专利名称：阶梯式扎糊阴极结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电解槽阴极结构，属于铝电解技术领域。
背景技术：
水平电流与垂直磁场相互作用是造成电解槽铝液波动的主要原因，而铝液波动会弓I起电压摆。另外，水平电流会使电解质流速加快，冲蚀炉帮，破坏炉膛弓I发槽内衬破损，影响槽寿命。所以，水平电流对电流效率、稳定性、槽寿命均有很大的影响，分析水平电流的成因和防治对策，对生产管理有深远的意义。通常，铝液层中水平电流的产生有两个原因(1)从中心向外的水平电流，由电解槽的出电方式决定的。因为电流从在阳极中的竖直向下到钢棒的横向导出，中间需要一个转向过程。(2)由几何结构和导电方式共同决定的，在熔体边缘有从外围向中间的水平电流产生。这部分主要因为熔体有一部分在阴阳极的投影面以外，炉膛越大越不规整，这部分值将越大，这部分可以通过在后期管理中建立良好的炉帮来减少其产生。由于电解槽铝液层中长轴方向的水平电流很小，基本可以不予考虑，因此需要重点关注的是即铝液层短轴方向的水平电流，下
文所说水平电流均指办。传统电解槽阴极结构中，阴极炭块和阴极钢棒采用炭糊填满扎实，这样一来，如前所述，电解槽铝液短轴方向不可避免地会产生比较大的水平电流。以贵阳铝镁设计研究院设计的420kA电解槽为例，在电解槽阴极结构不做任何优化的情况下，水平电流平均值在 2721A/m2，如图1所示。从图1可以看出，铝液中的水平电流非常大，其最大值达到5000A/ m2左右。如此大的水平电流对电流效率、稳定性、槽寿命均有很大的影响。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是，提供一种阶梯式扎糊阴极结构，以克服现有技术存在的水平电流大对电流效率、稳定性、槽寿命均有很大影响的不足。为了解决所述的技术问题，本实用新型采取以下技术方案在靠近阴极钢棒出电端设置阶梯式形状的扎糊面，在阶梯式形状的扎糊面位置填充耐高温绝缘材料。耐高温绝缘材料为陶瓷纤维棉。耐高温绝缘材料填充的面积为传统炭糊填充总面积的1/18至1/8，H
^ ^、 、L 1 ^ ^ i 2 1....... 2
值在 180mm 到 270mm 之间，满足—χ-<11<—χ-, Hx-< Hl <Ηχ-,
2 32 333
式中，为阴极长度，为填充的阶梯式形状的耐高温绝缘材料 43ILl
长度，H为扎糊总高度，Hl、H2分别为填充的阶梯式形状的耐高温绝缘材料的两个阶梯的高度。[0010]阶梯面数量为两个或两个以上。阶梯形状包括三角形或圆弧形。本实用新型施工简单，不存在材料加工问题，作用明显，是一个非常有利于减小水平电流的阴极装置，具有较高的实用价值，因此该阴极结构在旧电解槽改造或新电解槽设计中都可以使用。
图1为传统阴极结构水平电流分布示意图；图2为本实用新型的结构示意图、主视图；图3为图2的A— A剖视图；图4为图2的B— B剖视图；图5为本实用新型阴极结构水平电流分布示意图。
具体实施方式
本实用新型的实施实例在靠近阴极钢棒2出电端设置阶梯式形状的扎糊面4，在阶梯式形状的扎糊面4的位置填充耐高温绝缘材料，耐高温绝缘材料为陶瓷纤维棉。图3、4中，1为阴极炭块，2为阴极钢棒，3为钢棒糊扎糊面，4为阶梯式形状的扎糊图4中，Z为阴极长度，Il为填充的阶梯式形状的耐高温绝缘材料长度U与￡
L 1Σ 2
的关系为—χ-<11<—χ -, 2 32 3H为扎糊总高度，Hl、H2分别为填充的阶梯式形状的耐高温绝缘材料的两个阶梯的高度，丑1、丑2与并的关系为Hxi<m<Hx^,ffxI<ff2<ffxI0
33 43该阴极结构中由于靠钢棒出电端处炭块和钢棒的接触面积减小，因此会迫使铝液中的电流往中间流，从而达到水平电流的目的。从计算结果来看，采用本实用新型的阴极结构以后，水平电流得到了显著降低，其平均值由原来的2721 A/m2降低至了 768A/m2，如图5 所示。因此，用阶梯式截面扎糊的阴极结构，只要“阶梯”尺寸合理，可以非常有效地控制水平电流，同时，可以适当增加阴极钢棒高度来控制阴极压降。
权利要求1.一种阶梯式扎糊阴极结构，其特征在于在靠近阴极钢棒(2)出电端设置阶梯式形状的扎糊面(4)，在阶梯式形状的扎糊面(4)位置填充耐高温绝缘材料。
2.根据权利要求1所述的阶梯式扎糊阴极结构，其特征在于耐高温绝缘材料为陶瓷纤维棉。
3.根据权利要求1所述的阶梯式扎糊阴极结构，其特征在于耐高温绝缘材料填充的面积为传统炭糊填充总面积的1/18至1/8，值在180mm到270mm之间，满足 阴极长度，Il为填充的阶梯式形状的耐高温绝缘材料长度，/￡为扎糊总高度，m、H2.分别为填充的阶梯式形状的耐高温绝缘材料的两个阶梯的高度。
4.根据权利要求1所述的阶梯式扎糊阴极结构，其特征在于阶梯面数量为两个或两个以上。
5.根据权利要求1所述的阶梯式扎糊阴极结构，其特征在于阶梯形状包括三角形或圆弧形。
专利摘要本实用新型公开了一种阶梯式扎糊阴极结构，在靠近阴极钢棒(2)出电端设置阶梯式形状的扎糊面(4)，在阶梯式形状的扎糊面(4)位置填充耐高温绝缘材料。耐高温绝缘材料为陶瓷纤维棉、或者其它具有同等效果材料。阶梯数量可以为两个或两个以上。本实用新型施工简单，不存在材料加工问题，作用明显，是一个非常有利于减小水平电流的阴极装置，具有较高的实用价值，在旧电解槽改造或新电解槽设计中都可以使用。
文档编号C25C3/08GK202175721SQ201120288378
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月10日 优先权日2011年8月10日
发明者刘正, 黄 俊 申请人:贵阳铝镁设计研究院有限公司