铝电解槽阴极分流器结构的制作方法
【专利说明】铝电解槽阴极分流器结构
[0001] 本发明涉及有色金属冶金，具体而言，涉及由冰晶石-氧化铝熔体电解提取铝，并 且其可用于阴极组件的分流器结构。
[0002] 用于生产铝的电解槽的阴极组件是极其重要的电动机械元件，其在很大程度上决 定了电解槽的使用寿命和技术性电解工艺的效率，包括炉膛板中的电流分配和电流输送。
[0003] 电子阴极组件及其制造技术的现有结构具有较多的缺点。电流负荷从阴极处的金 属（熔融铝）经碳质炉膛板输送至机械固定（导电胶、生铁浇铸）在碳质砌块中的钢分流 器杆或方坯（bloom)，然后穿过钢方坯和铝阴极放电的接触组件并进一步到达铝阴极收集 总线上。在具有不同电动机械性质的电接触组件中使用了不同的材料，其造成接触组件中 的电压梯度、局部过热、接触组件完整性的破坏、炉膛板完整性的破坏，并由此导致炉膛板 中电流分配受扰乱以及技术工艺参数的不稳定。
[0004] 存在已知的铝电解槽阴极，其具有杆形式的分流器，所述分流器位于可抵抗熔融 铝和冰晶石的化学作用的材料（例如致密石墨材料）的垂直管中，而所述垂直管被置于钢 管内并通过隔热层彼此分开。分流器杆的上部处于熔融状态，并与电解槽的金属形成直接 接触，同时固态底部与分流器总线连接（美国专利3723287号，C22d3/02, 3/12,1973年3 月17日公布）。
[0005] 此种分流器结构的主要缺点是难以制造、笨重，以及由此产生的阴极组件的高成 本价格。
[0006] 与提出的发明最接近的是一种用于由熔融盐和氧化铝的混合物生产铝的电解槽 的分流器结构，其包括阳极以及由铝制成并垂直延伸穿过底部衬垫的阴极分流器元件，所 述阴极分流器元件的与阴极铝熔体接触的上部为液态，而与阴极总线接触的下部为固态， 其中所述阴极分流器元件至少部分地以倒截锥（其下截面与上截面面积之比为1:2)的形 式制成且以数量等于或大于阳极的数量安装，同时所述底部衬垫由耐火非碳材料制成，并 涂布有不与铝相互作用的材料层（RF专利2281986号，C25C3 /08, 2006)。
[0007] 依据其目的、其技术本质以及存在的相似特征，选择此方案作为最接近的现有技 术。通过消除阴极分流器的接触组件、消除阴极中的水平电流以及相应地减少金属和电解 质之间边界处的循环和波形成，所述已知方案可消除这些接触组件中的电压梯度，这会直 接影响电流输出和耗电参数；其减少了熔体经炉膛板和阴极分流器元件和衬垫之间边界处 的渗出，减少了碱金属对炉膛板的渗透，并由此提高了电解槽的使用寿命。
[0008] 所述已知技术方案的主要缺点是，在电解槽的运行期间，于管内表面和铝芯之间 出现电解质层，该电解质层将铝挤出铝。处于600°c~650°C的电解质将结晶在管壁上，并 造成分流器的截面减小。这导致其液态部分和固态部分之间的电接触恶化，阴极中电压梯 度增加，分流器局部受热，温度状态不稳定，电解槽技术运行受到扰乱，并且工艺的技术和 经济参数降低。
[0009] 而且，当分流器元件由上下横截面积比为1:2的倒锥形式且以等于或大于阳极数 量的数量制得时，下横截面积由0.65A/mm2的对铝容许的电流密度而决定。这意味着，对 于针对电流强度120kA结构的具有16个阳极和16个分流器元件的常规电解槽而言，分流 器元件的尺寸分别为：下部0 120mm，上部0 17〇 mm。提出的具有分流器的方案的优点在 于阴极中的电压梯度低，而严重的缺点在于通过分流器元件从铝中显著移除热量，该缺点 需要通过增加电极之间的间隙而补偿。这增加了生产每吨电解铝所需的电消耗。
[0010] 由提出的技术方案解决的问题是确保分流器在其液态部分和固态部分之间的可 靠的电接触，并确保其在电解槽的整个工作寿命期间的稳定状态。本发明所解决的第二个 问题涉及技术条件的稳定以及提升电解工艺的技术和经济参数。
[0011] 技术效果为：分流器在其液态部分和固态部分之间形成可靠的电接触，确保了在 电解槽的工作寿命期间的稳定状态，技术条件稳定，并且提升电解工艺的技术和经济参数。
[0012] 根据本发明完成提出的问题的解决方案，其中，在如下铝电解槽中：其中垂直金属 阴极分流器将电流从铝熔体运载至阴极总线结构，所述分流器被结构为上部是熔融铝而下 部是固态，并且其置于在炉膛板衬垫内制成的管道中，所述分流器管道的中部具有加宽部， 该加宽部比所述分流器的两部分都宽。
[0013] 本发明通过特定的区别特征得到补充，其有助于解决上述问题。
[0014] 根据权利要求2,分流器管道中的加宽部充填有复合材料二硼化钛/碳。
[0015] 根据权利要求3,分流器为管的形式，并且管道中的加宽部和管内的空间充填有复 合材料二硼化钛/碳。
[0016] 通过图形材料解释了本发明的主旨。
[0017] 图1显示具有提出的分流器的铝电解槽的阴极，通过切掉四分之一示出；
[0018] 图2显示具有分流器的管道的底部砌块；
[0019] 图3以切出视角示出具有分流器的组装形式的底部砌块；
[0020] 图4显示具有权利要求2所述分流器的组装形式的底部砌块；
[0021] 图5显示具有权利要求3所述分流器的组装形式的底部砌块。
[0022] 具有惰性阳极的铝电解槽的阴极组件包含：钢阴极外壳1 ;由高铝土混凝土(A12〇3至少90% )制成的底部砌块2 ;安装在底部砌块2的管道3中的铝分流器，其具有 固态部分4和液态部分5 ;由铝板制成的载流集电器6,其具有延伸至外部的部件7 ;在砌块 之间的由高铝土混凝土制成的接缝8 ;边缘砌块9 ;耐火砖层，比如由耐火土、高铝土氧化镁 方镁石碳质砖块制成；隔热材料10,其可由轻质耐火土、蛭石、泡沫硅藻土、硅酸钙制成；以 及用于充填底部砌块2的管道3的基于二硼化钛/碳的复合材料11。
[0023] 阴极组件的底部砌块2具有分流器用管道3,该分流器具有固态部分4和液态部分 5,所述管道均匀分布在底部砌块2的工作