专利名称：用于铝电解槽的阴极的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铝电解槽，尤其是一种用于铝电解槽的阴极。
背景技术：
目前工业生产原铝的唯一方法是以氧化铝为原料、冰晶石为熔剂组成的电解质， 在950 970°C的条件下通过电解的方法使电解质熔体中的氧化铝分解为铝和氧，铝在碳阴极以液相形式析出，氧在碳阳极上以二氧化碳气体的形式逸出。电解槽中碳阴极位于电解槽的底部，是由多个横断面为矩形的阴极碳块密排组成的阴极板，各阴极碳块分别通过沿其轴向插入并贯穿的阴极棒同电路连接，电解槽的电流经由阴极碳块和阴极棒汇集至阴极棒的两端后流出。现有的阴极棒横断面通常为长方形，少数为圆形或其它形状，阴极碳块上安装阴极棒的凹槽或通孔的断面形状与阴极棒的横截面形状相适应，两者之间通过碳素糊连接， 但不管是何断面的阴极棒，沿其轴向的各横断面形状及尺寸保持一致。阴极碳块的任意断面上，阴极碳块、阴极棒的电阻率一致，阴极棒的断面、阴极棒上部阴极碳块的厚度均为一致，因此电解时，越靠近阴极碳块中间部位，电流流经路径越长，电阻值越高，电流密度越小，也即由铝液进入阴极碳块的电流存在从阴极碳块两端到中间逐渐减小的趋势。阴极碳块在电解时，受电解质侵蚀，尤其是电化学腐蚀，如碳化铝的生成等，而电流密度是影响其腐蚀速率的主要因素，由于阴极碳块表面电流密度分布的不均使得阴极碳块两末端腐蚀速率高于中间，通常阴极碳块沿轴向呈W型腐蚀，而阴极碳块末端的过快腐蚀则大大降低了阴极碳块的使用寿命。上述末端也即距离阴极碳块两端端头一定距离的位置，具体距离视电解槽结构而定。另外，由于电流不均引起的热应力不均，对阴极碳块寿命同样存在影响。为了克服上述问题，现有技术中主要针对阴极碳块进行了改进，改进方式包括； 一、沿轴向阴极碳块由多个电阻率不同的碳块构成，但该方式结构复杂，组装烦琐，容易导致电的间断；二、通过制作工艺的优化，使得沿轴向阴极碳块各部分的电阻率不同，如申请号为00804590. 9、申请名称为用于电解铝的石墨阴极的发明申请所述，但该方式制作过程复杂、成本高，其制作工艺的不同同样导致各部分碳块的微观结构不同，如致密度、孔隙率等，而微观结构的不同同样导致了腐蚀速率的差异，因此效果并不显著。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电流分布均勻，使用寿命长，使用简便，成本低的用于铝电解槽的阴极。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是用于铝电解槽的阴极，包括阴极碳块、插入并贯穿阴极碳块的阴极棒，沿阴极碳块轴向由其中部至末端，所述阴极棒顶面与阴极碳块顶面间的纵向间距逐步增大。为了方便安装，所述阴极碳块底部设置凹槽，所述凹槽的槽深沿阴极碳块轴向由中部至末端逐步减小。进一步的，所述阴极棒的形状与凹槽相适应、底面与阴极碳块底面平齐。进一步的，所述阴极棒由两根形状一致的钢棒组成，两根钢棒沿阴极碳块中线左右对称设置。作为一种优选，所述钢棒的轴向截面为直角梯形、径向截面为矩形。本实用新型的有益效果是电解时，电解槽的电流经由阴极碳块和阴极棒汇集至阴极棒的两端后流出，沿电流路径其电阻可分为碳块电阻和阴极棒电阻。电流沿阴极碳块顶面法向进入阴极碳块并传导至阴极棒，由于阴极棒顶面与阴极碳块顶面间的纵向间距逐步增大，也即阴极棒上部阴极碳块的厚度由中间向末端逐渐减小，因此各径向截面处碳块电阻从阴极碳块中间至两个末端逐渐增大。电流进入阴极棒后沿阴极棒轴向传导，随传导距离的增加，各径向截面处阴极棒电阻从阴极碳块中间至两个末端逐渐减小。通过阴极棒电阻和碳块电阻的相互补偿，使得沿电流路径由阴极碳块顶面各处至与阴极棒相邻端的电阻趋于一致，因此使得阴极碳块长度方向电流分布值趋向均勻，相同电解条件下，由于电流的均布避免了高电流密度的出现，延缓了对阴极碳块的侵蚀，有利于延长阴极碳块使用寿命。电流的均勻分布，碳块电阻的逐步增大，阴极碳块各径向截面处发热量从阴极碳块中间至两个端部逐渐增大，能避免阴极碳块中部热应力集中对阴极碳块的破坏，有利于使用寿命的提高。另外，阴极棒上部阴极碳块的厚度由中间向末端逐渐减小，与阴极碳块呈W型的腐蚀趋势相适应，末端可承受的腐蚀深度大于中部，即使不能使得阴极碳块表面电流完全一致，也能保证其使用寿命。本实用新型的阴极碳块采用电阻率一致的整体结构，仅仅改变阴极碳块与阴极棒之间的位置关系，因此使用简便，成本低。而阴极棒的形状与凹槽相适应、底面与阴极碳块底面平齐，使得阴极棒的径向截面中间大、两端小，通过传导面积的增加，进一步改善了电阻的分布和热传导能力，进一步提高了使用寿命。
