[发明专利]一种外热式铝电解槽

说明书

技术领域

本发明属于铝电解技术领域，具体涉及一种外热式铝电解槽。

背景技术

铝电解技术的发展已有100多年的历史，仍在不断地发展过程中。电解槽的一般结构是：用石墨块或碳块作为阳极，由石墨块或碳块筑成的槽体作为阴极。电解槽工作时，要避免槽体侧部导电。工业生产所用的铝电解槽由于电解电流很大，都采用的是自热式设计，即：利用电解电流通过冰晶石-氧化铝熔体时所产生的热量来维持电解槽的正常工作温度（950℃左右）。电解电流主要集中在电解槽的中部，所以发热也主要集中在槽的中部，能保证电解槽中部的电解质在电解过程中始终处于熔融状态，而槽子的四周由于温度较低，电解质会凝固结壳而形成槽帮，槽帮不仅可以保护槽体免受电解质的浸蚀，更重要的是它能阻止侧部导电，保证电解电流从阳极向下流入铝液阴极，这对保证电解槽拥有合适的阴极电流密度，获得较高的电流效率是不可缺少的。工业铝电解槽的结构示意图如图1所示，外部为槽壳1-1，电解时，电流从阳极母线1-5流入阳极1-4，然后进入冰晶石-氧化铝熔体1-6，由于冰晶石-氧化铝熔体凝固而成的槽帮1-3的保护作用，电流不会流向边部炭块1-2，而是向下进行入阴极铝液1-7，最后经阴极炭块1-8和阴极导电棒1-9回到电源。

在实验室从事铝电解技术或铝合金制备研究时，研究人员使用的往往都是小型铝电解槽，其电解电流较低，达不到自热所需的电流大小。因此，多采用外热式的铝电解槽，即通过外加热的方法熔解电解质并维持电解槽的正常工作温度。如此以来，在电解过程中，电解槽内的电解质都将处于熔融状态，不会出现因槽子四周温度低，电解质凝固而形成槽帮的情况，当电流从阳极流入电解质时，会有部分电流从槽子侧部流走，出现侧部导电的情况，如果不阻断侧部导电，阴极的实际电流密度将会很低，从而导致电流效率很低，甚至根本就电解不出铝。为了防止侧部导电，通常是将一个尺寸合适的氧化铝刚玉管放入圆型槽内，由于刚玉管的绝缘作用，可以保证电解电流由阳极向下流入阴极。现有外热式铝电解槽示意图如图2所示，电炉2-1供热，电解时，电流从阳极导电棒2-7流入石墨阳极2-6，然后进入冰晶石-氧化铝熔体2-9，由于绝缘套管2-5的保护作用，电流不会流向石墨槽2-4的边部，而是向下进行入阴极铝液2-8，最后经石墨槽2-4、石墨槽钢套2-2和阴极导电棒2-3回到电源。由于冰晶石融体的溶解作用，刚玉管会被逐渐溶解。因此，在电解过程中，用于防止侧部导电的刚玉管只能是一次性使用，且维持时间不长，如果要进行较长时间的铝电解试验，就必须不断地更换刚玉管。在实验室从事铝电解技术或铝合金制备研究时，如果使用电流只有几十安培的微型电解槽，由于槽中所用氧化铝刚玉管的尺寸较小，实验成本不会太高。但如果使用的是电解电流为几百安培的小型外热式铝电解槽，就需要使用较大尺寸的刚玉管，而大尺寸的刚玉管价格昂贵，所以，采用这类铝电解槽从事研究工作，试验成本将会很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种避免侧部导电的外热式铝电解槽。

本发明采用以下技术方案：

一种外热式铝电解槽，电炉内设有上方开口的钢套，钢套内贴合设有上方开口的石墨槽，石墨槽内设有上下活动的石墨阴极托盘，石墨阴极托盘上设有阴极导电棒，阴极导电棒外穿套有上下活动的阳极导电管，阳极导电管与阴极导电棒之间设有绝缘保护管，阳极导电管的底部连接有石墨阳极，石墨阳极穿设于绝缘保护管外且位于石墨阴极托盘的上方。

所述石墨槽的底部为漏斗形。

所述钢套置于电炉的底部，钢套与电炉底部之间设有耐火砖。

所述电炉的顶部、围绕阳极导电管设有耐火砖。

本发明采用从改变电解槽的阴、阳极结构出发，改变了传统铝电解槽以槽体作为阴极的结构模式，采用一个石墨阴极托盘作为电解槽的阴极，石墨槽本身不与任何电极直接相连，从而彻底解决了外热式铝电解槽侧部导电的问题，在无需采取保护措施的情况下即可避免侧部导电，较大幅度地降低了外热式铝电解槽的制造成本和运行成本，而且电解槽运行的稳定性也有较大提高。

本发明的电炉用于熔化电解质和维持电解槽的正常工作温度，与石墨槽贴合设置的钢套用于保护石墨槽免受氧化，石墨阴极托盘为边缘稍高的圆盘状，可以存放少量铝液，电解试验开始前，向石墨阴极托盘内放上少量铝，铝熔化并铺满石墨阴极托盘而成为真正的阴极，阳极导电管接电源正极，从而将电源正极接入石墨阳极，阴极导电棒与电源负极相接，阴极导电棒外的绝缘保护管用于保护阴极导电棒免受电解质的腐蚀并起绝缘作用，它可以阻断电流由电解质直接流回电源的通路，以及避免阴极导电棒与石墨阳极发生短路。