专利名称：一种新型铝电解槽阴极结构及母线配置方案的制作方法
技术领域：
本实用新型属于铝电解槽电流供给装置的技术领域，涉及一种作为大型 铝电解槽阴极炭块结构及母线配置的改良方案。
背景技术：
近年来，铝电解技术的发展，主要体现在以扩大生产规模、降低投资强 度、提高劳动生产率为目的，不断地增大电解槽电流强度和电解槽的容量。 随着铝电解槽系列电流强度的增大，槽内磁场强度越来越大，磁流体的稳定 性便成为了限制电解槽扩容和保证生产稳定的主要制约因素。为了实现电解 槽磁流体的稳定，不得不采用大量的槽周围铝母线，以合理分配进、出电侧
母线电流走向的方式来实现槽内磁流体的稳定。中国专利ZL89108211.5和中 国专利申请案ZL200510200741.5的方案便是如此，其特征在于(l)进电侧 大部分母线绕行在电解槽窄端面外侧，而其余少部分阴极母线则通过电解槽 底下汇集到下一个电解槽的方法来对磁场进行补偿；(2)使进电侧流向烟道 端的阴极母线电流大于由进电侧流向出铝端的阴极母线电流。在上述设计方 案中大型铝电解槽进电侧的大部分电流必须从电解槽的两端头绕行，用以补 偿电解槽内四个角部的磁场，和相邻车间回路电流所产生的磁场。
不仅由于大部分母线电流要从电解槽两端头绕行，需要采用大量的铝母 线，有的设计方案，如中国专利ZL03133448.2那样，还要增设一个副电源和 由它引出来的专用补偿母线，问题就更加复杂多了，它所需要增加的材料和 电能消耗更就更大了。所以，从技术、经济综合分析，上述的方案都还不是 效果理想的方案
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种从技术、经济综合考虑，更为合理的大型 铝电解槽磁场补偿方案。它既能取得良好的磁场补偿效果；又能节省槽周围 母线的用量。
本实用新型首先提出了一种铝电解槽新型阴极结构，包括槽壳、阴极炭 块、阴极钢棒、内衬结构，其特征在于
(1) 将阴极炭块和阴极钢棒分为长、短不同的两组；
(2) 长阴极炭块组安装、布置在电解槽中部并与电解槽短轴相平行；
(3) 短阴极炭块组安装、布置在电解槽两端并同长阴极炭块相垂直。 本实用新型在上述新型阴极结构的基础上还提出了一种与其相适应的新
型铝电解槽母线配置方案，其设计构思是将电解槽大部分电流由电解槽两大 面流出；小部分电流则由电解槽的两端头流出，从两端头流出的电流恰好补 偿了内部电流在电解槽四个角产生的磁场。与此同时，由于槽内四个角部磁 场己被内部电流磁场自行补偿掉，因而从槽端头绕行的外部电流可以减小且 其流向也大为简化。
本实用新型的新型铝电解槽母线配置方案，包括进电侧软母线、进电侧 汇流母线、出电侧软母线、出电侧汇流母线、槽底穿行母线和立柱母线，其 特征在于，另设置有端头软母线和端头汇流母线
(1) 端头软母线从短阴极炭块组引出，将其汇集到端头汇流母线上，并 最终汇集到立柱母线上；
(2) 将进电侧软母线汇集到进电侧汇流母线上，经过槽底过渡到出电侧， 汇集到立柱母线上；(3)另设置有电解槽辅助短路母线。
考虑到仅仅端头汇流母线的电流还不足以补偿相邻列电解槽母线电流的 影响，故本实用新型的母线配置方案，在分配通过槽底的进电侧汇流母线时， 让处于靠近烟道端的母线数量多于靠近出铝端的母线数量。
本实用新型的总的特点是，通过电解槽进电侧母线的电流大部分从槽底 穿过，而自槽底穿过的电流又大部分集中在槽底的两端头，并且从烟道端槽 底流过的电流量大于出铝端槽底流过的电流量。按照本实用新型的铝电解槽 阴极结构和母线配置方案，电解槽周围的磁场通过简单配置便可得到补偿， 不仅保证了电解槽的稳定运行，还省去了大量的端头绕行母线，大幅度地减 少了母线的用量，其经济效益是非常显著的。
