一种带双向阻流异型凸台的阴极结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种带双向阻流异型凸台的阴极结构，在铝电解槽阴极表面设置若干异型凸台6，异型凸台6采用侧面带凸起结构的变截面结构，异型凸台6沿平行于阴极炭块4轴向、垂直于阴极炭块4轴向或两者交错排列，垂直于阴极炭块4轴向的异型凸台6设置于铝电解槽阳极中缝位置，与阴极炭块4基体为一体式结构或分体式结构，平行于阴极炭块4轴向方向异型凸台6可根据磁场及流场分布情况，设置于磁场及流场较大的位置，与阴极炭块4基体为分体式结构，本实用新型专利技术通过对阴极凸台外观形状、安放位置、实现方法及排列方式的改进，实现横向及纵向双向阻流，阻流效果更加显著，可在低极距条件下实现平稳高效生产，达到降低电解能耗提高电流效率的目的。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及铝电解槽
，具体为ー种带双向阻流异型凸台的阴极结构。
技术介绍
冰晶石-氧化铝熔盐电解法是目前エ业上制取纯铝的主要方法，由于此方法要求电解温度达到940°C左右，虽然在电解槽设计及生产过程中采取了一系列加强保温的措施，但电解槽散热损失依然较大，电能利用率不到50%，因此，铝电解生产中必须保持合理的电压及其它相关エ艺參数才能实现电解槽热平衡，目前，电解槽运行电压一般控制在4v以上，因此，要进ー步降低槽电压，必须采取措施减少电解槽热损失，否则将导致电解槽热收入不足而走入冷行程，严重影响电解槽长期平稳运行。同时，槽内铝液及电解质受电磁力作用而循环运动，导致阴极铝液面产生波动，有文献表明，铝液面波动幅度在2cm左右，因此，铝电解生产中必须保持合理的极距才能确保电解槽平稳运行，目前，电解槽极距一般控制在4-5cm，极距太高将导致直流电耗增加，极距太低将导致电流效率下降。如果能采取措施降低铝液面波动幅度，将能使电解槽在更低极距条件下实现稳定高效运行，达到降低电解能耗提高电流效率的目的。近年来，围绕降低铝电解能耗等课题，有关专家、企业及科研院所进行了大量的研究，取得了一系列成果，其中，比较有代表性的专利技术成果有冯乃祥的异型阴极技术以及沈阳铝镁设计研究院专利技术的铝电解槽节能降耗方法等，这类专利技术技术的主要原理就是通过在铝电解槽阴极表面设置凸台，阻挡铝液流动，不仅可降低铝液面波动幅度，同时可减少电解槽热损失，进而可降低极距和槽电压，达到降低电解能耗提高电流效率的目的，エ业实践表明，采用以上技术的电解槽运行电压从4v左右降至3. Sv左右，吨铝直流电耗降低650KWh以上，节能效果相当显著，但是，现有技术在推广应用过程中也出现了一系列问题⑴、阴极凸台外观形状设计不合理，由于阴极凸台设计为等截面结构，凸台表面平直，因此，只能实现单方向阻流，阻流效果不理想。⑵、阴极凸台设计位置不合理，由于大部分凸台位于阳极下方，而凸台电阻率远大于铝液，因此将改变阴极电流方向，一定程度上又加大了槽内水平 电流分量，降低了电流效率。同时，对换极作业影响较大，槽内料块不易打捞，槽内沉淀不易处理，换极操作过程中也容易碰坏阴极凸台或使阻流挡块移位，进而影响阻流效果。⑶、阻流挡块排列方式有待改进，现有技术所设计的挡块排列方式均为沿平行于阴极炭块4轴向或垂直于阴极炭块4轴向方向放置，因此只能消减来自于电解槽纵向即与系列电流相垂直方向或横向即与系列电流平行方向铝液的波动，不能实现双向阻流减波功能。⑷、对异型阴极槽而言，由于阳极下方凸台与阴极设计为一体化结构，因此需采用火焰焙烧或先火焰后铝液焙烧等配套焙烧方式，増加了焙烧启动难度及费用。(5)、对现有的采用挡块进行阻流的方法而言，由于阳极下方的阻流挡块需在吊出阳极后方能安放，因此，工人劳动量大，改造周期较长。(6)、现有技术使用范围存在局限性，目前，异型阴极技术只适用于大修槽，对于正在运行的铝电解槽而言，由于炉底存在不平整和局部隆起现象，挡块放入槽内后可能会高于铝液面，而现有技术均要求铝液高度必须高于凸台高度，因此，现有的采用挡块阻流的方法目前也仅应用于炉膛规整的低龄槽。因此，提供一种可在大幅降低极距及槽电压的情况下实现平稳高效运行，同时，实现方法简单，不改变现有的焙烧启动方法及日常操作维护方法，并能避免凸台的人为破坏，实现铝电解槽的长期平稳高效运行的双向阻流阴极结构。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本技术提供了一种带双向阻流异型凸台的阴极结构，它通过对阴极凸台外观形状、安放位置、实现方法以及排列方式的改进，能实现横向及纵向双向阻流功能，阻流及减波效果更加显著，可在大幅降低极距及槽电压的情况下实现平稳高效运行，同吋，实现方法简单，不改变现有的焙烧启动方法及日常操作维护方法，井能避免凸台的人为破坏，实现铝电解槽的长期平稳高效运行。