专利名称：节能型铝电解槽的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种铝电解槽，尤其涉及一种电流强度在60kA以上的铝电 解槽，属于预焙阳极铝电解槽技术领域。
背景技术：
目前用于铝工业生产的Hall-Heroult电解槽使用炭素阳极和炭块作为阴极， 通过电解氧化铝生产铝，电解质主要由冰晶石和氧化铝熔体组成，另外还有溶 解在其中的氟化铝和其它盐。电解析出的铝蓄积在槽底炭块阴极上部，形成铝 液层，并作为阴极的一部分。由于电解槽内的铝液受到车间内电磁场的影响而 运动，需要保持一定高度的铝液高度减少与电解质接触铝液面的波动变化。目 前工业电解槽保持的铝液水平通常为10 30cm之间，在此情况下，仍需要保持 4.5cm左右的极距。
现有的Hall-Heroult铝电解槽，根据尺寸和电解工艺的不同都存在一个普遍 的问题就是电能效率较低， 一般在45 50%之间，其余的电能都转化为热能散 失掉了。现有铝电解槽的极距一般都在4.5cm左右，造成电能效率低的主要原 因就在于现有普通预焙槽由于磁场造成的铝液波动，因此为了保证电解槽的稳 定生产往往需要保持较大的极距。
电能效率低造成了工业电解槽上巨大电能无谓的消耗，铝电解槽节能降耗 的手段有两种， 一种是提高电流效率，另一种就是降低极距，降低槽电压。而 现有的电解槽，电流效率大都在90~96%之间，提高电流效率的空间有限。目前 铝电解槽极距一般在4.5~5cm左右，极距带来的压降约为总能耗的40%,极距的降低给节能降耗提供了很大的空间，但是由于传统电解槽本身结构的限制， 降低极距，由于受磁场带来的铝液电解质界面波动影响，电解槽就会变得不稳 定，丢失电流效率，很难达到节能的目的。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供节能型铝电解槽，它提高了铝电解 槽的电能效率，降低了极间压降，降低了磁场对铝电解生产稳定性的影响，达 到了节省能源的目的。
为了解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的节能型铝电解槽，它 包括槽壳、内衬、上部结构和阳极提升机构，内衬内设有阴极炭块，上部结构 设有阳极炭块，阳极炭块间设有下料点，阴极炭块内设有阴极钢棒，阴极炭块 部分或全部浸入在铝液中，阴极炭块之间存有铝液。
所述的阴极炭块的横向截面形状为圆形、多半圆型、椭圆形、梯形或矩形。 所述的下料点分布在电解槽的纵向中心线或偏离中心线的位置上。 所述的下料点的数量为每个电解槽2~8个。
所述的阳极提升机构采用滚珠丝杠加三角板结构或螺旋提升机构。 所述的阴极炭块上表面开设有凹槽。
所述的阴极钢棒横向截面形状可以为圆形，椭圆形，矩形或梯形。 本实用新型的特点和效果如下-
本实用新型铝电解槽由于其阴极结构的特点，阴极炭块全部或部分浸泡 在铝液中，巨大的铝液池被分割成数个小的区域，有效地束缚了铝液由于受到 电磁力的作用而产生的流动和波动，提高了电解槽的稳定性，铝液高度可以保
持很低，高出阴极炭块几厘米即可，因此可以使极距从传统电解槽的4.5~5cm 左右降到2.5 4cm或更低。
由于保持了较低的铝液水平，在电解槽出铝时，容易造成出铝口位置的铝量不足，使电解质进入出铝装置，为了解决此问题，可以适当增大出铝端的加 工面，在阴极炭块上表面开沟槽，为铝液提供汇集通道。
电解槽采用多点定容下料系统，下料点位于电解槽的纵向中心线或偏离纵 向中心线，偏离的目的是保持电解槽纵向通道的清洁，提高出铝时铝液向出铝 端的汇集。
本实用新型由于采用上述结构降低了极距，提高了电能利用率，大大降低 了磁场对铝电解生产稳定性的影响。
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图1是本实用新型铝电解槽阴极由各种形状阴极炭块组成的结构示意图。
图2是本实用新型铝电解槽的侧视图。
图3是本实用新型铝电解槽阴极由圆形阴极炭块组成的结构示意图。
图4是本实用新型铝电解槽阴极由圆形阴极炭块组成的另一种排布结构示 意图。
图5是本实用新型铝电解槽阴极由上圆下方形阴极炭块组成的结构示意图。 图6是本实用新型的铝电解槽阴极由梯形阴极炭块组成的结构示意图。 图7是本实用新型的铝电解槽阴极由方形阴极炭块组成的结构示意图。 图8是本实用新型的铝电解槽阴极由圆形阴极炭块组成、阴极钢棒为方形 的结构示意图。
图中，1、阳极炭块，2;阴极炭块，3、阴极钢棒，4、电解质，5、铝液， 6、下料点，7、槽壳，8、内衬，9、上部结构。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例进行详细说明，但本实用新型的保护范 围不受实施例所限。如
