專利名稱：鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置技術(shù)領(lǐng)域鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置主要應(yīng)用于鋁電解槽陰極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制 作，以及電解鋁的生產(chǎn)是鋁電解解槽生產(chǎn)設(shè)備的陰極導(dǎo)電部分。
背景技術(shù)：
鋁電解槽采用低電壓、大電流、直流串聯(lián)供電系統(tǒng)進(jìn)行電解鋁生產(chǎn)。鋁電解槽陰極 導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是其導(dǎo)電設(shè)備系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著將鋁電解槽內(nèi)陰極電流導(dǎo)出并傳輸給 下一臺(tái)鋁電解槽陽(yáng)極大母線進(jìn)行電解生產(chǎn)的功能?，F(xiàn)通用的鋁電解槽陰極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)由，陰極碳?jí)K、陰極鋼棒、鋁鋼過(guò)渡連接件，匯流 陰極母線等部件組成，其導(dǎo)電方式是在陰極碳?jí)K的底部開(kāi)出陰極鋼棒槽，陰極鋼棒用搗固 糊搗固在陰極碳?jí)K鋼棒槽內(nèi)構(gòu)造成陰極鋼棒組，陰極鋼棒組構(gòu)筑在鋁電解槽鋼殼體內(nèi)的保 溫層防滲漏料層上，相鄰兩陰極碳?jí)K鋼棒組之間采用縫間糊搗固連接填充，將多個(gè)陰極碳 塊鋼棒組按垂直于側(cè)部匯流鋁母線的方向，搗固砌筑成的一個(gè)整體陰極碳?jí)K內(nèi)襯導(dǎo)電層， 陰極鋼棒穿過(guò)側(cè)部爐墻和電解槽鋼殼體的窗口，經(jīng)過(guò)鋁鋼爆炸焊片和軟帶板的過(guò)渡，再與 陰極匯流大母線相連接。陰極鋼棒和電解槽鋼殼體之間為絕緣設(shè)計(jì)，在電解生產(chǎn)過(guò)程中，鋁 電解槽的鋼殼體只是一個(gè)承載熱負(fù)荷的一個(gè)容器?，F(xiàn)同通用的鋁電解槽陰極熔池內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，主要存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)1由于電解槽陽(yáng)極和陰極導(dǎo)電系統(tǒng)的大電流會(huì)產(chǎn)生的強(qiáng)大的磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)的作用 下，致使鋁電解槽陰極內(nèi)襯上部的鋁液層產(chǎn)生磁旋流波動(dòng)，其磁旋流波動(dòng)的沖擊，使得鋁液 層垂直波動(dòng)起伏較大，又引起電解質(zhì)極距的波動(dòng)，從而造成電解質(zhì)極距的設(shè)定增高，致使電 解槽的電流電壓降設(shè)定也隨之加高加大，電解鋁的工藝電耗增加；2由于陰極鋼棒的和陰極碳?jí)K組的輸出導(dǎo)電與大母線的連接端是設(shè)置在電解槽側(cè) 部鋼殼體外，在電解槽內(nèi)，陰極碳?jí)K是由內(nèi)向外沿水平布置向外導(dǎo)電，致使電解槽內(nèi)的垂直 電流密度分部不均導(dǎo)電，水平損耗電流增加，電流效率下降；3由于陰極鋼棒要穿過(guò)電解槽槽殼的側(cè)部鋼殼體與陰極匯流大母線進(jìn)行導(dǎo)電連 接，需在電解槽側(cè)部鋼殼體上的同一水平線上開(kāi)設(shè)許多窗口，才能實(shí)現(xiàn)陰極鋼棒與陰極匯 流大母線連接。電解槽鋼殼體側(cè)部開(kāi)需窗口，致使電解槽槽殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力受到減弱，在熱 負(fù)荷的狀態(tài)下，容易引起槽結(jié)構(gòu)的變形，從而破壞了電解槽結(jié)構(gòu)的應(yīng)力平衡，造成事故的發(fā) 生。為了解決上述電解槽陰極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)存在的鋁液磁旋流波動(dòng)，電流密度分布不均和 槽結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題，目前人們提出了很多構(gòu)思和技術(shù)方案，如在陰極碳?jí)K上開(kāi)上下通孔，在通 孔的底部與陰極鋼棒實(shí)施導(dǎo)電連接后，再在電解槽底部鋼底板上開(kāi)孔洞，陰極鋼棒穿過(guò)電 解槽殼體的鋼底板的孔洞，實(shí)施陰極鋼棒與陰極匯流鋁母線的導(dǎo)電連接，并串聯(lián)接入下一 臺(tái)電解槽的陽(yáng)極鋁母線進(jìn)行電解。