图1是本实用新型的轴向截面简图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。如图1所示，本实用新型的用于铝电解槽的阴极，包括阴极碳块1、插入并贯穿阴极碳块1的阴极棒2，沿阴极碳块1轴向由其中部至末端，所述阴极棒2顶面与阴极碳块1 顶面间的纵向间距逐步增大。电解时，电解槽的电流经由阴极碳块1和阴极棒2汇集至阴极棒2的两端后流出， 沿电流路径其电阻可分为碳块电阻和阴极棒电阻。电流沿阴极碳块1顶面法向进入阴极碳块ι并传导至阴极棒2，由于阴极棒2顶面与阴极碳块1顶面11间的纵向间距逐步增大， 也即阴极棒2上部阴极碳块1的厚度由中间向末端逐渐减小，因此各径向截面处碳块电阻从阴极碳块1中间至两个末端逐渐增大。电流进入阴极棒2后沿阴极棒2轴向传导，随传导距离的增加，各径向截面处阴极棒2电阻从阴极碳块1中间至两个末端逐渐减小。通过阴极棒电阻和碳块电阻的相互补偿，使得沿电流路径由阴极碳块1顶面11各处至与阴极棒2相邻端的电阻趋于一致，因此使得阴极碳块1长度方向电流分布值趋向均勻，相同电解条件下，由于电流的均布避免了高电流密度的出现，延缓了对阴极碳块1的侵蚀，有利于延长阴极碳块1使用寿命。电流的均勻分布，碳块电阻的逐步增大，阴极碳块1各径向截面处发热量从阴极碳块1中间至两个端部逐渐增大，能避免阴极碳块1中部热应力集中对阴极碳块1的破坏，有利于使用寿命的提高。另外，阴极棒2上部阴极碳块1的厚度由中间向末端逐渐减小，与阴极碳块1呈W型的腐蚀趋势相适应，末端可承受的腐蚀深度大于中部，即使不能使得阴极碳块1表面电流完全一致，也能保证其使用寿命。本实用新型的阴极碳块1 采用电阻率一致的整体结构，仅仅改变阴极碳块1与阴极棒2之间的位置关系，因此使用简便，成本低。本实用新型的用于铝电解槽的阴极可以通过在阴极碳块1上设置中间高、两端低的人字形通孔，并插入圆形钢棒构成。但为了方便阴极碳块的制作和安装，所述阴极碳块1 底部设置凹槽3，所述凹槽3的槽深沿阴极碳块1轴向由中部至末端逐步减小。为了进一步方便安装，并增强阴极整体的支撑强度，避免阴极棒2底部悬空，所述阴极棒2的形状与凹槽3相适应、底面22与阴极碳块1底面平齐，同时阴极棒2的形状与凹槽3相适应、底面22 与阴极碳块1底面平齐，使得阴极棒2的径向截面中间大、两端小，通过传导面积的增加，进一步改善了电阻的分布和热传导能力，进一步提高了使用寿命。为了方便阴极棒2的制作和安装，所述阴极棒2由两根形状一致的钢棒21组成， 两根钢棒21沿阴极碳块1中线左右对称设置。上述凹槽3的横断面可以设置为圆弧、椭圆弧、多边形、矩形等，阴极棒2轴向截面的顶边可以设置为直线、圆弧或者完全按电阻变化进行匹配的曲线等，但为了简化结构，方便制止，在如图所述的实例中，所述钢棒21的轴向截面为直角梯形、径向截面为矩形。与现有的组装方式相同，钢棒21、阴极碳块1之间均通过碳素糊连接。
权利要求1.用于铝电解槽的阴极，包括阴极碳块(1)、插入并贯穿阴极碳块(1)的阴极棒O)，其特征在于沿阴极碳块(1)轴向由其中部至末端，所述阴极棒( 顶面与阴极碳块(1)顶面间的纵向间距逐步增大。
2.如权利要求1所述的用于铝电解槽的阴极，其特征在于所述阴极碳块(1)底部设置凹槽(3)，所述凹槽(3)的槽深沿阴极碳块(1)轴向由中部至末端逐步减小。
3.如权利要求2所述的用于铝电解槽的阴极，其特征在于所述阴极棒O)的形状与凹槽C3)相适应、底面与阴极碳块(1)底面平齐。
4.如权利要求3所述的用于铝电解槽的阴极，其特征在于所述阴极棒(2)由两根形状一致的钢棒组成，两根钢棒沿阴极碳块(1)中线左右对称设置。
5.如权利要求4所述的用于铝电解槽的阴极，其特征在于所述钢棒的轴向截面为直角梯形、径向截面为矩形。
专利摘要本实用新型涉及铝电解槽，尤其是一种用于铝电解槽的阴极，包括阴极碳块、插入并贯穿阴极碳块的阴极棒，沿阴极碳块轴向由其中部至末端，所述阴极棒顶面与阴极碳块顶面间的纵向间距逐步增大。因此沿阴极碳块轴向由其中部至末端，各径向截面处碳块电阻逐渐增大、阴极棒电阻逐渐减小，通过阴极棒电阻和碳块电阻的相互补偿，使得沿电流路径的电阻趋于一致，相同电解条件下，由于电流的均布避免了高电流密度的出现，延缓了对阴极碳块的侵蚀。同时，能避免阴极碳块中部热应力集中对阴极碳块的破坏。而阴极碳块的厚度与阴极碳块呈W型的腐蚀趋势相适应，保证其使用寿命。因此，电流分布均匀，使用寿命长，使用简便，成本低，适用于铝电解槽。
文档编号C25C3/08GK201981265SQ20112005979
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者王有来 申请人:四川启明星铝业有限责任公司