图1 图2所示，本实用新型的铝电解槽，其结构如下它是由槽壳7、
内衬8、上部结构9和阳极提升机构构成，阳极提升机构可以采用滚珠丝杠加三 角板结构或螺旋提升机构；阳极炭块1间设有下料点6，下料点6分布在电解槽 的纵向中心线或偏离中心线的位置上，下料点的数量为每个电解槽2~8个；内 衬内设有阴极炭块2，阴极炭块2内设有阴极钢棒3，阳极炭块1和阴极炭块2 的数量可以根据电流强度等因素进行合理确定，此为公知技术不做详细描述； 阴极炭块横向截面的形状可以为圆形，如图3;可以为切除小部分的大半圆型， 如图4;也可以为半圆形与矩形的复合体，如图5;也可以为梯形，如图6;也
可以为正方形，如图7;阴极钢棒3横向截面的形状可以为矩形，如图8，阴极 钢棒3的横向截面形状还可以为椭圆形或梯形；本专利阴极炭块2和阴极钢棒3
包括不仅限于上述的形状组合，此外还有更多方式的组合。本专利所描述的电
解槽主要特点为阴极炭块2部分或全部浸泡在铝液5中，阴极炭块2之间存 有铝液5，阴极炭块2上表面至阳极之间的铝液层厚度控制在满足生产要求的高 度即可，如0 10cm，也可以更高，电解槽中的大部分铝液5位于阴极炭块上表 面以下。本实用新型的阴极炭块2直接放置在底部内衬上，与阴极炭块2直接 接触的底部内衬材料要求不能与铝液反应、耐高温、防渗漏等特性，可以采用 炭糊扎固、炭砖、镁砖等材料铺设。
本实用新型的铝电解槽，由于采用了新式的阴极结构， 一方面由于阴极炭 块阻挡了磁场造成的铝液流动，减少了电解槽铝液面波动，提高了电解槽的稳 定性，从而可以适当降低极距至2.5 4cm (也可以更低)生产，实现了极间铝液 -电解质界面很小的波动情况下生产，提高了电流效率，大大降低了直流电耗； 另一方面由于铝液与导电的阴极炭块之间的接触面积增大，降低了阴极炭块与 铝液之间的压降，从而降低了阴极压降。
本实用新型的铝电解槽，由于铝液水平降低，铝液存量减少，在电解槽出 铝时，容易造成出铝口位置的铝量不足，使电解质进入出铝装置，为了解决此问题，可以在阴极炭块上表面开凹槽，为铝液提供汇集到出铝口的通道，同时 适当增大出铝端的加工面。
采用此种方案设计的电解槽，由于磁场变化对于电解槽铝液波动影响很小， 从而可以极大的简化母线设计， 一方面不必采用大量的母线补偿电解槽的磁场， 减少母线的用量，另一方面简单的母线配置縮短电解槽之间的距离，从而降低 建设费用。
权利要求1、一种节能型铝电解槽，它包括槽壳(7)、内衬(8)、上部结构(9)和阳极提升机构，其特征在于内衬(8)内设有阴极炭块(2)，上部结构(9)设有阳极炭块(1)，阳极炭块(1)间设有下料点(6)，阴极炭块(2)内设有阴极钢棒(3)，阴极炭块(2)部分或全部浸入在铝液(5)中，阴极炭块(2)之间存有铝液(5)。
2、 根据权利要求1所述的节能型铝电解槽，其特征在于所述的阴极炭块(2) 的横向截面形状为圆形、多半圆型、椭圆形、梯形或矩形。
3、 根据权利要求l所述的节能型铝电解槽，其特征在于所述的下料点(6) 分布在电解槽的纵向中心线或偏离中心线的位置上。
4、 根据权利要求1或3所述的节能型铝电解槽，其特征在于所述的下料点 (6)的数量为每个电解槽2 8个。
5、 根据权利要求1所述的节能型铝电解槽，其特征在于所述的阳极提升机 构采用滚珠丝杠加三角板结构或螺旋提升机构。
6、 根据权利要求1所述的节能型铝电解槽，其特征在于所述的阴极炭块(2) 上表面开设有凹槽。
7、 根据权利要求1所述的节能型铝电解槽，其特征在于所述的阴极钢棒(3) 的横向截面形状可以为圆形，椭圆形，矩形或梯形。
专利摘要本实用新型涉及一种铝电解槽，尤其涉及一种电流强度在60kA以上的铝电解槽。它包括槽壳、内衬和上部结构，上部结构设有阳极炭块，阳极炭块间设有下料点。阴极炭块部分或整体浸泡在铝液中，电解槽中的大部分铝液位于阴极炭块上表面以下。本实用新型的铝电解槽，由于采用了上述结构，一方面由于阴极炭块阻挡了磁场造成的铝液流动，减少了电解槽铝液面波动，提高了电解槽的稳定性，实现了极间铝液-电解质界面很小的波动情况下生产，提高了电流效率，大大降低了直流电耗；另一方面由于铝液与阴极炭块之间的接触面积增大，降低了阴极炭块与铝液之间的压降，从而降低了阴极压降，提高了电能利用率。
文档编号C25C3/08GK201367470SQ20092001113
公开日2009年12月23日 申请日期2009年3月5日 优先权日2009年3月5日
发明者刘雅锋, 周东方, 孙康建, 朱佳明, 杨晓东, 胡洪武, 邹智勇 申请人:沈阳铝镁设计研究院