電解槽陰極導電熔池結構及構造方法
【專利說明】
[0001]技術領域:電解槽陰極導電熔池結構及構造方法主要用于鋁電解槽陰極導電結構即鋁電解槽陰極內襯的砌筑構造。
[0002]【背景技術】:現通用的鋁電解槽陰極內襯導電熔池結構，采用多塊至幾十塊由陰極炭塊和陰極鋼棒用搗固糊搗固組裝而成的陰極鋼棒組，平行排例砌筑在鋁電解槽槽殼體內，與側部槽幫爐墻一起，其陰極鋼棒導出電端與構造在電解槽底部及側部的陰極大母線相連接，構造成鋁電解槽陰極內襯導電熔池結構。
[0003]陰極內襯導電熔池結構即是陰極導電結構，又是承裝鋁液及電解質熔液進行熱電化學反應的熔池。在電解過程中，其陰極導電熔池結構的構造，有著極其重要的意義。
[0004]鋁電解槽陰極內襯導電熔池的導電工作面積有幾十平方米，它的陰極構造方式及電流的分布狀況會對整個鋁電解槽的電場、熱場、磁場及電磁力強度、鋁液及電解質液體的磁流體的流速、波動方向、范圍、波幅，氧化鋁物流場，極距設定等產生巨大的影響。從而直接影響鋁電解槽的生產效能。
[0005]現通用的構造陰極內襯導電熔池所用的陰極鋼棒組的設計及構造方式和缺點是;
[0006](I)將底部開有通長凹槽的陰極炭塊，底部開槽向上放置，再將陰極陰極鋼棒置放于凹槽當中，在將搗固糊作為導電連接填充材料，采用分層搗固的方式，置于鋼棒兩側與凹槽之間縫隙之中，將陰極炭塊與陰極鋼棒構造在一起，它的缺點:陰極炭塊鋼棒組，構造在鋁電解槽殼中后，沿陰極炭塊鋼棒組的長度方向，從陰極炭塊的表面中上點，到陰極鋼棒端頭的出電端，其電阻值會逐步雖導電距離的增加而增大，且陰極炭塊上表面的過電流分布密度不均，電流分布一般是由陰極炭塊中部向電解槽的邊部減弱，很難達到所需理想狀態(tài)，
[0007](2).在用加熱搗固糊分層搗固構造填充陰極炭塊和陰極鋼棒二者之間的縫隙時，多采用添一層熱搗固糊料，用風鎬鏟扎固搗實一層后，再添一層熱搗固糊料，再用風鎬鏟搗固扎固搗實一層的工藝方法進行。采用這種工藝構造的缺點是，熱搗固糊料為散狀顆粒粉混合黏結物料，在分層填入到寬度縫隙寬度約15毫米，長度約1，7米左右的縫隙中，用寬度約60毫米的風鏟頭進行扎實搗固時，在沖擊力的擠壓下，其搗固糊料會向兩側沿長度方向游動離散，實際生產中，雖采用多工位搗固的方式進行，扔會造成搗固糊料在縫隙間，扎固不實密度不均的現象發(fā)生。致使陰極鋼棒組電流分布無序，構造電壓降即構造電阻值較高。
[0008]現通用的構造陰極內襯導電熔池設計及構造方式和缺點是；陰極內襯導電熔池由采用上述設計構造、且高度基本相等的幾十組陰極炭塊鋼棒組，與幾組分流布置的陰極大母線相連接，平行并列砌筑構造在鋁電解槽內，形成一個槽底內襯為幾十平方米的偌大平底鋁電解槽陰極導電結構。由于鋁電解槽構造主體部件陰極鋼棒組的電流分布無序，構造電阻值電壓降較高，加之外部因素大母線的磁場影響，致使電解槽內金屬鋁液磁流體的電磁力運動方式及范圍很難與電解質液達到穩(wěn)定和諧的理想工作狀態(tài)，高效低耗的電解氧化招。
[0009]
【發(fā)明內容】
:為了克服鋁電解槽陰極內襯導電熔池結構設計及構造工藝所存在的，陰極鋼棒組結構電流分布無序不均，陰極大母線電流磁場與陰極鋼棒組工作面，即陰極內襯導電熔池的上表面，電流分布狀態(tài)不和諧統(tǒng)一，造成電解槽熔池內鋁液磁流體的運動方式及范圍，對電解質液電解氧化鋁生成鋁液的工作狀態(tài)的負面影響，提高鋁電解槽的電流效率，降低鋁電解槽的槽電壓，降低電解鋁的生產電耗，本發(fā)明將公開一種電解槽陰極導電熔池結構及構造方法:
[0010]經過對鋁電解槽磁流體動力穩(wěn)定性的研究，得出這樣的結論:
[0011]電解槽陰極導電熔池的鋁液表面形狀和金屬的流動速度都是由磁流體動力穩(wěn)定性所決定的。電解槽陰極導電熔池的熱場、磁場、電磁力強度、鋁液磁流體的流速、波動方向、范圍、波幅，氧化鋁物流場、以及電解質液體氧化鋁的電解效率，都與陰極導電熔池的電流分布及電流密度有關。但也與鋁液池的形狀有關，而鋁液池的形狀又取決于陰極表面和槽幫的構造形狀。
[0012]用改進陰極某處的電流密度來改善相應處鋁液中的電流密度，因而改善磁場與此處電流相互作用的條件。因為鋁液中的磁場是由外部母線流動的電流與槽內電流相互疊加作用的結果。換句話說，改變陰極碳塊鋼棒組的幾何形狀、導電率即導電機理，會使槽內鋁液的電流重新分布，從而改變拉普拉斯力(電磁力)f=JXb[N / m3],對電解質液極距設定等電解工藝參數的影響。
[0013]依據上述理論研究的指導，在鋁電解槽陰極大母線確定或優(yōu)化設計時，可用改變調整鋁電解槽陰極熔池內表面電流分布密度的方法，綜合考慮陰極大母線電流及磁場的影響，結合鋁電解槽熱場及物流場及氧化鋁在電解質液的分布狀況和熔解強度，提出以下設計方案及技術措施，對鋁電解槽的陰極內襯導電熔池進行設計構造。
[0014]電解槽陰極導電熔池結構及構造方法，主要用于鋁電解槽陰極內襯的砌筑構造，主要由陰極炭塊鋼棒組、陰極大母線構造而成，其特征是:在陰極鋼棒上，焊接構造上分段隔筋，陰極鋼棒上的分段隔筋，將陰極鋼棒外側壁與陰極炭塊凹槽內側壁之間的間隙，沿長度方向，分為幾個相對獨立填充區(qū)間段，用導電填充料填充其對應填充區(qū)間段的間隙，用調整導電填充物料及構造工藝的方法，即調整導電填充物料與陰極鋼棒側壁與陰極炭塊凹槽側壁導電界面電阻值的方法，以獲取設定陰極鋼棒組炭塊上表面設定電阻值，并將該已知設定電阻值得陰極鋼棒組，砌筑在鋁電解槽槽殼體中。
[0015]依據上述技術方案:為獲得陰極炭塊鋼棒組較低的連接電阻值，在陰極鋼棒與陰極炭塊之間用分段隔筋分割的幾個相對獨立的填充區(qū)間段內，可采用分段分層構造搗固工藝，將幾個段位的相對獨立填充區(qū)間段，用搗固糊料作為填充料，進行導電構造連接，在用風鎬進行搗固扎實連接構造時，利用設置在陰極鋼棒上的分段隔筋，可以限制物料流動范圍，減少搗固填充糊料的離散流動，提高搗固糊料密實度的特點，使搗固糊料與陰極鋼棒側壁與陰極炭塊凹槽側壁導電界面結合部的電阻值減少，陰極炭塊鋼棒組的構造電壓降降低。
[0016]依據上述技術方案:為在獲得陰極炭塊鋼棒組的陰極炭塊上表面所設定得電流密度分布，可用調整陰極炭塊上表面對應填充區(qū)間段搗固糊料扎實密度、調整對應填充區(qū)間段搗固糊料理化成分、調整對應填充區(qū)間段導電填充物料成分的方法獲得，即用調整導電填充物料與陰極鋼棒側壁與陰極炭塊凹槽側壁的界面導電結合電阻值的方式，構造出陰極炭塊上表面設定電流密度的期望電阻值
[0017]依據上述技術方案:為在獲得陰極炭塊鋼棒組的陰極炭塊表面所設定得電流密度分布，即可以用調整每個填充區(qū)間段搗固糊料扎實密度的方法獲得，也可用調整每個填充區(qū)間段搗固糊料理化指標的方法獲得。還可用調整每個填充區(qū)間段導電填充物料成分的方法獲得，即用調整設定導電填充物料與陰極鋼棒側壁與陰極炭塊凹槽側壁的界面導電結合電阻值的方式，構