本项发明专利技术属铝生产技术领域。技术关键在于研发出一种铝电解槽阴极炭块和阴极钢棒多槽插接的连接方法及构造。即阴极炭块（件１）底部开有数个沟槽，阴极钢棒（件２）由底板和焊接在其上的数个筋板组成，将阴极炭块沟槽与阴极钢棒的筋板对应插接即完成阴极炭块组的组合。本发明专利技术与现有阴极炭块组相比，本发明专利技术提高了阴极炭块利用率、减少了阴极炭块无效用量、减少了阴极炭块开钢棒槽的机械加工量、减少了电解槽大修时阴极炭块废渣量、减少了阴极炭块中的水平电流、消除了现有阴极炭块组在组装和电解槽焙烧启动时由炭素糊产生的沥青烟害、增大了阴极炭块与阴极钢棒的铁碳接触面积、延长了电解槽寿命。
【技术实现步骤摘要】
本项专利技术属于铝生产
技术关键在于研发出一种铝电解槽阴极炭块和阴极钢 棒多槽插接的连接方法及构造。应用本项专利技术可取得较大的经济效益和环境效益。
技术介绍
l.概述目前世界上铝的工业生产方法为熔盐电解法，电解法制铝的关键设备是铝电解槽，铝 电解槽主要由阴极和阳极两大部份组成。铝电解槽阴极通常根据槽电流强度大小由数十个 阴极炭块组并排组合而成，例如 一台240kA电解槽有20组阴极炭块组， 一台350kA电 解槽有32组阴极炭块组。阴极炭块组则由阴极炭块(件1)、阴极钢棒(件2)、炭素糊(件 3)三部份组成，见图1。炭素糊起连接作用，通过人工捣固炭素糊可将阴极炭块和阴极 钢棒组合成阴极炭块组。目前世界上工业应用的铝电解槽电流强度从不到100kA到最大 500kA，各种槽型都采用这种方式的阴极炭块组组成铝电解槽阴极。目前国标列出的铝电解槽阴极炭块组各材料截面尺寸(加工后)见下表:<table>table see original document page 3</column></row><table>阴极炭块的主要生产流程为石油焦破碎一石油焦煅烧一煅后料加沥青混捏一挤压或 振动成型一生炭块焙烧一炭块机械加工(铣炭块六面及钢棒槽) 一炭块成品入库。现有阴极炭块组的组装方式为① 将阴极钢棒、阴极炭块分别预热，同时将炭素糊预热并用混捏锅搅拌均匀；② 将阴极钢棒用数个木楔固定在阴极炭块的钢棒槽中；③ 将预热拌匀的炭素糊人工捣固在阴极钢棒和阴极炭块之间的钢棒槽中。 目前这种阴极炭块组的组装方式仍在国际国内工业铝电解槽上应用至今。2.现有阴极炭块组存在的问题本人认为目前铝工业一直应用的这种阴极炭块组有以下问题，为了便于说明，以目前用量最多的截面规格尺寸为515誦X450mm的阴极炭块组为例说明如下 ①阴极炭块利用率低，增加了设备投资，且污染环境现有阴极炭块组总高度450隱中，阴极钢棒槽高度200咖，因此阴极炭块的最大有效 使用高度为450—200二250mm，见图1。炭块有效高度占总高度比率仅为250/450 = 55. 6%， 该比率不高，这对阴极炭块是一种浪费。阴极钢棒槽的高度增加，会使得电解槽内衬、槽壳、立柱母线的高度相应增加，即增 加了电解槽设备投资，因此降低阴极钢棒槽高度可减少电解槽设备投资。由于铝电解槽废旧内衬含有害成分(主要是F—和少量的CN—等)，按国标属具有浸出 毒性的危险废物，其废弃物必须采取防渗渣场填埋处理。由于现有阴极炭块组中阴极炭块 有效高度比率不高，则大修时废渣量高，因此现有阴极炭块组型式增大了环保投资。(§)阴极炭块的阴极钢棒槽机械加工量较大目前阴极炭块上的阴极钢棒槽采用将阴极炭块整体焙烧好后再机械加工开出阴极钢棒槽的生产方式，由于阴极钢棒槽截面积较大，因此开槽浪费了大量焙烧好的炭块，相应浪费焙烧炭块的能源，增加开槽机械加工成本，而且在机械加工中会产生的大量炭粉，污染生产操作环境和设备。③阴极炭块组在组装和电解槽焙烧启动时对环境污染较大 '目前阴极炭块组中，炭素糊重量约占阴极炭块重量的6%。这部分炭素糊含有沥青焦油，其挥发分含量大约9 13% (国标数值)，炭素糊捣固施工温度IO(TC左右，因此在阴极炭块组的组装时会产生一些沥青烟，造成组装操作处的环境污染；而更大量的沥青烟会在电解槽焙烧启动时从电解槽槽壳上阴极钢棒窗口处挥发出来，由于这部分沥青烟在电解槽密闭罩之外不易捕集，因此对启动初期电解生产环境污染较大。 阴极炭块组水平电流分量相对较大现有阴极炭块组工作时电流流经方式为电流从阴极炭块上表面进入，从阴极钢棒导出。