铝电解槽节能阴极碳块结构 【技术领域】
本发明涉及一种铝电解槽阴极结构。
背景技术
目前通用的铝电解槽呈一个长方体的箱形，内部装有900～1000℃左右的熔融冰晶石电解液和铝液。电解槽在长轴方向的一侧设有立柱母线，电流由此进入槽上的阳极梁。悬挂在阳极梁上的碳素阳极浸入到电解液中，与电解液发生化学反应生成铝液，铝液定期地被专有设备吸出槽外。在电解槽的下部，由一些内置有钢棒的碳素阴极将电流导出槽外，电流通过设置在电解槽四周的阴极母线汇集到下一台槽的立柱母线上。电解槽通过多个电阻的串联方式，将电流从上游槽传送到下游槽上。在此过程中，由于各个电阻存在的电压降组成电解槽的全槽压降，从而需要消耗大量的电能。
铝电解生产的电能效率(ηE)，是指生产一定数量的金属铝，理论上应该消耗的能量(W理)和实际上所消耗的能量(W实)之比，即：
ηE＝W理/W实×100％
通过计算，在采用活性阳极炼铝时，每kg铝的理论电能消耗是6.33kwh；而当前世界最先进的电解铝厂抓加拿大魁北克的325kA电解系列，其电耗达9.0kwh，由此可知，其铝电解的电能效率ηE是：ηE＝W理/W实×100％＝6.33/9.0＝48.7％。由此可见，铝电解生产的电能利用率很低，节能潜力很大。
在铝电解生产中，节能的途径很多。从理论上说，电耗率只取决于电流效率和电解槽的平均电压V平。而铝电解槽的平均电压主要包括三部分，即：
V平＝ΔV槽+ΔV母+ΔV效
上式中：ΔV槽为电解槽工作电压，包括阳极、阴极、电解质电压降和反电动势(或称实际分解电压)，如下式表示：
V槽＝ΔV阳+ΔV阴+ΔV质+E反
ΔV母为槽外母线电压降，槽外母线主要有阳极母线以及槽间联接母线等。当电流通过这些母线时，将造成电阻电压损失，尽管它们很小，但有一定的电解损失。此外，母线与母线的接触处(焊接或压接)也会产生接触电压降。
ΔV效为阳极效应分摊电压降。
在电解槽生产过程中，当发生效应时，槽电压会突然升高，这也会造成电能额外的消耗，将其平均分摊到整个电解系列中各台电解槽上，称为阳极效应分摊电压。
典型电解槽各部分电压组成如下：
由以上的理论可知，当电解槽设计完成后，其阴极压降、阳极压降、母线压降即可视为恒定。而和生产有关的效应分摊电压所占全槽电压的比例较小，控制该部分难以大幅度降低槽平均电压。由上表可知，电解质电压降占到了平均电压的35％～40％，是降低电解槽平均电压的关键项目之一。
目前，对于电解质压降的降低方法主要有两种：
第一种方法：改善电解质成分，提高电解质的导电率；
第二种方法：降低极距(阳极与铝液表面的距离)，即降低电解质熔体的电阻；
对于第一种方法，试验室测试数据表明，当分子比增加0.1，其电导率约增加1.5％。相应的电解质压降可降低1.5％。然而，分子比过高后又将会降低电流效率，因此，该方法只适于小幅降低电解槽的能耗，目前工业电解槽的分子比一般都在2.0～2.6之间，可获得较好的经济指标。
对于第二种降低极距的方法，主要取决于电解槽内铝液波动的情况。我们知道，当直流电通过导体，将在周围环境产生强大的磁场。电解槽内的铝液正好处在立柱、阳极母线、阴极母线所产生的磁场内，而它本身又是载流导体，因此，铝液会受到磁场作用力的影响而运动。在电解槽内，由于铝液中的水平电流分量受到磁场垂直分量的作用而发生“磁力效应”；另外，电解质和铝液还受到阳极气体的搅拌作用。铝液表面在这样的情况下会产生变形；当这些变形较大后，就会引起铝液表面的波动，从而为降低极距带来难度。因此，如何抑制铝液界面的波动，是降低极距降低电压的关键。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于：提供一种铝电解槽节能阴极碳块结构，该结构将铝液的波动抑制在一个范围内，使极距有效降低，降低电解槽平均电压，以克服现有技术存在的铝液界面的波动大等不足。
