一种具有坩埚功能的阴极炭块的制作方法

本实用新型涉及一种具有坩埚功能的阴极炭块，属于电解技术领域。

背景技术：

电解铝是最为常见的一种电解工艺，操作时，氧化铝作为溶质，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在阴、阳两极上进行电化学反应。电解槽则是用于通过电解机理制备得到金属的常用设备，从其结构上来讲，一般由槽体、阳极和阴极组成。

阴极炭块是铝电解槽的重要组成部份，是由一定粒度配比的电煅无烟煤、石墨碎或石油焦、与作为粘结剂的熔融沥青制作成阴极糊料，再经过以下处理制备得到：

第一步，对以上原料进行混捏；

第二步、成型得到阴极生坯；

第三步、对成型后的阴极生坯进行焙烧处理，使阴极生坯在特定的填充料环境中进行间接热处理，使阴极生坯中的粘结剂分解、挥发份排出、逐步实现焦化，从而形成C-C结构，使阴极生坯定型炭化，最终满足铝电解槽所需的阴极炭块理化性能；

第四步、对经焙烧后的阴极炭块进行机加工制作。

目前，现有技术中，常规的电解槽的阴极是以阴极炭块组存在的，阴极炭块组由阴极炭块、阴极钢棒、阴极连接材料(阴极糊或磷生铁)组成；其中，阴极钢棒是放置在阴极炭块的燕尾槽中由阴极材料(阴极糊或磷生铁)来连接的。阴极炭块与阴极钢棒连接的紧密程度，直接影响着阴极炭块组的接触压降和阴极电流的均匀分布。

传统的阴极炭块与阴极钢棒的连接，都存在连接不紧密的问题，导致阴极炭块组的电阻率较高、阴极电流分布不均、甚至还会降低铝电解槽阴极炭块的使用寿命。

加之，随着铝电解槽容量不断增加、电流密度不断提高，阴极炭块尺寸越来越大，单个阴极需要传递的电流越来越多，而如何解决阴极炭块与阴极钢棒连接紧密度的问题已经成为本领域的重要问题。

为了解决上述问题，需要设计具有独特结构的阴极炭块，同时现有技术中也没有公开具有坩埚功能的阴极炭块。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种具有坩埚功能的阴极炭块，并且还可以保障有效的阴极炭块的电流密度和电流分布。

本实用新型是通过以下解决方案实现的：

一种具有坩埚功能的阴极炭块，包括炭块本体和阴极钢棒；

所述炭块本体为至少两个，相邻炭块本体之间具有第一阴极连接材料层；在每个炭块本体的外壁开设有第一凹槽，所述阴极连接材料层嵌入所述凹槽内，所述凹槽为梯形；

所述炭块本体呈长方体，在炭块本体上部沿长度方向开设有两个平行的贯通槽；所述贯通槽由基槽和延伸槽组成；

所述基槽呈长方体，适于所述阴极钢棒插入；

所述基槽的长边向上延伸并分别朝向炭块两侧壁倾斜形成所述延伸槽；所述延伸槽的开口宽度大于所述基槽的开口宽度；在所述延伸槽内沿长度方向开设有第二凹槽；在阴极钢棒插入所述贯通槽后，所述阴极钢棒和延伸槽的侧壁之间具有第二阴极连接材料层；

在贯通槽内沿炭块本体的宽度方向设置有若干第三凹槽，在所述第三凹槽内适应设置炭隔板，若干炭隔板将所述贯通槽分隔为多个容纳腔，每个所述容纳腔内适于容纳待焙烧物质，在所述贯通槽上部设置有用于封闭所述容纳腔的适配的盖板。

所述第一凹槽的设置位置低于所述贯通槽。

所述贯通槽的总体积为炭块本体体积的1/3-1/7。

若干所述第一凹槽平行、均匀分布；

所述第二凹槽由3-20个平行凹槽组成，凹槽均匀分布。

长方体基槽向下凹入成型延伸基槽，所述延伸基槽沿所述炭块本体长度方向的截面呈三角形。

倾斜的倾斜角a为5-30度。

本实用新型具有下述优点：

本实用新型首次提出了一种具有坩埚功能的阴极炭块，包括炭块本体，炭块本体设置为至少两个且呈长方体，相邻炭块本体之间具有第一阴极连接材料层；在每个炭块本体的外壁开设有第一凹槽，所述阴极连接材料层嵌入所述凹槽内，所述凹槽为梯形；

在炭块本体上部沿长度方向开设有两个平行的贯通槽；所述贯通槽由基槽和延伸槽组成；所述基槽呈长方体，适于所述阴极钢棒插入；所述基槽的长边向上延伸并分别朝向炭块两侧壁倾斜形成所述延伸槽；所述延伸槽的开口宽度大于所述基槽的开口宽度；在所述延伸槽内沿长度方向开设有第二凹槽；在阴极钢棒插入所述贯通槽后，所述阴极钢棒和延伸槽的侧壁之间具有第二阴极连接材料层。