但在陰極碳?jí)K上開(kāi)上下通孔與陰極鋼棒連接后，再在電解槽鋼殼體底部開(kāi)孔，實(shí) 現(xiàn)陰極鋼棒與陰極匯流大母線連接的導(dǎo)電方式，不僅使電解槽內(nèi)襯的制作安裝砌筑的施工 過(guò)程復(fù)雜，構(gòu)造成本加大，而且為了調(diào)整平衡磁場(chǎng)和電流分布，致使陰極導(dǎo)電部件之間的連接端網(wǎng)布置較亂較多，其調(diào)整效果不佳，并還存在電解槽內(nèi)襯底部熱散失較大等缺點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)通用鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)不合理，電流分布不均， 電解槽槽殼熱應(yīng)力變型較大，以及電解槽底部鋼底板開(kāi)孔，實(shí)施陰極鋼棒底部出電所帶來(lái) 的電流和磁場(chǎng)分布調(diào)整困難、構(gòu)造施工復(fù)雜成本加大、保溫層熱散失較多等缺點(diǎn)，本發(fā)明提 供了一種新的鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，其技術(shù)方案是利用安裝在鋁電解槽鋼殼體底部搖籃架工字梁上的鋼底板處在同一水平電位上， 平面連接導(dǎo)電面積及結(jié)構(gòu)空間較大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，容易陰極導(dǎo)電部件在此布置與連接，便于 進(jìn)行電流密度和磁場(chǎng)調(diào)整的特點(diǎn)，將構(gòu)造在鋁電解槽陰極碳?jí)K底部陰極金屬導(dǎo)電棒，直接 焊接構(gòu)造在電解槽鋼殼體底部鋼底板上，再通過(guò)設(shè)置安裝在鋼殼體底部鋼底板上的鋁鋼過(guò) 度連接件，與陰極匯流鋁母線或立柱母線進(jìn)行連接，把具有承載功能的槽殼體底部鋼底板， 設(shè)計(jì)成鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置中的導(dǎo)電部件，與陰極導(dǎo)電裝置的其他導(dǎo)電部件互為補(bǔ)償， 以達(dá)到節(jié)約導(dǎo)電材料，降低制作安裝成本，更便于實(shí)現(xiàn)合理的調(diào)整陰極電流密度和磁場(chǎng)分 布的目的。依據(jù)上述技術(shù)方案陰極金屬導(dǎo)電棒與鋁電解槽鋼殼體底部的鋼底板相連接，把鋁電解槽的鋼殼體底 部的鋼底板視作為陰極導(dǎo)電部件進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)造。。在陰極金屬導(dǎo)電棒與鋁電解槽鋼殼體底部的鋼底板為整體鋼板與之相連接時(shí)，鋁 電解槽鋼殼體底部的鋼底板和陰極金屬導(dǎo)電棒之間設(shè)置有吸收熱膨脹應(yīng)力用的導(dǎo)電連接 部件即連柔性聯(lián)接件。鋁電解槽鋼殼體底部鋼底板，是由多塊扣蓋安裝在鋁電解槽鋼殼體底部搖籃架工 字梁上的鋼底板單件組裝成部件。鋁電解槽鋼殼體底部鋼底板上設(shè)置焊接有加強(qiáng)板或定位板。鋼殼體底部鋼底板和工字梁之間設(shè)置安裝有絕緣隔熱墊層。在鋼殼體底部鋼底板上構(gòu)造有鋁鋼復(fù)合塊，鋼殼體底部鋼底板通過(guò)鋁鋼復(fù)合塊與 陰極匯流鋁母線或鋁導(dǎo)線進(jìn)行導(dǎo)電連接。鋁鋼復(fù)合塊應(yīng)根據(jù)電解槽電流密度分布和磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的狀況，在鋼殼體底部鋼 底板上進(jìn)行調(diào)整組合布置，鋁鋼復(fù)合塊之間可用鋁導(dǎo)線進(jìn)行連接，鋁導(dǎo)線可進(jìn)行平行或交 叉連接，即串聯(lián)連接或并聯(lián)連接，用于調(diào)整電流和磁場(chǎng)分布的狀況。陰極碳?jí)K內(nèi)設(shè)置構(gòu)造有上下通孔，用于陰極金屬導(dǎo)電棒與陰極碳?jí)K之間的導(dǎo)電連 接方式實(shí)現(xiàn)。在鋁電解槽鋼殼體內(nèi)鋼底板上，焊接有金屬型鋼加強(qiáng)板，該金屬型鋼加強(qiáng)板即可 對(duì)槽殼體鋼板起加強(qiáng)作用，又可用于調(diào)整電流密度和磁場(chǎng)分布，還可以與陰極導(dǎo)電金屬棒 相連接。陰極匯流鋁母線可用鋁鋼復(fù)合塊與電解槽底部的鋼底板進(jìn)行導(dǎo)電連接，互為導(dǎo)電 補(bǔ)償設(shè)計(jì)，用于提高陰極匯流鋁母線和鋼底板的導(dǎo)電性能，減少導(dǎo)電材料成本。