本实行新型的目的是这样实现的一种带双向阻流异型凸台的阴极结构，包括槽壳1，设置在槽壳I上的阴极钢棒5，槽壳I内设置有侧部炭块2，侧部炭块2内设置有人造伸腿3，人造伸腿3之间设置有阴极炭块4，其特征在于在铝电解槽阴极炭块4表面设置若干异型凸台6，异型凸台6采用侧面带凸起结构的变截面结构，异型凸台6沿平行于阴极炭块4轴向、垂直于阴极炭块4轴向或两者交错排列，垂直于阴极炭块4轴向方向异型凸台6设置于阳极中缝位置，与阴极炭块4基体为一体式结构或分体式结构，平行于阴极炭块4轴向方向的异型凸台6可根据磁场及流场分布情況，设置于磁场及流场较大的位置，与阴极炭块4基体为分体式结构。所述的异型凸台6采用侧面带凸起结构的变截面结构，异型凸台6下部的宽度为6Omm 200mm,上部的宽度为30mm 150mm,高度为50mm 200mm,长度为400mm 1500mm,异型凸台6侧面凸块宽度为30mnT 300mm，侧面凹槽宽度为50mnT 600mm，侧面凹槽深度为IOmm 50mmo当异型凸台6与阴极炭块4基体为一体式结构时，异型凸台6材质为现行的阴极炭块4材料，采用振动成型并经焙烧制得，当异型凸台6与阴极炭块4基体为分体式结构吋，异型凸台6材质为铝的氧化物，采用压制成型并经焙烧制得，其密度应不小于2500Kg/m3。所述的异型凸台6沿平行于阴极炭块4轴向、垂直于阴极炭块4轴向或两者交错排列，其中，垂直于阴极炭块4轴向方向异型凸台6设置于铝电解槽阳极中缝位置，平行于阴极炭块4轴向方向异型凸台6可根据磁场及流场分布情况，设置于磁场及流场较大的位置(一般为立柱母线附近)。所述的异型凸台6实现方式为1、设置于阳极中缝位置的异型凸台5可与阴极炭块4制作成ー个整体，也可采用提前预制焙烧好的密度大于铝液的异型块，然后再人工放置于阳极中缝位置。2、平行于阴极炭块4轴向方向异型凸台5必须采用预制焙烧好的高密度异型块，利用换极时机放置于指定位置。所述的异型凸台6截面形状可以是矩形、梯形、三角形、正方形、半圆形、椭圆形或由上述任意两种及以上基本形状组成的混合体。当异型凸台6截面形状为由任意两种及两种以上基本形状组成的混合体时，异型凸台6底部可采用带支腿或不带支腿结构，异型凸台5整体或支腿以上部分可采用侧面不带凸起结构的等截面结构。所述的异型凸台6如采用预制异型块，可在异型块截面中部位置预留直径8_以上的通孔，异型块两端面底部倒角10mm，以便于异型块安放。当垂直于阴极炭块4轴向方向的异型凸台6为沿阳极中缝位置排列吋，异型凸台6可采用现 有技术设计的其他类型阻流挡块。积极有益效果本技术提供的一种带双向阻流异型凸台6的阴极结构可以大幅降低阴极铝液流速及铝液面波动幅度，可在更低极距条件下实现平稳高效生产，达到降低电解能耗提高电流效率的目的，同时，本技术实施方法简单易行，不改变现有的焙烧启动方法及日常操作维护方法，井能避免凸台的人为破坏，适用于各阶段槽龄电解槽。本技术通过在某铝厂8年以上的电解槽上实验应用，槽电压从实施前的4. Olv降至3. 81v,平均降低O. 2v,电流效率从实施前的91. 5%提高至94. 5%，平均提高3%，吨铝直流电耗降12017KWh，平均降低1045KWh，节能效果显著。同时因电流效率提高，可实现吨铝碳耗降低15kg。附图说明图I为本技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带双向阻流异型凸台的阴极结构，包括槽壳(1)，设置在槽壳(I)上的阴极钢棒(5)，槽壳(I)内设置有侧部炭块(2)，侧部炭块(2)内设置有人造伸腿(3)，人造伸腿(3)之间设置有阴极炭块(4)，其特征在于在铝电解槽阴极炭块(4)表面设置若干异型凸台(6)，异型凸台(6)采用侧面带凸起结构的变截面结构，异型凸台(6)沿平行于阴极炭块(4)轴向、垂直于阴极炭块(4)轴向或两者交错排列，垂直于阴极炭块(4)轴向方向异型凸台(6)设置于阳极中 缝位置，与阴极炭块(4)基体为一体式结构或分体式结构，平行于阴极炭块(4)轴向方向的异型凸台(6)可根据磁场及流场分布情况，设置于磁场及流场较大的位置，与阴极炭块(4)基体为分体式结构。2.根据权利要求I所述的一种带双向阻流异型凸台的阴极结构，其特征在于异型凸台(6)截面形状可以是矩形、梯形、三角...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧建明，焦广乾，樊国卫，姚静辉，
申请(专利权)人：欧建明，焦广乾，樊国卫，姚静辉，
类型：实用新型
国别省市：