本实用新型所述的阴极炭块，设置了至少两个炭块本体，并通过第一阴极连接材料层连接在一起，连接时通过第一凹槽加强了材料层和阴极炭块本体的连接；增加了阴极炭块与第一阴极连接材料层的接触面积，则可有效降低阴极炭块与第一阴极连接材料层的接触压降，延长了铝电解槽内铝液或电解质向阴极钢棒的渗透距离，减缓了电解槽的破损。另一方面，本实用新型所述的组合式阴极炭块，设置所述贯通槽由特定结构的基槽和延伸槽组成，并在延伸槽内沿长度方向开设第二凹槽，从而在阴极钢棒插入贯通槽的基槽内时，再次利用第二阴极连接材料层进一步加强了阴极钢棒和炭块本体之间的连接紧密度，增大了第二阴极连接材料层与阴极炭块的接触面积，则可有效降低阴极炭块与第二连接材料的接触压降，更多的接触面积加强第二连接材料与阴极炭块的连接紧密性。上述设置，有效加强了阴极炭块本体之间、以及炭块本体和阴极钢棒之间的连接紧密度，同时也有效降低了极炭块的电阻，进而降低阴极电压、节约能耗，改善阴极电流分布的不均匀性、提高了电流效率。还进一步减缓了铝电解槽内铝液或电解质对阴极炭块的渗透，延长电解槽寿命。

此外，本实用新型所述的阴极炭块进一步在贯通槽内沿炭块本体的宽度方向设置有若干第三凹槽，在所述第三凹槽内适应设置炭隔板，若干炭隔板将所述贯通槽分隔为多个容纳腔，每个所述容纳腔内适于容纳待焙烧物质，在所述贯通槽上部设置有用于封闭所述容纳腔的适配的盖板，从而使得阴极炭块具有了坩埚功能，这样可以在对阴极炭块进行炭化或者单独进行焙烧来实现阴极炭块的坩埚作用。在焙烧后，通过将炭隔板以及盖板和阴极炭块分离，从而使得阴极炭块还可以继续发挥其电解功能。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中：

图1是本实用新型所述具有坩埚功能的阴极炭块的结构示意图；

图2是本实用新型所述具有坩埚功能的阴极炭块沿长度方向的截面图；

图中附图标记表示为：1-炭块本体，2-阴极钢棒，3-第一阴极连接材料层，5-第一凹槽，6-贯通槽，7-基槽，8-延伸槽，9-第二凹槽，10-第二阴极连接材料层，11-延伸基槽，12-第三凹槽，13-炭隔板，14-盖板。

具体实施方式

本实用新型公开了一种具有坩埚功能的阴极炭块，其包括炭块本体1和阴极钢棒2；其中，对于炭块本体1的设置，一般设置为至少两个，当然根据实际工业生产需求也可以设置多个，连接时相邻炭块本体1之间具有第一阴极连接材料层3，通过这个材料层实现两个炭块本体1的紧密连接；同时为了提高连接的紧密度，还在每个炭块本体1的外壁上开设第一凹槽5，对于第一凹槽5的结构设置，考虑设置为梯形，从而在阴极连接材料层连接炭块本体1时材料层可嵌入凹槽内，进一步加强连接紧密度。

从结构上来看，炭块本体1呈长方体，在炭块本体1上部沿长度方向开设有两个平行的贯通槽6；所述贯通槽6由基槽7和延伸槽8组成；所述基槽7呈长方体，适于所述阴极钢棒2插入；所述基槽7的长边向上延伸并分别朝向炭块两侧壁倾斜形成所述延伸槽8；对于倾斜度的设置优选考虑倾斜的倾斜角a为5-30度。为了提高炭块本体1和钢棒的连接紧密度，提高电流效率，本申请必须设置延伸槽8的开口宽度大于所述基槽7的开口宽度。在延伸槽8内沿长度方向开设有第二凹槽9；在阴极钢棒2插入所述贯通槽6后，所述阴极钢棒2和延伸槽8的侧壁之间具有第二阴极连接材料层10。

作为具有坩埚功能的阴极炭块，其还进一步在贯通槽6内沿炭块本体1的宽度方向设置有若干第三凹槽12，在所述第三凹槽12内适应设置炭隔板13，若干炭隔板将所述贯通槽分隔为多个容纳腔，每个所述容纳腔内适于容纳待焙烧物质，在所述贯通槽6上部设置有用于封闭所述容纳腔的适配的盖板14。

在上述实施例中，所述第一阴极连接材料层3和第二阴极连接材料层10为阴极糊材料层或磷生铁材料层。

作为优选的实施方式，优选所述第一凹槽5的设置位置低于所述贯通槽6。

所述贯通槽6的总体积为炭块本体1体积的1/3-1/7。

若干所述第一凹槽5平行、均匀分布；

所述第二凹槽9由3-20个平行凹槽组成，凹槽均匀分布。

在上述实施例的基础上，最优选在长方体基槽7向下凹入成型延伸基槽11，所述延伸基槽11沿所述炭块本体1长度方向的截面呈三角形。

虽然本实用新型已经通过上述具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本实用新型所要保护的范围。