由于阴极炭块宽515mm，阴极钢棒合计宽度65X2 = 130mm，因此宽度的差别必然会使炭块内有一定的水平电流分量存在，见图4。理论表明电解槽内水平电流会导致铝液波动，造成电解生产不稳定。由于这部分水平电流距离铝液层较近，数值虽小却会造成铝液波动，影响电解生产稳定，因此减少阴极炭块内的水平电流对稳定生产有实际意义。 阴极炭块组铁碳电压降较大一般来说，两种材料交界面处的电阻要远高于两种材料内的电阻，电阻大则电压降也大。现有阴极炭块组电流路径为阴极炭块一阴极炭块与炭素糊交界面一炭素糊与阴极钢棒交界面(该交界面电压常称为铁炭压降)一阴极钢棒，电流经历了两个交界面这两个交界面会消耗较多的电压降，增加电解生产能耗。铁碳压降是阴极压降的重要组成部分，增加铁碳接触面积可有效减少铁碳压降。而现有阴极炭块和阴极钢棒连接方式使得铁碳接触面积较小，分析如下由于阴极钢棒与炭素糊的接触面积在阴极炭块组截面上表现为导电长度，经计算，现有阴极钢棒导电长度为(180X2 + 65) X2 = 850mm，见图6。◎对电解槽寿命的影响电解槽阴极均匀承载电流是保持电解槽长寿命的重要因素之一，而现有阴极炭块组的连接方式对电解槽寿命会有一定影响，分析如下由于阴极炭块与阴极钢棒的连接是用炭素糊经人工用风锤分层捣固而成，人为不均匀因素较多，而且炭素糊在电解槽焙烧启动时还会产生一定量的收縮，造成阴极钢棒、炭素糊和阴极炭块接触不均，使得阴极电流在阴极炭块内分布不均，导致阴极炭块产生局部裂纹甚至破损。 一旦阴极局部破损，电解槽阴极就要大修更换了。因此现有阴极炭块组连接方式造成电解槽阴极局部破损的几率较大。
技术实现思路
1. 本专利技术技术方案本专利技术阴极炭块组由阴极炭块(件l)与阴极钢棒(件2)通过插接方法组合构成。以截面尺寸为515mmX450mm的阴极炭块组为例，本专利技术各零件特征为阴极炭块(件1)底部开有数个沟槽，阴极钢棒(件2)由底板和焊接在其上的数个筋板组成，筋板位置与阴极炭块开槽位置对应。将阴极炭块沟槽与阴极钢棒筋板对应插接即完成阴极炭块组的组合，见图2。为加强导电性，插接后在槽顶部缝隙处可灌注少量石墨粉。组装后的阴极炭块组电流路径为阴极炭块一阴极炭块与钢棒接合面一阴极钢棒。2. 本专利技术技术与现有技术比较采用本专利技术技术可基本解决现有阴极炭块组的诸多问题，为了便于说明，仍以目前用量最多的截面尺寸为515咖X450mm的阴极炭块组为例说明如下①提高阴极炭块利用率，减少了设备投资，减少环保投资本专利技术采用阴极炭块和阴极钢棒多沟槽插接方法和构造，降低了阴极钢棒槽高度，增大了阴极炭块有效高度，提高了阴极炭块利用率，见图2。本专利技术与现有;皮术比较如下表<table>table see original document page 5</column></row><table>由此看出，本专利技术减少了阴极钢棒槽的加工量，降低了成本，减少了浪费。③ 对原阴极炭块组在组装和电解槽焙烧启动时环境污染较大问题的解决本专利技术采用阴极钢棒与阴极炭块多槽插接而成，不需要炭素糊那样的中间,接物，因此完全杜绝了原阴极炭块组组装时和电解槽焙烧启动时由炭素糊产生的沥青烟污染。④ 对原阴极炭块组水平电流分量相对较大问题的改善本专利技术将阴极钢棒分成数个筋板，使得阴极炭块中的电流几乎垂直向下进入阴极钢棒中，可基本消除阴极炭块中水平电流分量，见图4，图5。5阴极炭块边距钢棒边的平均距离比较如下表:<table>table see original本文档来自技高网...
【技术保护点】
铝电解槽阴极炭块组由阴极炭块（件１）与阴极钢棒（件２）通过插接方法构成。
【技术特征摘要】
1.铝电解槽阴极炭块组由阴极炭块(件1)与阴极钢棒(件2)通过插接方法构成。2. 各零件特征为阴极炭块(件l)底部开有数个沟槽，阴极钢棒(件2)由底板和焊接 在其上的数个筋板组成，筋板位置与阴极炭...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭龙，李劫，王化雨，丁凤其，黄羲，
申请(专利权)人：郭龙，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]
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