[实用新型]能大幅度降低水平电流的电解槽

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电解槽。

背景技术

当今的铝电解工业正在向槽容量大型化发展。2005年以来，国内先后建设了350—500kA大型电解槽，现有槽型也在不断地强化电流。在电解槽的大型化和电流强化的趋势下，电解槽稳定性的研究成为电解槽的设计和生产中越来越重要的课题之一。

铝液中水平电流是铝电解槽生产之大忌，因为铝液中的水平电流与垂直磁场相互作用，产生电磁力，导致铝液的流动、波动和电解槽不稳定。水平电流过大，对电解槽的稳定性、技术经济指标都有很大的影响。另外，水平电流会使熔体流速加快，冲蚀炉帮，破坏炉膛，引发槽内衬破损，影响槽寿命。所以水平电流对电解槽的稳定性、电流效率、槽寿命的影响非常大，我们必须在设计和生产中想办法减小电解槽的水平电流。分析水平电流的成因和防治对策，对电解槽生产管理有非常重要的意义。

从理论上来讲，电解槽的不稳定是由铝液中的水平电流和垂直磁场作用产生的电磁力引起的，电磁力的计算公式为                                                。写成三个方向分量的形式则变成：

                                               (1)

当且时，则上述公式变为：

                                                    (2)

式(1)和(2)中：是电磁力，是电流密度，是磁场强度；、、分别指电解槽的长轴方向、短轴方向和垂直方向。

从上面公式可以看出，当电解槽水平电流密度均为0时，电磁力将不受垂直方向的磁场的影响。因此只要能在设计和生产中把水平电流密度控制得很小，即使磁环境差一些，电解槽仍可以稳定地进行生产。也就是说，水平电流密度变小后，电解槽稳定性受垂直磁场的影响将会变小。电解槽磁场设计最重要的任务就是想办法降低垂直方向的磁场，以增强电解槽的稳定性，而减小水平电流可以达到同样的目的。

随着技术的进步，大型槽的电压已经能控制在4V以内，因此电解槽的保温效果越来越重要。但电解槽的加工面宽度却一直在270mm及以上，大加工面会导致电解槽散热增大，从而需要更高的槽电压来补充其散热量；另外，过大的加工面不利于电解槽形成规整的炉膛，因此不利于控制电解槽水平电流。

以贵阳铝镁设计研究院设计的420kA电解槽为例，在以往的使用中，铝液层水平电流最大值在5000A/m²左右，平均值在2721A/m²，电解槽短轴方向水平电流分布如图1所示。

传统电解槽存在以下不足：

(1) 阴极炭块和阴极钢棒的结合形式用扎糊全部填充的方式连接，电解槽短轴方向的水平电流比较大。

(2) 阴极钢棒在阴极炭块中不均布，引起长轴方向的水平电流较大；

(3) 电解槽的大面加工面比较宽，不利于建立规整的炉膛；

(4) 阴极炭块比阳极炭块窄，引起长轴方向的水平电流较大。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种能大幅度降低水平电流的电解槽，以克服现有技术存在的水平电流比较大，电解槽工作稳定性差等不足。

为了解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：阴极钢棒采用“渐变式”阴极扎糊结构，即采用斜面或阶梯式截面的阴极扎糊结构，在斜面或阶梯式截面处填充耐高温绝缘材料（如陶瓷纤维棉、高强浇注料等）；阴极钢棒在阴极炭块中等比例布置；炉膛的大面加工面控制在240—269mm之间；采用阴极炭块与阳极炭块对齐结构，即阴极炭块宽度与阳极宽度相等，其值在600mm—800mm之间。

在阶梯式截面处填充的耐高温绝缘材料形成阶梯，该阶梯满足以下关系：

 ，式中为阴极炭块长度，为阶梯中耐高温绝缘材料长度；

，，为扎糊总高度，、分别为阶梯中耐高温绝缘材料两个“阶梯”的高度。

所述的斜面处填充的耐高温绝缘材料形成三角体，该三角体满足下列关系：

 ，式中为阴极长度，为三角体中耐高温绝缘材料长度；

，式中为扎糊总高度，为三角体中耐高温绝缘材料高度。

阴极钢棒在阴极炭块中等比例布置是指阴极钢棒等比例分布于阴极炭块中，满足下列关系：

，式中为阴极炭块宽度，为从阴极炭块边缘到阴极钢棒中心的距离，该距离与阴极钢棒中心到阴极炭块中心的距离相等。

以上技术方案的特点如下：