[发明专利]一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构

说明书

本发明公开了一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构，包括设于铝电解槽中的阴极炭块，阴极炭块两对称侧分别设有狭缝，每个狭缝中分别填充有绝缘材料，阴极炭块底部设有阴极电极部，阴极电极部分为远离电解槽中心和靠近电解槽中心的两段，远离电解槽中心的一段阴极电极部为阴极钢棒，靠近电解槽中心的另一段阴极电极部为另一种导电材料制成，靠近电解槽中心的一段阴极电极部顶部设为多级阶梯面。本发明阴极结构可以促使电流比较垂直且均匀的从铝液进入阴极炭块，全面显著的减小铝液中的水平电流，降低阴极压降，从而削弱铝液的波动，提高了电解槽生产的稳定性，减少了吨铝能耗。

技术领域

本发明涉及铝电解装置领域，具体是一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构。

背景技术

目前，工业铝生产采用Hall-Héroult铝电解工艺，且朝着铝电解槽大型化发展。在铝电解槽中，电流依次经过阳极炭块和熔融的电解质，铝液和阴极炭块，再通过阴极钢棒后从电解槽的两侧流出，汇集导入阴极母线中。这种传统的铝电解槽阴极结构的缺点是：由于电流总是流经电阻最小的路径，因此靠近电解槽外部的阴极炭块和钢棒负载了大部分电流，使得电流不能垂直的进入铝液，因而使铝液中产生非常大的水平电流。该水平电流与磁场共同作用，产生的电磁力会引起铝液的波动，导致电解槽生产不稳定，增加能耗。另外，铝液中水平电流分布沿阴极炭块的长度方向分布不均匀，使得阴极炭块的两侧端部处电流密度最大，会降低电解槽的寿命，不利于电解槽的保护。

目前，现有技术减弱铝电解槽水平电流的方法主要是在对阴极炭块或者对阴极钢棒的改进。这从单一方面改变阴极的局部特征，可以优化局部电阻分布，从而在一定程度上达到减少铝液中局部水平电流的效果，但其对水平电流的削弱能力还需进一步提高。

发明内容 本发明的目的是提供一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构，以解决现有技术铝电解槽中阴极结构对水平电流削弱能力有限的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构，包括设于铝电解槽中的阴极炭块，其特征在于：阴极炭块两对称侧分别设有狭缝，每个狭缝中分别填充有绝缘材料，阴极炭块底部设有至少一个用于连接阴极母线的阴极电极部，所述阴极电极部分为远离电解槽中心和靠近电解槽中心的两段，其中远离电解槽中心的一段阴极电极部为钢材料制成的阴极钢棒，靠近电解槽中心的另一段阴极电极部为另一种导电材料制成，阴极电极部的两段连接为一体，且靠近电解槽中心的一段阴极电极部顶部设为多级阶梯面，对应多级阶梯面位置的阴极炭块底部设计为多级阶梯槽，该多级阶梯槽与多级阶梯面形状匹配并用于容纳多级阶梯面。

所述的一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构，其特征在于：所述的绝缘材料为耐火砖、碳化硅、高温水泥中的任意一种组成。

所述的一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构，其特征在于：所述的导电材料为电导率大于阴极炭块电导率的材料。

所述的一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构，其特征在于：靠近电解槽中心的一段阴极电极部顶部的多级阶梯面中，阶梯级数为3个或4个。

所述的一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构，其特征在于：靠近电解槽中心的一段阴极电极部顶部的多级阶梯面中，每个阶梯的凸出拐角处的直角可加工为圆角或分段斜坡。

所述的一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构，其特征在于：所述阴极电极部中的两段之间用连接扎糊连接。

所述的一种降低铝电解槽中水平电流的阴极结构，其特征在于：所述阴极炭块底部与整个阴极电极部浇铸或扎固为一体，扎固时采用扎糊连接阴极炭块和整个阴极电极部。