图l是本实用新型的新型阴极结构的俯视图；图2、 3、 4是本实用新型 的母线配置方案的平面示意图。在上述各图中l为短阴极炭块；2槽壳；3 长阴极钢棒；4长阴极炭块；5内衬结构；6短阴极钢棒；7端头软母线；8 端头汇流母线；9进电侧软母线；IO进电侧汇流母线；ll出电侧软母线；12 出电侧汇流母线；13槽底穿行母线；14辅助短路母线；15立柱母线。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的说明与补充。
本实用新型的铝电解槽的阴极结构包括槽壳2和内衬结构5，如图1所
示。先在阴极炭块组的下部铺设几层热绝缘材料，通常从上而下包括干粉
防渗料、粘土质隔热耐火砖、耐温硅酸钙板等材料。而后，将阴极炭块与导 电钢棒组成阴极炭块组铺设在热绝缘材料层上。本发明的阴极炭块组分为长、
短两种。将长阴极钢棒3置于长阴极炭块4中，以捣固的阴极炭糊固定为一体，再按照与电解槽短轴相平行的方向，从中部向两侧铺设；用同样的方法 将短阴极钢棒6和短阴极炭块1固定为一体，然后按照与长阴极炭块相垂直 的方向铺设在电解槽的两端。炭块组之间的缝隙以底部炭糊填充捣实，这样 就形成了本实用新型的铝电解槽阴极结构。
从图1并结合到图2、 3、 4可见，电解槽共有48 64根长阴极钢棒，由 此可引出48 64根阴极软母线，其中进、出电侧各引出24 32根进电侧软 母线9、出电侧软母线11，分别连接到7根进电侧汇流母线10和7根出电侧 汇流母线12上。电解槽两端头个各有6 8根短阴极钢棒，可分别引出6 8 根端头软母线7和1根端头汇流母线8。为了安全，供电解槽短路时方便另 设置一根穿行电解槽底部的辅助短路母线14。如何将这些进电侧软母线、端 头软母线汇集到进电侧汇流母线、端头汇流母线上去？而这些汇流母线又如 何从电解槽的进电侧过渡到出电侧并同出电侧汇流母线一起连接到6根立柱 母线15上去？这些问题，根据电解槽的规格可以有多种不同的解决方案即母 线配置方案，下面仅列举出三种母线配置方案用作实施例来加以说明
实施例1360KA铝电解槽母线配置方案
如图1所示，对于360KA级铝电解槽来说，长阴极炭块长为3200—3850 毫米，宽为450—700毫米；短阴极炭块长为1200—1800毫米，宽为450— 700毫米。整个电解槽短阴极炭块组数(M)为6组；长阴极炭块组数(N) 为24组。
其母线配置方式则如图2所示，由7根进电侧汇流母线、7根出电侧汇 流母线和2根端头汇流母线组合成6组汇流母线分别连接到电解槽的6根立 柱母线上，首先从电解槽的两端端头软母线的中间部位引出端头汇流母线，这相当于6根端头软母线各3根串联后再并联;而进电侧的24根软母线则被 分为若干组，从烟道端出发向出铝端排布，(1)将烟道端的6根端头软母线 汇成1根端头汇流母线，把它同汇集第三组2根进电侧软母线后穿过接近烟 道端电解槽槽底的进电侧汇流母线、汇集第一组2根出电侧软母线的出电侧 汇流母线共汇集10根软母线的3根汇流母线连接到第二根立柱母线上；(2) 将分别汇集第一组6根进电侧软母线和第二组4根进电侧软母线共汇集10 根软母线后穿过最靠烟道端电解槽槽底的2根进电侧汇流母线连接到第一根 立柱母线上；(3)将汇集第四组2根进电侧软母线的汇流母线穿过槽底近中 间部位后，同分别汇集第二组4根出电侧软母线、汇集第三组3根出电侧软 母线的出电侧汇流母线一起共汇集9根软母线的3根汇流母线连接到第三根 