[发明专利]复合导电棒

说明书

技术领域

本发明涉及用于铝生产的电解还原槽，特别是其构成部件——导电棒(collector bar)。

背景技术

铝金属通常由被普遍称为霍尔-埃鲁(Hall Héroult)过程的方法从氧化铝(AI₂O₃)中提炼得到。此过程已为铝工业从业者们所熟知，在此无需进一步说明。

本发明的重点在于这种电解过程运行所处的容器或槽，而非把注意力投向该过程本身。槽的上(阳极)部分通常包含一个或多个载流(通常含碳)块意于均匀分配电流流过浅的(意指其具有的水平尺寸远大于贯穿其深度方向的垂直尺寸)熔融冰晶石(cryolite)液体层，该层居于另一熔融铝层之上。

槽的下方(阴极)部分在物理上包含处于耐火材料构成的腔中的熔融冰晶石层和铝层，该腔的下方表面也由导电(通常含碳)材料构成。该导电材料通常形成为一系列大的块(阴极块)，块中嵌入有金属的电流导体(导电棒)用来提供让电流离开槽的路径集。

通常的操作是把多个这种槽通过母线系统作为串联电路连接起来，使电流能够通过其阳极部分依次进入各槽，提供能量给容纳于阴极部分中的液体冰晶石层与铝层中所运行的电解过程，并最终让电流经过导电棒离开槽。

当电流穿过槽时，它会自然地寻找经过槽部件的最小电阻路径，从而将最大集中电流导向导电棒离开阴极块的连接处。电流的这种非均匀分配有害地影响到位于最高电流集中区域的阴极块，显著增加其损耗(通常以腐蚀过程的方式)。

现有技术展示，采用复合导电棒能够显著改善电流在各阴极块的分配，复合导电棒由外钢套构成，该钢套在其部分长度上装入有高导电的(通常为铜)芯。这种对电流分配的改进已知能够显著提高阴极块的工作寿命。

这些改进的导电棒虽然有助于降低阴极腐蚀并从而提高阴极块的工作寿命，但是这些益处需要对比与构造材料相关的高制造成本和复合导电棒装置的组装复杂度进行权衡。因此，存在一种需要，使复合导电棒装置具有互补材料装置的益处，但是又能相对更简单地进行制造，从而显著减少成本。

发明内容

本发明的一方面，提供用于铝生产的一系列槽中的一个电解槽，其包括：

·壳和耐火装置，构成用于容纳高温液体的工作腔；

·导电阴极，包括多个构成工作腔的基底的阴极块；

·至少一个阳极，悬置于所述槽内并且与工作腔中的高温液体接触；

·至少一个导电棒，容纳于在阴极的各阴极块中形成的凹部内，该置于阴极块中的导电棒不直接接触工作腔中的液体；

·电母线系统，位于所述壳的外部用于将电流从所述槽的导电棒传输至所述一系列槽中的下一个槽的阳极；

·其中，该导电棒包括第一导体和至少一个第二导体，该第一导体电连接到电母线系统，并具有电连接到阴极的一个或多个外表面，该至少一个的第二导体具有比第一导体小的电阻，该第二导体位于第一导体的至少一个外表面上且与第一导体电接触。

根据第二方面，本发明提供：

·导电棒，用于电连接到电解槽的母线系统，导电棒接收于电解槽的阴极的阴极块中的凹部内，其中

·该导电棒包括：第一导体，其电连接到母线系统，该第一导体具有与阴极块电接触的一个或多个外表面；和至少一个第二导体，其具有比第一导体小的电阻，该第二导体位于第一导体的至少一个外表面上且与第一导体电接触。

本发明的复合导电棒其第二导体可通过机械或化学方法接合到第一导体。在本发明的优选形式中，该第一导体(优选其横截面大于第二导体的横截面)被固定到阴极块中时构成复合导电棒的下方外表面。

该复合导电棒的第一导体优选用具有相对低的导热导电性的材料生产，例如钢。低导热性减小通过导电棒末端的热损失，特别是向外部载流装置的热损失。

相比于第一导体，复合导电棒的第二导体优选用导热导电性相对高的材料生产，例如铜。这样，第二导体比第一导体具有更高的导热和/或导电性。第二导体的较高导电性提供整个导电棒上近似统一的电势，从而促使在阴极块表面形成统一的电流密度。此外，第二导体的较高导电性提供位于阴极块与外部载流器之间的较小电阻路径，从而减小贯穿阴极块组件的电压降。

或者，复合导电棒的第一导体可为通道形状，或者其中形成有凹部，第二导体接合于该凹部中。在这种情况下，导电棒安装在阴极块中时，可以让第一导体位于最上面(这时复合体所有侧面都受到保护而与阴极化学隔开)，或者让第二导体位于最上面(这时附加绝缘层可被放置在第二导体的外表面和阴极块之间)。