本发明采用如下技术方案：在传统的阴极表面进行切削加工或者进行异型粘接，将阴极碳块切削(粘接)出一个个的储铝池，电解槽内的铝液大量地储存在储铝池内，铝液受到电磁力的影响而产生的波动将被储铝池限制。同时，通过加工(粘接)的阴极碳块，改变了传统阴极的电阻，使得储铝池至阴极钢棒的电阻大大低于阴极表面至阴极钢棒的电阻，从而使大量的电流由储铝池流至阴极钢棒，而少量地电流由阴极表面流至阴极钢棒。这样一来，在阴极表面的水平电流会大大减少，从而电磁力减弱，铝液的波动被降低。
本发明与现有技术相比，本发明使电解槽内的铝液大量地储存在储铝池内，铝液受到电磁力的影响而产生的波动将被储铝池限制。同时，通过加工(粘接)的阴极碳块改变了传统阴极的电阻，使得储铝池至阴极钢棒的电阻大大低于阴极表面至阴极钢棒的电阻，从而使大量的电流由储铝池流至阴极钢棒，而少量的电流由阴极表面流至阴极钢棒，在阴极表面的水平电流会大大减少，从而电磁力减弱，铝液的波动被降低。
【附图说明】
图1为现有技术的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图，图中断面为圆弧形的碳块3与阴极碳块1为粘接连接；
图3为本发明的另一结构示意图，图中在阴极碳块1之间的间缝表面沿长方向间断粘接碳块3，碳块3为长方体形；
图4为本发明的另一结构示意图；
图5为图4的A--A剖视图，图中流出槽5的底面是平的，两侧边为倾斜式的。
【具体实施方式】
本发明的实施例：
实施例一、如图2所示意，它包括阴极碳块1、阴极钢棒6，阴极碳块1按传统方式沿其长方向并列排放，阴极碳块1之间的间缝用碳素糊2扎固，形成一个长方体的阴极结构，在阴极碳块1上部有储铝池4和流出槽5。阴极炭块1采用双钢棒配置。
具体制作为：阴极炭块1尺寸为3240(长)×515(宽)×450(高)mm的长方体，将一块厚150mm、长1600mm、宽515mm的炭块3加工成圆弧型，圆弧半径为150mm，将上述阴极炭块1、炭块3这两个部件在筑炉时进行粘接，从而形成储铝池4；每个阴极炭块上有两段储铝池4；由阴极炭块1的表面及炭块3的端面形成流出槽5，储铝池4内的铝液通过电解槽中部的流出槽5汇集到出铝端储存，再通过真空抬包将其抽出。
实施例二、如图3所示意，它包括阴极碳块1、阴极钢棒6，阴极碳块1按传统方式沿其长方向并列排放，阴极碳块1之间的间缝用碳素糊2扎固，形成一个长方体的阴极结构；在阴极碳块1的间缝表面沿长方向间断粘接碳块3，使碳块3与阴极碳块1表面形成纵向的槽形结构即储铝槽4，同时在阴极碳块1的中部形成横向的流出槽5。碳块3为碳化硅块，可制作成“T”形结构，碳块3的凸出部分插入相邻阴极炭块间缝位置。
实施例三、它包括阴极碳块1、阴极钢棒6，阴极碳块1与阴极钢棒6通过扎糊形成一组阴极碳块组；在阴极碳块1上部有储铝槽4和流出槽5，流出槽5的底面是平的，两侧边为倾斜式的。
制作时，在阴极上表面采用机加工方式加工出特有的储铝沟槽4和流出槽5后，阴极钢棒通过扎糊方式与阴极碳块形成一组阴极碳块组。然后将多组阴极碳块组放入电解槽内，每组阴极碳块组之间扎糊连接。最终电解槽阴极形成具有多条储铝槽4和中间低、两边高的流出槽5。
以上发明可以用在不同容量的电解槽上作为电极的阴极装置，阴极碳块1可以分段，一般分为1～3段进行制作；阴极钢棒的数量及形状可以调整，被粘接的碳块3的数量及大小可以调整，碳块3可用炭化硅制作。同时，该阴极装置各组成部分的材质也可根据实际情况进行相应调整。