立柱母线上；(4)将汇集第五组2根进电侧软母线的汇流母线穿过电解槽底 过中间部位后，同分别汇集第四组3根出电侧软母线、汇集第五组4根出电 侧软母线的出电侧汇流母线一起共汇集9根软母线的3根汇流母线连接到第 四根立柱母线上；(5)将出铝端的6根端头软母线汇集成1根端头汇流母线， 把它同汇集第六组2根进电侧软母线、穿过电解槽底部离出铝端有一定距离 的部位后的汇流母线以及汇集第六组3根出电侧软母线的汇流母线一起共汇 集11根软母线的3根汇流母线连接到第五根立柱母线上；(6)将汇集最后一 组6根进电侧软母线的进电侧汇流母线穿过近出铝端的电解槽槽底部后，同 汇集最后一组5根出电侧软母线的汇流母线的汇流母线一起共汇集11根软母 线的2根汇流母线连接到第六根立柱母线上。这样，360KA铝电解槽24根进 电侧阴极软母线、7根进电侧阴极汇流母线、24根出电侧阴极软母线、7根 出电侧阴极汇流母线、12根端头软母线和2根端头汇流母线便完全装置妥当。
当进电侧软母线汇集到汇流母线穿过电解槽槽底时，靠近烟道端要接近而且紧密一些；而靠出铝端则要偏远且松散一些，保证近烟道端的槽底电流大于 近出铝端的槽底电流。致于辅助短路母线则可用绝缘垫挂在任何一根立柱母 线上，必要时抽出绝缘垫便可使铝电解槽短路。
实施例2 400KA铝电解槽母线配置方案
如图1所示，对于400KA级铝电解槽来说，长阴极炭块长为3200—3850 毫米，宽为450—700毫米；短阴极炭块长为1200—1800毫米，宽为450— 700毫米。整个电解槽短阴极炭块组数(M)为6组；长阴极炭块组数(N) 为30组。
另见图3，从电解槽的两端的端头软母线的头部直接引出端头汇流母线， 这相当于6根端头软母线直接并联进入到出电侧；而进电侧的30根软母线则 被分为若干组，它们同7根进电侧汇流母线的连接方式以及如何从槽底过渡 到出电侧一方；过渡后的6根进电侧汇流母线如何同7根出电侧汇流母线一 起连接到6根立柱母线上，安装方法大致与实施例1相同。6根立柱母线由 近烟道端处算起，分别汇集了14、 12、 10、 10、 12、 14根阴极软母线，(1) 第一根立柱母线上连接着进电侧第一组7根软母线、第二组5根软母线和出 电侧第一组2根软母线；(2)第二根立柱母线上连接着6根端头软母线、第 三组3根进电侧软母线和第二组3根出电侧软母线；(3)第三根立柱母线上 连接着第四组3根进电侧软母线和第三组7根出电侧软母线；(4)第四根立柱 母线上连接着第五组3根进电侧软母线和第四组7根出电侧软母线；(5)第五 根立柱母线上连接着6根出铝端端头软母线、第六组2根进电侧软母线和第 四组4根出电侧软母线；(6)第六根立柱母线上连接着最后一组7根进电侧软 母线和7根出电侧软母线。当进电侧软母线汇集到汇流母线穿过电解槽槽底时，靠近烟道端要接近而且紧密一些；而靠出铝端则要偏远且松散一些，保 证近烟道端的槽底电流大于近出铝端的槽底电流。 实施例3 500KA铝电解槽母线配置方案
对于500KA级铝电解槽来说，长阴极炭块长为3200—3850毫米，宽为 450—700毫米；短阴极炭块长为1200_1800毫米，宽为450—700毫米。整 个电解槽短阴极炭块组数(M)为6组；长阴极炭块组数(N)为32组。
