[实用新型]铝电解槽阴极炭块和阴极钢棒的连接结构

说明书

技术领域

本实用新型技术属于铝生产技术领域。本技术在于研发出一种铝电解槽阴极炭块和阴极钢棒连接构造。应用本实用新型技术可取得较大的经济效益。

背景技术

1.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：240kA电解槽有大约20组阴极炭块组，350kA电解槽有大约32组阴极炭块组。

现有阴极炭块组由阴极炭块、阴极钢棒、结合材料三部份组成，阴极炭块一端的阴极钢棒数量为两根。

结合材料通常为炭素糊或磷生铁，结合材料起连接作用，通过结合材料将阴极炭块和阴极钢棒组合成阴极炭块组。

以目前较常用的阴极炭块组为例，各材料组合见下表：

目前，虽已有更大宽度的阴极炭块组在铝电解槽上应用，但结构型式仍与上表类似，即阴极炭块一端仍有两根钢棒。

目前工业铝电解槽采用这种阴极炭块组组成铝电解槽阴极。

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515mm×450mm阴极炭块组为例说明如下：

现有阴极炭块组铁碳压降较大

阴极炭块组电流路径为：阴极炭块上表面──阴极炭块与结合材料交界面──结合材料──结合材料与阴极钢棒交界面──阴极钢棒。其中，从阴极炭块与结合材料交界面──结合材料──结合材料与阴极钢棒交界面的电压通常称为铁碳压降，

铁碳压降是电解槽阴极电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。而现有阴极炭块组由于阴极碳块一端有2根钢棒，使得铁碳接触面积较小，因此铁碳压降较大，铁碳压降大则会增加电解槽能耗。

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路径为：电流从阴极炭块上表面进入，从阴极钢棒导出，电流向下路径中会产生一部分水平电流分量，由于采用两根阴极钢棒，这种水平电流分量相对较大。槽内水平电流大会导致槽内垂直磁场也大，由此会导致槽内铝液波动大，影响电解生产。

对电解槽寿命的影响

电解槽阴极均匀低负荷承载电流是保持电解槽长寿命的重要因素之一，而现有阴极炭块组由于阴极炭块和阴极钢棒的铁碳接触面相对较小，阴极钢棒表面电流负荷相对较大，在电解生产过程中，由于阴极炭块承担电流会有上下波动，一旦阴极电流过大并且在阴极炭块内分布不均，会导致阴极炭块产生局部裂纹甚至破损，则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破损的几率较大。

发明内容

本实用新型的目的就在于克服上述不足提供一种铝电解槽阴极炭块和阴极钢棒的连接结构。

本实用新型的目的可通过以下技术方案来实现：

    一种铝电解槽阴极炭块和阴极钢棒的连接结构，包括阴极炭块、阴极钢棒和结合材料层，在阴极炭块的左端和右端均设置有至少三个阴极钢棒槽，每个阴极钢棒槽内设置一根阴极钢棒，阴极钢棒与阴极炭块通过结合材料层固结在一起。

上述铝电解槽阴极炭块和阴极钢棒的连接结构，在阴极炭块的左端和右端均设置有三个至六个阴极钢棒槽中的任一种，每个阴极钢棒槽内设置一根阴极钢棒。

上述铝电解槽阴极炭块和阴极钢棒的连接结构，在阴极炭块的前侧、后侧均设置有炭块侧面开槽。

上述铝电解槽阴极炭块和阴极钢棒的连接结构，在阴极炭块的左侧和右侧均设置有炭块端面开槽。

上述铝电解槽阴极炭块和阴极钢棒的连接结构，在阴极炭块的前侧、后侧均设置有炭块侧面开槽，在阴极炭块的左侧和右侧均设置有炭块端面开槽。

上述铝电解槽阴极炭块和阴极钢棒的连接结构，所述阴极钢棒为四根，每根阴极钢棒的宽为32mm，高为180 mm，炭块截面上阴极钢棒的导电周长为392 mm，每根阴极钢棒的横截面积为5760 mm²。

采用上述技术方案，本实用新型在阴极炭块组不改变原有阴极炭块组的组装方式，只是增加阴极炭块开槽数量和阴极钢棒数量，即可降低目前阴极炭块组铁碳压降，使阴极炭块组水平电流分量减少，从而降低电能消耗并大大提升电解槽的使用寿命。

以下是现有技术与本实用新型相对比的具体分析;

①  对原阴极炭块组铁碳压降问题的改进

增大铁碳接触面积可有效减少铁碳压降，铁碳接触面积在阴极炭块截面上表现为阴极钢棒导电周长，本实用新型技术与现有技术比较如下表：