专利名称：一种铝电解槽的节能型阴极的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种铝电解槽的节能型阴极，属于铝电解槽技术领域。
背景技术：
随着铝电解槽设计和操作技术水平的提高，国际国内新设计和建设的铝电解槽日益向大 型化的方向发展。系列电流不可避免的会增加到550kA 700kA甚至以上。近年来，我国的铝 电解技术也得到了长足的进展，在电解槽容量上已能达到甚至超过国际先进水平。但在节能 降耗方面与世界先进水平却仍存在着较大的差距。目前，国内各铝厂的直流电耗徘徊在 13200 — 13500kWh/T.Al左右，甚至有的接近14000kWh/T. Al，有相当大的潜力可挖掘。特别 是在目前国内外经济环境极为严峻的情况下，对节能的要求就更加的急迫
在铝电解生产中，节能的途径很多。从理论上说，电耗率只取决于电流效率和电解槽的 平均电压V平。而铝电解槽的平均电压主要包括三部分，艮口
V平二 A 乂槽+ A V母屮A V效
其中的AV母为槽外母线电压降，AV效为阳极效应分摊电压降，AV槽为电解槽工作电压 ，又可分解为阳极、阴极、电解质电压降和反电动势(或称实际分解电压)，即 V槽二AV阳+AV阴+AV质+E反
由计算可知，反电动势和电解质电压降分别占到平均电压的35% 40%，是平均电压中 的两个大项。反电动势基本为定值，故要想降低电耗，首要的是降低电解质电压AV质。
同时根据生产实践、及计算可知，典型的大面多点进电铝电解槽的铝液流速分布如图9 11所示，其中图9为160kA级铝电解槽的典型铝液流速分布图，图10为300kA铝电解槽的典 型铝液流速分布图，图ll为450kA铝电解槽的典型铝液流速分布图。通过图9 11可以看出这 些流速分布的特征都很相似，当然，在正常生产时，由于操作条件、炉棒、炉底沉淀等的变 化，实测出的流速分布会有一定的差异，但总体而言对于大面多点进电铝电解槽的铝液流速 分布有几项特征是不变的，S卩产生的涡旋沿电解槽长度方向分布、高流速区位于每个涡旋 靠近炉帮的区域、槽内最大流速的区域位于槽两端(烟道端及出铝端)及大面靠近两端的区 域。同时高流速涡旋的存在会使铝液-电解质表面产生较大的隆起及波动，进而可能会在一 定条件下使铝液-电解质界面产生不稳定，能耗增加
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种通过改变铝电解槽的阴极使铝电解槽获得良 好的稳定性，以达到节能、降耗的效果。可以克服现有技术的不足。
本实用新型的技术方案；它包括设置在铝电解槽底部的阴极碳块和阴极碳棒，阴极碳块 由长度和厚度均不相同的长阴极块和短阴极块拼接而成。
长阴极块与短阴极块交错排列。
长阴极块和短阴极块的底部高度相同，阴极钢棒的出线位置相同。 长阴极块比短阴极块或短阴极块比长阴极块高出的部分为整体高出或部分区域高出。 长阴极块和短阴极块的高度差为50 200mm 。
长阴极块与短阴极块的长度差为200 800mm，且短阴极块的长度不小于长阴极块的1/2 制作长阴极块和短阴极块的材料为无烟煤炭块、半石墨质炭块或半石墨化或石墨化炭块
与现有技术比较，本实用新型通过将阴极碳块由长度和厚度均不相同的长阴极块和短阴 极块拼接而成，并且长阴极块与短阴极块交错排列构成铝电解阴极，这样的设置目的是为了 克服现有阴极炭块产生的涡旋(如图9-11)。同时通过试验证明及图8可见，将现有平整的 阴极碳块改制成长短、厚度不同的拼接炭块，这样就可通在铝液高流速区域设置一定的障碍 ，破坏如图9-ll中形成的涡旋，破坏现有铝电解槽电磁力所产生的铝液内流速场的分布，使 其变得支离破碎，使铝液不能产生较大的隆起和波动，从而获得较好的稳定性。而稳定性较 好的电解槽，生产时极距可较低、能耗也较低。长阴极块比短阴极块或短阴极块比长阴极块 高出的部分为整体高出或部分区域高出，即高出部分的区域、数量和位置并不确定，这样的 设置原因也是根据现有铝电解槽槽的磁场分布而定的，其目的是为了更好适应各类电解槽并 破坏原有电磁力所产生的铝液内流速场的分布，达到进一步节能、降低能耗的效果。长阴极 块和短阴极块的高度差为50 200mm ;长阴极块与短阴极块的长度差为200 800mm，且短阴 极块的长度不小于长阴极块的1/2，这些数据均是申请人经过大量实验和计算机模拟后得到 的，其目的是满足生产时的正常出铝；制作长阴极块和短阴极块的材料为无烟煤炭块、半石 墨质炭块或半石墨化或石墨化炭块，上述制作材料均为制作现有阴极炭块的材料，并不需其 它特殊材料，因此本实用新型不会另增加太多资金。同时本实用新型还具有对电解槽改动少 、节能效果好等优点，具有很好的经济效应、推广价值和实用价值。