另见图4，其端头软母线与端头汇流母线之间的联接方式与实施例2相 同。从电解槽的两端的端头软母线的头部直接引出端头汇流母线，这相当于 6根端头软母线直接并联进入到出电侧；而进电侧的32根软母线则被分为若 干组，它们同7根进电侧汇流母线的连接方式以及如何从槽底过渡到出电侧 一方；过渡后的7根进电侧汇流母线如何同7根出电侧汇流母线一起连接到 6根立柱母线上，安装方法大致与实施例l、 2相同。6根立柱母线由近烟道 端处算起，分别汇集了 15、 13、 10、 10、 13、 15根阴极软母线，(1)第一根 立柱母线上连接着进电侧第一组8根软母线、第二组5根软母线和出电侧第 一组2根软母线；(2)第二根立柱母线上连接着6根端头软母线、第三组3 根进电侧软母线和第二组4根出电侧软母线；(3)第三根立柱母线上连接着 第四组3根进电侧软母线和第三组7根出电侧软母线；(4)第四根立柱母线 上连接着第五组3根进电侧软母线和第四组7根出电侧软母线；(5)第五根 立柱母线上连接着6根出铝端端头软母线、第六组2根进电侧软母线和第四 组5根出电侧软母线；(6)第六根立柱母线上连接着最后一组8根进电侧软 母线和7根出电侧软母线。当进电侧软母线汇集到汇流母线穿过电解槽槽底 时，靠近烟道端要接近而且紧密一些；而靠出铝端则要偏远且松散一些，保证近烟道端的槽底电流大于近出铝端的槽底电流。
本实用新型的新型铝电解槽阴极结构及母线配置方案，通过改变阴极结 构和简化母线配置方案，既不需要大量的电解槽端头绕行母线；更不需要增 设副电源和穿行于铝电解车间的补偿母线，便能实现电解槽磁场自行补偿的 效果，其经济效益是极为可关的，故具有极大的推广价值。
权利要求1..一种铝电解槽新型阴极结构，包括槽壳、阴极炭块、阴极钢棒、内衬结构，其特征在于(1)将阴极炭块和阴极钢棒分为长、短不同的两组；(2)长阴极炭块组安装、布置在电解槽中部并与电解槽短轴相平行；(3)短阴极炭块组安装、布置在电解槽两端并同长阴极炭块相垂直。
2. 按权利要求1所述的铝电解槽新型阴极结构，其特征在于所说的短阴 极炭块的宽度可与长阴极炭块的宽度相同；也可以不相同。
3. 按权利要求1所述的铝电解槽新型阴极结构，其特征在于所说的短阴 极炭块组的总宽度可与长阴极炭块的长度相同；也可以不相同。
4. 一种适用于权利要求1所述的铝电解槽新型阴极结构的母线配置方 案，包括进电侧软母线、进电侧汇流母线、出电侧软母线、出电侧汇流母线、 槽底穿行母线和立柱母线，其特征在于，另设置有端头软母线和端头汇流母 线(1) 端头软母线从短阴极炭块组引出，将其汇集到端头汇流母线上，并 最终汇集到立柱母线上；(2) 将进电侧软母线汇集到进电侧汇流母线上，经过槽底过渡到出电侧， 汇集到立柱母线上；(3) 另设置有电解槽辅助短路母线。
5. 按权利要求4所述的阴极母线配置方案，其特征在于所说的经过槽底 的进电侧汇流母线，其处于近烟道端的数量多于处于近出铝端的数量。
专利摘要本实用新型提出了一种铝电解槽新型阴极结构，包括槽壳、阴极炭块、阴极钢棒、内衬结构，其特征在于(1)将阴极炭块和阴极钢棒分为长、短不同的两组；(2)长阴极炭块组安装、布置在电解槽中部并与电解槽短轴相平行；(3)短阴极炭块组安装、布置在电解槽两端并同长阴极炭块组相垂直。本实用新型还提出了一种与其相应的铝电解槽母线配置方案，包括进电侧软母线、进电侧汇流母线、出电侧软母线、出电侧汇流母线、槽底穿行母线和立柱母线，其特征在于，另设置有端头软母线和端头汇流母线端头软母线从短阴极炭块组引出，汇集到端头汇流母线上后再接到立柱母线上。本方案省去了大量的端头绕行母线，也能实现电解槽自行补偿，具有极大经济价值。
文档编号C25C3/16GK201162055SQ200820010739
公开日2008年12月10日 申请日期2008年2月19日 优先权日2008年2月19日
发明者刘敬雄, 吕定雄, 戚喜全, 宇 毛, 王德全, 马成贵 申请人:东北大学设计研究院(有限公司)