一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构的制作方法

本发明涉及铝电解槽技术领域，具体涉及一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构。

背景技术：

目前，工业炼铝仍采用传统的霍尔-埃鲁铝电解工艺，生产电解铝的为大型预焙铝电解槽，在铝电解槽中，强大的直流电从阳极母线进入到阳极导杆，电流从阳极导杆垂直向下，以此经过阳极炭块和电解质、铝液和阴极炭块，最后由水平放置的阴极钢棒汇集导入到阴极母线中。由于阴极钢棒水平放置，导致电流在电解槽中有较大方向的改变，其中在电阻率比较小的铝液中产生了较大的水平电流分量。水平电流和垂直磁场产生作用，使得铝液产生较大的波动。这为铝电解槽生产带来诸多不便。铝液的波动会使极距难以控制，极距太小可能导致铝电解槽局部短路和加速铝液的二次氧化，造成电流效率的降低。而极距过大会增加电解槽的槽电压，增加能源消耗。所以减小铝液中的水平电流，对于更好的控制铝电解槽中的极距，增加电流效率和减小吨铝能耗具有重要的意义。

近年来，国内外有很多关于改善铝液中水平电流的方法，这些方法都是集中于对阴极钢棒的改进。通过采用双钢棒、钢棒开缝、垂直钢棒、异型钢棒等技术。在中国专利申请cn102453927a中公开了一种降低铝电解槽中水平电流的方法，在阴极炭块下部扎固或浇铸至少一根阴极钢棒，阴极钢棒延长度方向在靠近阴极炭块端部的一段被分隔缝分割成上下两部分，阴极钢棒在阴极炭块中间部分没有分割的一端全部采用导电体与阴极炭块连接靠近阴极炭块端部的阴极钢棒上半部分采用导电体与阴极炭块连接，下半部分采用绝缘体与阴极炭块绝缘，通过这种结构降低铝液中水平电流。然而,这是集中于对阴极钢棒的改进，在铝电解槽中，由于钢棒中存在非常大的电流，在钢棒附近做改动会使钢棒中的电流发生较大变化，使钢棒附近以及阴极温度场发生较大的改变，为铝电解槽阴极的热平衡带来了新的挑战，为铝电解槽槽底的保温也带来了新的要求，需要对电解槽进行大量的改进，增添新的困难，增加投资成本。

将单个阴极炭块分成多个较小阴极炭块，利用导电扎糊和绝缘扎糊连接各阴极炭块也可以降低铝液中的水平电流，然而这种方法对电解槽改动相对较大，安装的精度要求也相对较高，如果安装不当，会使得电解槽局部电流过大，导致应力集中，使得电解槽破损。

技术实现要素：

为解决上述技术难题，本发明提供一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构，通过在阴极炭块中添加水平方向、竖直方向或者具有一定倾斜角度的绝缘材料来改变电流从铝液进入到阴极炭块的路径，从而减小电流从铝液中进入到阴极炭块时的差别，达到降低铝液中水平电流的目的。

具体技术方案如下：

一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构，包括阴极炭块、绝缘材料、连接扎糊和阴极钢棒，所述阴极炭块和阴极钢棒通过连接扎糊连接，所述阴极炭块中添加水平方向、竖直方向或者具有一定倾斜角度的绝缘材料。

