[实用新型]一种铝电解槽新型结构阴极

说明书

技术领域

本实用新型属于铝电解槽结构的技术领域，即提出一种铝电解槽阴极的新的结构设计方案。

背景技术

随着铝电解槽容量增大和电流密度的提高，对电解槽阴极的要求越来越高，采用石墨化阴极已势在必行。石墨化阴极可确保低的阴极压降进而实现高电流密度下的热平衡，同时可提高阴极抗电解质和钠渗透的能力，还可减小阴极膨胀，提高电解槽寿命。

然而，石墨化阴极的最大缺点是其抗熔体磨蚀能力差。如果仅仅是采用石墨化阴极而不相应地对阴极结构、参数进行改进，结果必将是由于阴极的快速、不均匀磨蚀，因而导致内衬早期破损，最终失去了采用石墨化阴极的积极意义。

中国专利ZL00804590.9报道了一种“用于电解铝的石墨阴极”，它揭示了：阴极中电流密度的计算显示，在阴极棒电流引出端方向的电流密度较高，而在阴极末端区观察到的高腐蚀正对应于阴极中高电流密度的区域。该发明的石墨制阴极是单块的，而且其电阻率沿其轴向是不均匀的，该电阻率在阴极末端比阴极中部区高。而阴极的平均电阻率保持在适合电解槽最优化操作的数值。具体实施方式则是对阴极末端区和中部区采用不同的热处理工艺参数，以使该两区域阴极的电阻率不同。这一方案大大增加制造石墨阴极的工艺难度，提高了石墨化阴极的制造成本，并不是一种改良石墨化阴极磨损问题的最佳方案。

实用新型内容

本实用新型提出了一种新型的阴极结构，通过改变阴极棒的结构，对阴极棒局部进行绝缘，来实现阴极表面以及铝液内电流密度的均匀分布，既可保证阴极的均匀磨蚀，又可实现铝液内电流基本在垂直方向的均匀分布，从而降低了磁场对铝液的电磁力的作用，进一步又可减小阴极磨蚀，达到了一举两得的极佳效果。

本实用新型所提出的铝电解槽新型结构阴极，包括阴极碳块、阴极捣糊和阴极钢棒，其特征在于：在阴极钢棒上间隔地开有一个以上的沟槽，沟槽用耐火绝缘材料包覆并用耐火水泥抹平。

本实用新型在阴极钢棒上所开有的沟槽，可以是开在钢棒的上表面，也可以是开在钢棒的两侧面；还可以是在钢棒的上表面和两侧面同时开有沟槽。

钢棒上的沟槽，其断面形式可以是矩形、梯形或三角形。

钢棒上沟槽沿轴向的间距即沟槽沿轴向的长度有所不同，它们要根据阴极电流密度的均匀分布而计算确定。

本实用新型的阴极组组装时，先将钢棒的沟槽用耐火绝缘材料包好，再用耐火水泥将沟槽抹平，待耐火水泥干燥后，按常规方法将钢棒与阴极碳块用捣糊或其它结合材料组合成一体。至于钢棒导电面积的减小所引起的阴极压降的增加，可以通过石墨化阴极来弥补。计算结果表明：采用本实用新型结构的阴极组可比采用普通碳块、普通结构的阴极组的电压降降低10～20％。

由于本实用新型的阴极可以实现阴极表面和铝液内电流的均匀分布，因而既可以实现阴极的均匀消耗，又降低了电磁力对铝液的搅拌作用，减小磨损，从而延长了铝电解槽寿命、提高了经济效益。

附图说明

图1是本实用新型的阴极组的剖面示意图；

图2为本实用新型的带沟槽的阴极钢棒的主视图。

图3为沟槽断面示意图，图3a为矩形沟槽，b为梯形沟槽，c为三角形沟槽。

在图1，2中，1为阴极碳块；2阴极捣糊；3绝缘包层；4阴极钢棒，5为沟槽，A为沟槽沿钢棒轴向长度。

具体实施方式

下面结合图1、2对本实用新型的铝电解槽新型结构的阴极作进一步的说明和补充。

本实用新型的铝电解阴极由阴极碳块1、阴极捣糊2、和阴极钢棒4组成。阴极钢棒上开有一个以上的沟槽5，沟槽的沿钢棒轴向长度A自里向外依次加大，这样也就解决了阴极电阻率沿轴向是不均匀的问题。在阴极钢棒的沟槽内包裹好无碱玻璃纤维布，再用耐火水泥涂敷其上，直到将沟槽抹平3。待耐火水泥干燥后，按常规方法将钢棒与阴极碳块用捣糊或其它结合材料组合在一起，就制造好铝电解槽阴极，安装到电解槽底部。

实施例1 300KA铝电解槽

如图1，阴极钢棒长为1600mm，开三个沟槽，槽断面如图3a呈矩形。沟槽沿钢棒轴向长度A分别为50mm、100mm、150mm。沟槽深度分别为5mm、15mm、20mm，加工表面在钢棒工表面。钢棒沟槽加工好之后，用无碱玻璃纤维布缠绕，再涂敷好耐火水泥，直至抹平沟槽。最后按常规方法将钢棒用阴极捣糊同阴极碳块组装而成电解槽阴极。使用后阴极表面和铝液中电流分布均匀，效果良好。

实施例2 350KA铝电解槽