[发明专利]一种铝电解槽用可降低铝液水平电流的阴极钢棒结构

说明书

本发明公开了一种铝电解槽用可降低铝液水平电流的阴极钢棒结构，包括第一阴极钢棒（条形）、第二、第三阴极钢棒（U型）以及将三个阴极钢棒分隔的分隔层。本发明整体嵌入到阴极碳块的底部，其中一端嵌入阴极碳块中靠近阴极碳块中段的位置，另一为出电端，出电端延伸并超出阴极炭块对应侧侧面。本发明相邻阴极钢棒之间设置分隔层，由分隔层将三个阴极钢棒隔离，并且三个阴极钢棒顶面呈阶梯状排列。本发明大幅降低了铝电解槽铝液层中水平电流密度，且仅调整了阴极钢棒和阴极炭块的结构配置，结构简单，易于工业实现。

技术领域

本发明涉及铝电解槽领域，具体是一种铝电解槽用可降低铝液水平电流的阴极钢棒结构。

背景技术

铝电解行业是国民经济支撑性行业，具有重要的战略意义。2020年，我国年铝产量达到了5000万吨，近十年平均增长率为12%。现在的铝电解仍以冰晶石-氧化铝熔盐电解法（霍尔-埃鲁特法）为基本原理，实际电解过程发生在高温强电流的工况环境中，大电流经由阳极母线输入阳极钢爪和炭块后，流过高阻值的电解质和液态金属铝层，最后通过阴极炭块和阴极钢棒输出。

但在实际生产过程中阳极炭块流出的电流扩散至电解质层，由于截面大小差异，电流发生偏转，产生额外的水平分量，这些水平电流与外加的垂直磁场共同作用产生电磁力。磁场对电解质气泡行为和铝液行为影响较大，磁场的优化较为有限，因此针对水平电流的优化成为了主要的研究方向。

国内外团队在基于电流分布优化的电解槽结构方向上，着力于改变电解槽阴极碳块外形特征和材料，如倾斜的阴极表面，带有突起的表面结构对电流分布进行优化，或者采用不同电导率的阴极碳块材料降低液态铝层的水平电流密度。

但在针对阴极形状进行改造时，不仅需要考虑新形状对水平电流密度的影响，还需要保证改造阴极结构的稳定性、足够疲劳强度以及寿命要求等。因此在不改变阴极碳块材料和结构的前提下，对阴极钢棒进行优化设计，实现降低铝电解槽铝液层水平电流密度具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝电解槽用可降低铝液水平电流的阴极钢棒结构，以解决现有技术铝电解槽中铝液水平电流密度高、阴极钢棒出电端电荷易汇聚的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种铝电解槽用可降低铝液水平电流的阴极钢棒结构，其特征在于：包括第一阴极钢棒、第二阴极钢棒和第三阴极钢棒，其中：

第三阴极钢棒成型为U型，第三阴极钢棒中U型口的开口所在端面为出电端；

第二阴极钢棒设置于第三阴极钢棒的U型口中，第二阴极钢棒的一端作为出电端并设有U型凹口，第二阴极钢棒的出电端与第三阴极钢棒的出电端齐平，第二阴极钢棒的底面与第三阴极钢棒底面齐平，第二阴极钢棒的高度小于第三阴极钢棒的高度，第三阴极钢棒的U型口内壁与第二阴极钢棒对应的外壁之间间隙设有分隔层；

第一阴极钢棒设置于第二阴极钢棒U型凹口中，第一阴极钢棒的一端作为出电端与第二、第三阴极钢棒的出电端齐平，第一阴极钢棒的底面与第二、第三阴极钢棒的底面齐平，第一阴极钢棒的高度小于第二阴极钢棒的高度，第二阴极钢棒的U型凹口内壁与第一阴极钢棒对应的外壁之间间隙设有分隔层。

所述的一种铝电解槽用可降低铝液水平电流的阴极钢棒结构，其特征在于：第三阴极钢棒、第二阴极钢棒之间分隔层高度与第二阴极钢棒高度一致。

所述的一种铝电解槽用可降低铝液水平电流的阴极钢棒结构，其特征在于：第二阴极钢棒、第一阴极钢棒之间分隔层高度与第一阴极钢棒高度一致。

所述的一种铝电解槽用可降低铝液水平电流的阴极钢棒结构，其特征在于：所述分隔层为绝缘材料制成，所述绝缘材料采用碳化纤维/聚四氟乙烯生料带编织填料（JB/T8560-2013）。