm，绝缘扎糊的厚度在5～20mm，长度在50～1000mm，导电扎糊厚度在5～20mm，长度在500～2000mm。

本方法的优点是：通过导电扎糊和绝缘扎糊连接多个阴极炭块，改变阴极炭块的电路拓扑结构，从而达到降低铝液中水平电流和阴极炭块表面最大电流的目的。减小水平电流，可以降低铝液波动，从而降低极距和减少铝的二次氧化，增加电流效率，降低吨铝能耗。减小阴极炭块表面最大电流，可以减缓阴极炭块的破损速率，延长电解槽寿命。此外，本方法简单易执行，不需要对现有电解槽结构进行较大改变，改动投资较少。

附图说明

图1为传统的铝电解槽阴极炭块结构的剖面示意图。

图2为本发明实施例1中的两个炭块在水平方向采用绝缘扎糊、在竖直方向采用导电扎糊连接的剖面示意图。

图3为本发明中的两个炭块在水平方向采用绝缘和导电扎糊、在竖直方向采用导电扎糊连接的剖面示意图。

图4为本发明中的两个炭块在水平方向采用绝缘扎糊、在竖直方向采用导电和绝缘扎糊连接的剖面示意图。

图5为本发明中的被划分为上下两个阴极炭块，仅在水平方向采用绝缘和导电扎糊连接的剖面示意图。

图6为本发明专利中的被划分为三个阴极炭块，在水平方向采用绝缘扎糊，在竖直方向采用导电扎糊连接的剖面示意图。

图7和图8为本发明专利中的被划分为三个阴极炭块，在水平方向采用绝缘扎糊，在竖直方向采用绝缘扎糊和绝缘扎糊连接的剖面示意图。

图中，1—阴极炭块一；2—绝缘扎糊；3—阴极炭块二；4—导电扎糊一；5—导电扎糊二；6—阴极钢棒；7—阴极炭块三；图中所示箭头方向为电流方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限。

实施例1：

如图3所示是本发明的两个炭块在水平方向采用绝缘扎糊、在竖直方向采用导电扎糊连接的剖面示意图。由阴极炭块一1，绝缘扎糊2，阴极炭块二3，导电扎糊一4，导电扎糊二5和阴极钢棒6组成。本实施例中，阴极炭块一1的高度为400～650mm，阴极钢棒6的高度为65～200mm，阴极炭块一1和阴极炭块二3之间添加一水平绝缘扎糊2，绝缘扎糊的厚度为5～20mm，绝缘扎糊的长度为50～500mm，阴极炭块一1和阴极炭块二3之间在竖直方向添加导电扎糊二5。此种结构使电流从靠近侧部的阴极炭块进入到钢棒中的路径变长，电阻增加，促使更多的电流从靠近中间的阴极炭块进入到钢棒中，从而达到降低铝液中水平电流及阴极炭块表面最大电流的目的。

实施例2：

如图5为本发明中的被划分为上下两个阴极炭块，仅在水平方向采用绝缘和导电扎糊连接的剖面示意图，由阴极炭块一1，绝缘扎糊2，阴极炭块二3、导电扎糊一4、导电扎糊二5和阴极钢棒6组成。本实施例中，阴极炭块一1和阴极炭块二3通过绝缘扎糊2和导电扎糊二5连接。阴极炭块一1的高度为400～650mm，阴极炭块二3的高度为200～500mm，阴极钢棒6的高度为65～200mm，绝缘扎糊2的厚度为5～20mm，长度为50～500mm。导电扎糊二5的厚度为5～20mm，长度为500～2000mm。此种结构使电流从靠近侧部的阴极炭块进入到钢棒中的路径变长，电阻增加，促使更多的电流从靠近中间的阴极炭块进入到钢棒中，从而达到降低铝液中水平电流及阴极炭块表面最大电流的目的。

实施例3：

如图6所示本发明中的被划分为三个阴极炭块，在水平方向采用绝缘扎糊、在竖直方向采用绝缘扎糊连接的剖面示意图，由阴极炭块一1，绝缘扎糊2，阴极炭块二3、导电扎糊一4、导电扎糊二5、阴极钢棒6和阴极炭块三7组成。本实施例中，阴极炭块三7的高度为400～650mm，阴极炭块一1的高度为100～500mm，阴极炭块二3的高度为200～500mm，阴极钢棒6的高度为65～200mm，绝缘扎糊2的厚度为5～20mm，长度为50～500mm，导电扎糊二5的厚度为5～20mm，长度为420～650mm。此种结构使电流从靠近侧部的阴极炭块进入到钢棒中的路径变长，电阻增加，促使更多的电流从靠近中间的阴极炭块进入到钢棒中，从而达到降低铝液中水平电流及阴极炭块表面最大电流的目的。

本发明可以大大降低铝液中的水平电流及阴极炭块表面最大电流，且简单易执行，不会对铝电解槽产生较大的改变，减小对现有铝电解槽改造所需的费用。