所述连接扎糊为底糊、捣鼓糊或磷生铁中的一种或几种。

所述绝缘材料位于阴极钢棒上方靠近出电端的阴极炭块中。

所述绝缘材料为高温水泥、耐火砖、碳化硅中的一种或几种。

所述绝缘材料为一层或者两层；所述绝缘材料为水平方向两层时，两层可位于同一水平面或不同水平面；所述绝缘材料为竖直方向两层时，两层可位于同一竖直面或不同竖直面。

所述阴极炭块的高度为420～650mm，所述阴极钢棒的高度为50～200mm，所述绝缘材料的厚度为5～40mm，长度为50～500mm。

本方法的优点是：

通过在阴极炭块侧部开缝，增加阴极炭块侧部电阻，减少炭块侧部通过的电流，使得更多电流通过炭块中心位置(槽中心)，对电解槽产生有利的影响：

1、可以显著减少铝液中的水平电流；

2、在炭块中开缝会增加阴极炭块的电阻，使得电流通过阴极炭块产生更多的热量，有利于阴极炭块的保温；

3、阴极炭块开缝处不会产生电流集中、局部过热的情况；

4、在阴极炭块开缝添加绝缘材料，开缝技术成熟易施行,不需对现有铝电解槽产生较大的改变，节约改动投资；

5、安装的精度要求不高，避免由于安装不当导致电解槽局部电流过大，导致应力集中，电解槽破损。

附图说明

图1为传统铝电解槽中电流路径示意图；

图2为传统铝电解槽阴极结构示意图；

图3为本发明采用一层水平绝缘材料的阴极结构示意图；

图4为本发明采用一层水平绝缘材料铝电解槽中电流路径示意图；

图5为本发明采用一层竖直绝缘材料的阴极结构示意图；

图6为本发明采用具有一定倾斜角度的绝缘材料的阴极结构示意图；

图7为本发明采用两层水平绝缘材料的阴极结构示意图；

图8为本发明采用两层竖直绝缘材料的阴极结构示意图；

图9为本发明采用两层水平绝缘材料铝电解槽中电流路径示意图；

图10为传统铝电解槽阴极结构与本发明中添加一层水平绝缘材料、两层水平绝缘材料的铝电解槽阴极结构铝液中水平电流密度分布对比图。

图中，1—阴极炭块；2—绝缘材料；3—连接扎糊；4—阴极钢棒。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限。

实施例1：

图3为本发明采用一层水平绝缘材料的阴极结构示意图，图4为本发明采用一层水平绝缘材料铝电解槽阴极炭块中电流路径示意图。

如图4所示，阴极结构由阴极炭块1、绝缘材料2、连接扎糊3和阴极钢棒4组成。阴极炭块1的高度为420～650mm，阴极钢棒4的高度为65～200mm，在位于钢棒上方的阴极炭块中添加水平绝缘材料2。绝缘材料的厚度为5～20mm，绝缘材料的长度为50～500mm。此种结构使电流从靠近侧部的阴极炭块进入到钢棒中的路径变长，电阻增加，促使更多的电流从靠近中间的阴极炭块进入到钢棒中，从而达到降低铝液中水平电流的目的。

实施例2：

图5为本发明采用一层竖直绝缘材料的阴极结构示意图，由阴极炭块1、绝缘材料2、连接扎糊3和阴极钢棒4组成。本实施例中，阴极炭块1的高度为420～650mm，阴极钢棒4的高度为65～200mm，在位于钢棒上方的阴极炭块中添加一层竖直绝缘材料2。绝缘材料的厚度为5～20mm，绝缘材料的长度为50～300mm。此种结构使进入到靠近中间阴极炭块的电流不能够进入到靠近侧部的阴极炭块中，从而达到降低铝液中水平电流的目的。

实施例3：

图7为本发明采用两层水平绝缘材料的阴极结构示意图，图9为本发明采用两层水平绝缘材料铝电解槽阴极炭块中电流路径示意图，图10为传统铝电解槽阴极结构与本发明中采用一层水平绝缘材料、两层水平绝缘材料的铝电解槽阴极结构铝液中水平电流密度分布对比图。本实施例中，阴极炭块1的高度为420～650mm，阴极钢棒4的高度为65～200mm，在位于钢棒上方的阴极炭块中添加多个水平绝缘材料2。绝缘材料的厚度为5～20mm，绝缘材料的长度为50～300mm。这些绝缘材料可以处于同一个水平面，也可以处于不同的水平面。此种结构使电流从靠近侧部的阴极炭块进入到钢棒中的路径变长，电阻增加，促使更多的电流从靠近中间的阴极炭块进入到钢棒中，从而达到降低铝液中水平电流的目的。

本发明可以显著降低铝液中的水平电流密度，有效降低铝液中水平电流，并且简单易执行，不会对铝电解槽产生较大的改变，减小对现有铝电解槽改造所需的费用。