采用本發(fā)明鋁電解槽陰極導(dǎo)電結(jié)構(gòu)裝置技術(shù)方案，把陰極碳?jí)K底部的陰極金屬導(dǎo) 電棒，構(gòu)造連接在鋁電解槽槽殼體底部的鋼底板上，將鋼底板作為陰極導(dǎo)電裝置的導(dǎo)電部 件，與陰極匯流大母線進(jìn)行連接，采用該技術(shù)方案不僅可以提高陰極匯流鋁母線和電解槽鋼殼體底板的導(dǎo)電性能，便于連接構(gòu)造，降低制作安裝成本，而且還可以使得鋁電解槽陰極 電流密度分布更加均勻，水平電流減少，磁場(chǎng)設(shè)計(jì)更加合理，可減緩鋁液磁旋流的波動(dòng)，降 低極距電壓，提高鋁電解槽熔池內(nèi)部溫度，利于熱平衡，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能電解鋁生產(chǎn)電耗，降 低生產(chǎn)成本的目的。

圖1 一種鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置結(jié)構(gòu)小端面的局部截面圖。圖2 —種鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置結(jié)構(gòu)小端面的的局部截面圖。圖3 —種鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置結(jié)構(gòu)大端面的局部斷面圖。圖4為圖3的平面圖圖5 —種鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置結(jié)構(gòu)大端面的局部的斷面圖其圖中所示1電解槽搖籃架、2側(cè)部殼體、3工字鋼、4鋼底板5陰極鋼棒、6陰極 碳?jí)K、7鋁鋼復(fù)合片、8匯流鋁母線、9柔性連接件10保溫隔熱層、11側(cè)部爐墻、12加強(qiáng)板、13 鋁導(dǎo)線、14絕緣層。
具體實(shí)施方式
鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置技術(shù)方案實(shí)施的目的是減緩電解槽熔池內(nèi)鋁液因磁場(chǎng)設(shè) 計(jì)不合理而產(chǎn)生的波動(dòng)，降低鋁電解的極距電壓降；減少陰極的水平電流，電流密度分布均 勻；減少熱損失，提高鋁電解槽的保溫性能，防止槽殼體的變形，減少鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝 置構(gòu)造成本。鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置技術(shù)方案是在現(xiàn)有的預(yù)焙鋁電解槽槽結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。在鋁電解槽搖籃架⑴和側(cè)部鋼殼體(2)制作完成，安裝在基礎(chǔ)橫梁就位后，將制 作好的鋼底板G)，扣蓋安裝固定在搖籃架(1)的下部支撐構(gòu)件小橫梁工字鋼(3)上，鋼底 板(4)和工字鋼(3)上翼板之間可以進(jìn)行焊接連接，也可進(jìn)行安裝上絕緣層，使鋼底板與整 個(gè)鋁電解槽搖籃架⑴和側(cè)部鋼殼體⑵形成絕緣狀態(tài)(如圖5所示)；整個(gè)鋁電解槽的 鋼底板G)，可以分成幾個(gè)單元塊來(lái)進(jìn)行加工制作，設(shè)計(jì)制作時(shí)把它考慮成為導(dǎo)電部件，結(jié) 合率電解槽的電流密度和磁場(chǎng)影響進(jìn)行設(shè)計(jì)，幾個(gè)單元塊的鋼底板(4)在工字鋼( 拼接 安裝時(shí)，鋼底板(4)之間留有一定的間隙，已防止鋼底板(4)在電解狀態(tài)下的熱應(yīng)力變形。 (如圖4、圖5所示)在鋁電解槽底部鋼底板⑷整體安裝完成后，陰極金屬導(dǎo)電棒即陰極鋼棒(5)按 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的要求確定的位置，焊接安裝在槽底部鋼底板(4)上，(當(dāng)然也可以先焊接在鋼底 板(4)上，在進(jìn)行與工字梁(3)的組裝)。陰極鋼棒(5)焊接安裝工作完成后，便可進(jìn)行鋁 電解槽陰極內(nèi)襯保溫隔熱層(10)、陰極碳?jí)K(6)、和側(cè)部爐墻(11)的砌筑工作，當(dāng)電解槽陰 極內(nèi)襯砌筑工作完成后，將插入陰極碳?jí)K(6)上下通孔底部的陰極鋼棒( 通過(guò)其通孔實(shí) 施導(dǎo)電連接當(dāng)陰極鋼棒(5)與陰極碳?jí)K(6)導(dǎo)電工序完成后，其碳?jí)K上部通孔用搗固糊扎 固封死。(如圖1、圖2所示)在上述工序完成后便可在鋁電解槽的底部，根據(jù)電解槽電流密度的分布，磁場(chǎng)強(qiáng) 度的分布，陰極匯流鋁母線(8)的走向，在鋁電解槽的底部，將鋁鋼復(fù)合片(7)焊接安裝在 鋼底板的下部或與之相連的金屬件上；最后用鋁導(dǎo)線實(shí)施鋁鋼復(fù)合片(7)與匯流鋁母線的連接，完成鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置的制作和安裝工作(如圖3、圖5所示)。
