铝电解槽阴极结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及铝电解技术领域，尤其涉及铝电解槽的阴极结构。
【背景技术】
[0002]生产金属铝唯一经济可行的方法是霍尔-埃鲁特法工艺，其电解反应为A1203+C — A1+C02，电解反应时，铝电解槽中通入直流电，且铝电解槽串联连接，直流电从阳极进入电解槽，电流依次经过铝导杆、钢爪、阳极炭块、电解质、铝液、阴极炭块、钢棒，通过阴极母线导入下一台电解槽。
[0003]电流经过铝液、阴极炭块和阴极钢棒水平流出，由于铝液电阻远小于阴极炭块，因此电流将在铝液中发生很大的偏转，从而导致铝液中的水平电流分量的产生。水平电流不仅显著增大垂直磁场，而且与垂直磁场交互作用，影响槽内磁流体的稳定性。传统的铝电解槽阴极结构中阴极钢棒均匀布置于阴极底部，导致铝液水平电流往往偏大，而过大的水平电流与铝液中垂直磁场共同作用产生电磁力，所述电磁力驱动液态铝液在电解槽中流动和波动，导致铝液与电解质界面波动过大，使电解槽在生产中产生严重的不稳定性，造成有效极距降低。因此，如何降低铝液中的水平电流，对铝电解行业实现节能降耗的发展有非常重要的意义，同时也是增强电解槽正常稳定生产的根本手段。
[0004]相关技术中，为了降低电解槽内铝液中的水平电流，人们不仅在提高电解槽母线的设计水平作了很多工作，而且在对阴极炭块和阴极钢棒与捣固糊的改进优化设计也都作了很多工作。如中国专利201010177109.4公开了 “一种垂直出电铝电解槽周围母线的配置方法及配置系统”，提出槽周母线的配置来降水平电流，这不仅增加了阴极母线设计的难度，而且导致阴极配置复杂，母线用量大，投资增加；再如中国专利200710158715.X公开了“一种消除铝电解槽铝液中水平电流的方法”提出底部出电的阴极结构，虽然能够在一定程度上降低铝液中的水平电流，但是对电解槽的内层结构设计和电解槽筑炉工艺提出了更高的要求，且目前试验的效果并不理想，还存在一定的技术瓶颈；又如中国专利201110385777.0公开了 “一种能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭块结构”则提出通过改变阴极炭块的结构来实现降低水平电流的目的；中国专利201020566373.2公开了“一种大幅降低铝电解槽铝液中水平电流的结构”提出通过改变阴极钢棒的结构来实现降低水平电流的目的，但阴极钢棒内的分割缝内使用的分隔材料和绝缘材料的抗电解槽的磨蚀性存在安全隐患。在不影响电解槽寿命的前提下，实现铝液中水平电流降低就显得更为重要。
[0005]因此，有必要提供一种新的铝电解槽阴极结构解决上述问题。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型需要解决的技术问题是提供一种可改善阴极电流分布及提高阴极中部导电性的铝电解槽阴极结构。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种铝电解槽阴极结构，所述铝电解槽阴极结构包括阴极钢棒，所述阴极钢棒包括本体、扩充体、填料区及绝缘填料，所述本体包括中部和分别与所述中部的两端连接的两个端部；所述扩充体为阶梯形，所述扩充体由所述中部延伸而成，所述扩充体与所述本体的连接端的面积大于另一端的面积，所述扩充体的延伸方向为沿所述铝电解槽的底部向所述铝电解槽的开口方向；所述填料区为两个，两个所述填料区分别设于两个所述端部，所述绝缘填料填充于所述填料区。
[0008]优选的，所述扩充体包含多个阶梯，多个所述阶梯对称分布于所述扩充体的两侧，且沿所述中部至两个所述端部由高到低排列。
[0009]优选的，所述扩充体的长度超过所述阴极钢棒长度的二分之一。
[0010]优选的，所述填料区为通孔列，两组所述通孔列对称分布于所述本体的两端部。[0011 ] 优选的，所述通孔列呈直线分布或曲线分布。
[0012]优选的，所述通孔列包括多个通孔。
[0013]优选的，所述通孔为圆孔。
[0014]优选的，沿所述中部向所述端部方向，多个所述通孔的孔径依次增大。
[0015]优选的，所述绝缘填料为绝缘糊料。
[0016]优选的，沿垂直于所述本体的延伸方向，所述阴极钢棒的截面形状为长方形或圆形或椭圆形。
[0017]与相关技术相比，本实用新型的铝电解槽阴极结构设置由所述本体中部延伸而成的阶梯形扩充体，使所述阴极钢棒的中部高，两端部低，且所述阴极钢棒的中部与阴极炭块的接触面积大，因此阴极钢棒中部的导电性提高，铝液中的水平电流降低；所述本体的端部设置所述通孔列，所述通孔列填充所述绝缘填料，减弱所述本体两端的电导率，从而进一步降低铝液中的水平电流。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型铝电解槽阴极结构的立体结构示意图。
[0019]图2为图1所示的铝电解槽阴极结构旋转180度的立体结构示意图。
[0020]图3为本实用新型铝电解槽阴极结构的阴极钢棒的立体结构示意图。
[0021]图4为本实用新型铝电解槽阴极结构的阴极钢棒横截面示意图。
[0022]图5为本实用新型铝电解槽阴极结构的第一实施例的结构示意图。
[0023]图6为本实用新型铝电解槽阴极结构的第二实施例的结构示意图。
[0024]图7为本实用新型铝电解槽阴极结构的第三实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。
[0026]请结合参阅图1与图2，图1为本实用新型铝电解槽阴极结构的结构示意图；图2为图1所示的铝电解槽阴极结构旋转180度的立体结构示意图。所述铝电解槽阴极结构1包括阴极钢棒11、碳素扎固糊13及阴极炭块15。所述阴极炭块15包括两条凹槽(未标号)，所述凹槽沿所述阴极炭块15的长度方向平行设置，所述阴极碳棒11嵌设于所述凹槽中，所述凹槽与所述阴极碳棒11间的间隙以所述碳素扎固糊15填充。
[0027]再请参阅图3及图4，其中，图3为本实用新型铝电解槽阴极结构的阴极钢棒的立体结构示意图；图4为本实用新型铝电解槽阴极结构的阴极钢棒横截面示意图。所述阴极钢棒11包括本体111、扩充体113、填料区115及绝缘填料117。所述扩充体113由所述本体111的中部1111沿电解槽(未图示)的底部向所述电解槽的开口方向延伸而成，所述填料区115为两个，分别设于所述本体111的两端部1113，所述绝缘填料117填充于所述填料区 115。
[0028]沿垂直于所述本体111的延伸方向，所述阴极钢棒11的截面形状可以为长方形11a、半腰型孔形11b、椭圆形11c或圆形lid等，所述阴极钢棒11的截面形状不限，均同理包含在本实用新型的保护范围之内。
[0029]所述本体111为长条形，所述本体111包括所述中部1111及分别与所述中部1111的两端连接的两个端部1113。
[0030]所述扩充体113为阶梯形，所述扩充体113与所述本体111的连接端的面积大于所述扩充体113的另一端面积，降低水平电流的效果更好。
[0031]所述扩充体113包括多个阶梯1131，所述阶梯1131沿所述中部1111向两所述端部1113呈由高到低的对称分布，