[实用新型]一种铝电解槽阴极炭块和阴极钢棒的连接构造

说明书

技术领域

本项发明属于铝生产技术领域。技术关键在于研发出一种铝电解槽阴极炭块和阴极钢棒多槽插接的连接方法及构造。应用本项发明可取得较大的经济效益和环境效益。

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：一台240kA电解槽有20组阴极炭块组，一台350kA电解槽有32组阴极炭块组。阴极炭块组则由阴极炭块1、阴极钢棒2、炭素糊3三部份组成，见图1。炭素糊起连接作用，通过人工捣固炭素糊可将阴极炭块和阴极钢棒组合成阴极炭块组。目前世界上工业应用的铝电解槽电流强度从不到100kA到最大500kA，各种槽型都采用这种方式的阴极炭块组组成铝电解槽阴极。

目前国标列出的铝电解槽阴极炭块组各材料截面尺寸(加工后)见下表：

阴极炭块的主要生产流程为：石油焦破碎-石油焦煅烧-煅后料加沥青混捏-挤压或振动成型-生炭块焙烧-炭块机械加工(铣炭块六面及钢棒槽)-炭块成品入库。

现有阴极炭块组的组装方式为：

①将阴极钢棒、阴极炭块分别预热，同时将炭素糊预热并用混捏锅搅拌均匀；

②将阴极钢棒用数个木楔固定在阴极炭块的钢棒槽中；

③将预热拌匀的炭素糊人工捣固在阴极钢棒和阴极炭块之间的钢棒槽中。

目前这种阴极炭块组的组装方式仍在国际国内工业铝电解槽上应用至今。

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的阴极炭块组为例说明如下：

①阴极炭块利用率低，增加了设备投资，且污染环境

现有阴极炭块组总高度450mm中，阴极钢棒槽高度200mm，因此阴极炭块的最大有效使用高度为450-200＝250mm，见图1。炭块有效高度占总高度比率仅为250/450＝55.6％，该比率不高，这对阴极炭块是一种浪费。

阴极钢棒槽的高度增加，会使得电解槽内衬、槽壳、立柱母线的高度相应增加，即增加了电解槽设备投资，因此降低阴极钢棒槽高度可减少电解槽设备投资。

由于铝电解槽废旧内衬含有害成分(主要是F^-和少量的CN^-等)，按国标属具有浸出毒性的危险废物，其废弃物必须采取防渗渣场填埋处理。由于现有阴极炭块组中阴极炭块有效高度比率不高，则大修时废渣量高，因此现有阴极炭块组型式增大了环保投资。

②阴极炭块的阴极钢棒槽机械加工量较大

目前阴极炭块上的阴极钢棒槽采用将阴极炭块整体焙烧好后再机械加工开出阴极钢棒槽的生产方式，由于阴极钢棒槽截面积较大，因此开槽浪费了大量焙烧好的炭块，相应浪费焙烧炭块的能源，增加开槽机械加工成本，而且在机械加工中会产生的大量炭粉，污染生产操作环境和设备。

③阴极炭块组在组装和电解槽焙烧启动时对环境污染较大

目前阴极炭块组中，炭素糊重量约占阴极炭块重量的6％。这部分炭素糊含有沥青焦油，其挥发分含量大约9～13％(国标数值)，炭素糊捣固施工温度100℃左右，因此在阴极炭块组的组装时会产生一些沥青烟，造成组装操作处的环境污染；而更大量的沥青烟会在电解槽焙烧启动时从电解槽槽壳上阴极钢棒窗口处挥发出来，由于这部分沥青烟在电解槽密闭罩之外不易捕集，因此对启动初期电解生产环境污染较大。

④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流经方式为：电流从阴极炭块上表面进入，从阴极钢棒导出。由于阴极炭块宽515mm，阴极钢棒合计宽度65×2＝130mm，因此宽度的差别必然会使炭块内有一定的水平电流分量存在，见图4。理论表明：电解槽内水平电流会导致铝液波动，造成电解生产不稳定。由于这部分水平电流距离铝液层较近，数值虽小却会造成铝液波动，影响电解生产稳定，因此减少阴极炭块内的水平电流对稳定生产有实际意义。

⑤阴极炭块组铁碳电压降较大

一般来说，两种材料交界面处的电阻要远高于两种材料内的电阻，电阻大则电压降也大。现有阴极炭块组电流路径为：阴极炭块-阴极炭块与炭素糊交界面-炭素糊与阴极钢棒交界面(该交界面电压常称为铁炭压降)-阴极钢棒，电流经历了两个交界面：这两个交界面会消耗较多的电压降，增加电解生产能耗。