图l为本实用新型的结构示意图；图2为图1的Y向视图； 图3为图1的X向视图4为本实用新型的短阴极块2的高出区域为一个较窄突台的示意图5为图4的部分Y向视图6为本实用新型的短阴极块高出区域为两个较窄突台的示意图7为图6的部分Y向视图8采用本实用新型后160kA大面多点进电铝电解槽铝液流速分布图； 图9为现有的160kA大面多点进电铝电解槽铝液流速分布图； 图10为现有的300kA大面多点进电铝电解槽铝液流速分布图； 图ll为现有的450kA大面多点进电铝电解槽铝液流速分布图。
具体实施方式
实施例l:如图1所示，阴极碳块设置在铝电解槽的底部，在阴极碳块两端设有阴极钢
棒3 ，构成铝电解槽阴极的每根阴极碳块由长度和厚度均不相同的长阴极块1和短阴极块2拼 接而成，多个厚度不同的拼接的阴极炭块通过扎糊4拼接为铝电解阴极，在拼接时长阴极块l 与短阴极块2交错排列，并且在制作和拼接厚度不同、长度不同的阴极炭块所采用的标准为 ，长阴极块1和短阴极块2的底部位于同一标高，阴极钢棒3的出线位置位于同一标高，(如 图l);这样交错排列后铝电解槽阴极侧视图就如图2和图3所示。这里制作长阴极块l和短阴 极块2的材料为无烟煤炭块、半石墨质炭块或半石墨化或石墨化炭块，上述制作材料均为制 作现有阴极炭块的材料，并不需其它特殊材料，因此不会增加太多成本，但在制作长阴极块 l和短阴极块2时为满足生产时的正常出铝的要求，长阴极块1和短阴极块2的高度差要求为50 200mm;长阴极块l与短阴极块2的长度差要求为200 800mm，且短阴极块2的长度不小于 长阴极块1的1/2，这些数据限制目的是为了保证正常出铝，因正常生产时铝液应没过这些 高出部分的30 50mm，高出铝液部分就能很好的破坏铝液流场，使铝电解槽的稳定性增加， 可在正常生产中进一步的降低极距，起到节能降耗的作用。这里需要说明的是，虽然图l中 仅示出了加厚短阴极块2，但本实用新型并不排斥短阴极块2采用常规块而长阴极块1加厚的 做法，只是这样的布置并不比本实施例的效果更明显，且可能会影响铝电解槽的正常出铝。
实施例2:在按实施例l的方法制作好铝电解槽阴极后，由于在实际生产中可能会出现槽 内在产铝量减少幅度较大的弱点，也有可能会使铝电解槽的热平衡难以建立，出现电解槽发 冷的现象。为了更好的调节铝电解槽的热平衡，我们了采取减少突台体积的办法，即如图4 和5，图6和7所示，我们将长阴极块1或短阴极块2高出的区域部分进行机械切削，减少其宽度，切削后的原有高出部分将会变成窄的突起带，这样本实用新型就可针对不同槽型，只要 将高出部分的面积调整合适就能达到改善流速场、提高稳定性的作用，便于生产时热平衡的 保持。需说明的是高出区域不一定为加工切削而成，也可以粘贴、镶嵌而成。
权利要求1.一种铝电解槽的节能型阴极，它包括设置在铝电解槽底部的阴极碳块和阴极碳棒(3)，其特征在于阴极碳块由长度和厚度均不相同的长阴极块(1)和短阴极块(2)拼接而成。
2.根据权利要求l所述的铝电解槽的节能型阴极，其特征在于长阴 极块(1)与短阴极块(2)交错排列。
3.根据要求1或2所述的铝电解槽的阴极，其特征在于长阴极块(1 )和短阴极块(2)的底部高度相同，阴极钢棒(3)的出线位置相同。
4.根据权利要求3所述的铝电解槽的阴极，其特征在于长阴极块( 1)比短阴极块(2)或短阴极块(2)比长阴极块(1)高出的部分为整体高出或部分区域高 出。
5.根据权利要求4所述的铝电解槽的阴极，其特征在于长阴极块(1)和短阴极块(2)的高度差为50 200mm 。
6.根据权利要求1或2所述的铝电解槽的阴极，其特征在于长阴极 块(1)与短阴极块(2)的长度差为200 800mm，且短阴极块(2)的长度不小于长阴极块 (1)的1/2。
7.根据权利要求l所述的铝电解槽的阴极，其特征在于制作长阴极 块(1)和短阴极块(2)的材料为无烟煤炭块、半石墨质炭块或半石墨化或石墨化炭块。
专利摘要本实用新型公开了一种铝电解槽的节能型阴极，它包括设置在铝电解槽底部的阴极碳块和阴极碳棒(3)，阴极碳块由长度和厚度均不相同的长阴极块(1)和短阴极块(2)拼接而成，且长阴极块(1)与短阴极块(2)交错排列，同时长阴极块(1)比短阴极块(2)或短阴极块(2)比长阴极块(1)高出的部分为整体高出或部分区域高出。本实用新型能较好的提高铝电解槽内铝液电解质界面的稳定性，使正常生产时极距可有效的降低，获得较低的电解槽工作电压，从而达到节能降耗的效果。
文档编号C25C3/08GK201358307SQ20092030035
公开日2009年12月9日 申请日期2009年1月21日 优先权日2009年1月21日
发明者席灿明, 斌 曹, 溢 杨, 莆 郑 申请人:贵阳铝镁设计研究院