權(quán)利要求1.一種鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置其特征是把安裝在鋁電解槽鋼殼體底部搖籃架(1)工 字梁C3)上的鋼底板(4)設(shè)計(jì)制作成陰極導(dǎo)裝置的組成部件，將陰極碳?jí)K(6)底部的陰極 金屬導(dǎo)電棒即陰極鋼棒(5)與鋼底板⑷相連接，在通過(guò)鋁鋼過(guò)度連接件即鋁鋼復(fù)合塊(7) 以及鋁導(dǎo)線把電解槽鋼殼體底部的鋼底板(4)和陰極匯流鋁母線進(jìn)行導(dǎo)電連接。
2.依據(jù)權(quán)利要求1鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置其特征是陰極金屬導(dǎo)電棒(5)即陰極鋼棒 (5)與鋁電解槽鋼殼體底部的鋼底板(4)相連接，把鋁電解槽的鋼殼體底部的鋼底板(4)作 為陰極導(dǎo)電部件。
3.依據(jù)權(quán)利要求1鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置其特征是在陰極金屬導(dǎo)電棒( 與鋁電 解槽鋼殼體底部的鋼底板(4)為整體鋼板進(jìn)行導(dǎo)電連接時(shí)，鋁電解槽鋼殼體底部的鋼底板(4)和陰極金屬導(dǎo)電棒( 之間設(shè)置有吸收熱膨脹應(yīng)力用的導(dǎo)電連接部件即連柔性聯(lián)接件 ⑶。
4.依據(jù)權(quán)利要求1鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置其特征是鋁電解槽鋼殼體底部的鋼底板 G)，是由多塊扣蓋安裝在鋁電解槽鋼殼體底部搖籃架(1)工字梁(3)上的鋼底板(4)單件 組裝成部件。
5.依據(jù)權(quán)利要求1鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置其特征是鋁電解槽鋼殼體底部的鋼底板 (4)上設(shè)置焊接有加強(qiáng)(12)或定位板(12)。
6.依據(jù)權(quán)利要求1鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置其特征是鋼殼體底部的鋼底板(4)和工字 梁(3)之間安裝有絕緣隔熱墊層(10)。
7.依據(jù)權(quán)利要求1鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置其特征是在鋼殼體底部的鋼底板(4)上構(gòu) 造有鋁鋼復(fù)合塊(7)，鋼殼體底部的鋼底板(4)通過(guò)鋁鋼復(fù)合塊(7)與陰極匯流鋁母線(8) 或鋁導(dǎo)線進(jìn)行導(dǎo)電連接。
8.依據(jù)權(quán)利要求1鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置其特征是陰極碳?jí)K(6)內(nèi)設(shè)置構(gòu)造有上下 通孔，用于實(shí)現(xiàn)陰極金屬導(dǎo)電棒(5)與陰極碳?jí)K(6)之間的導(dǎo)電連接。
專利摘要鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置，主要應(yīng)用于鋁電解槽導(dǎo)電系統(tǒng)的構(gòu)造與安裝，其特征是利用安裝在鋁電解槽鋼殼體底部搖籃架工字梁上的鋼底板處在同一水平電位上，平面展開(kāi)導(dǎo)電面積以及結(jié)構(gòu)空間較大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，易于陰極導(dǎo)電部件在此布置與連接和進(jìn)行磁場(chǎng)、電流分布的調(diào)整的特點(diǎn)，把具有承載功能的鋁電解槽殼體底部鋼底板，設(shè)置成一個(gè)鋁電解槽陰極導(dǎo)電裝置中的導(dǎo)電部件，將構(gòu)造在鋁電解槽陰極碳?jí)K底部陰極金屬導(dǎo)電棒，構(gòu)造連接在電解槽鋼殼體底部鋼底板上，再通過(guò)設(shè)置構(gòu)造在鋼殼體底部鋼底板上的鋁鋼過(guò)度連接件，與陰極匯流鋁母線進(jìn)行導(dǎo)電連接。以達(dá)到節(jié)約導(dǎo)電材料，降低制作安裝成本，更加合理的調(diào)整陰極電流密度和磁場(chǎng)分布的目的。
文檔編號(hào)C25C3/08GK201850315SQ20102059955
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者楊青, 高偉, 高德金 申請(qǐng)人:高德金