[实用新型]一种带双向阻流异型凸台的阴极结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及铝电解槽技术领域，具体为一种带双向阻流异型凸台的阴极结构。

背景技术

冰晶石-氧化铝熔盐电解法是目前工业上制取纯铝的主要方法，由于此方法要求电解温度达到940℃左右，虽然在电解槽设计及生产过程中采取了一系列加强保温的措施，但电解槽散热损失依然较大，电能利用率不到50%，因此，铝电解生产中必须保持合理的电压及其它相关工艺参数才能实现电解槽热平衡，目前，电解槽运行电压一般控制在4v以上，因此，要进一步降低槽电压，必须采取措施减少电解槽热损失，否则将导致电解槽热收入不足而走入冷行程，严重影响电解槽长期平稳运行。

同时，槽内铝液及电解质受电磁力作用而循环运动，导致阴极铝液面产生波动，有文献表明，铝液面波动幅度在2cm左右，因此，铝电解生产中必须保持合理的极距才能确保电解槽平稳运行，目前，电解槽极距一般控制在4-5cm，极距太高将导致直流电耗增加，极距太低将导致电流效率下降。如果能采取措施降低铝液面波动幅度，将能使电解槽在更低极距条件下实现稳定高效运行，达到降低电解能耗提高电流效率的目的。

近年来，围绕降低铝电解能耗等课题，有关专家、企业及科研院所进行了大量的研究，取得了一系列成果，其中，比较有代表性的发明成果有冯乃祥的异型阴极技术以及沈阳铝镁设计研究院发明的铝电解槽节能降耗方法等，这类发明技术的主要原理就是通过在铝电解槽阴极表面设置凸台，阻挡铝液流动，不仅可降低铝液面波动幅度，同时可减少电解槽热损失，进而可降低极距和槽电压，达到降低电解能耗提高电流效率的目的，工业实践表明，采用以上技术的电解槽运行电压从4v左右降至3.8v左右，吨铝直流电耗降低650KWh以上，节能效果相当显著，但是，现有技术在推广应用过程中也出现了一系列问题：⑴、阴极凸台外观形状设计不合理，由于阴极凸台设计为等截面结构，凸台表面平直，因此，只能实现单方向阻流，阻流效果不理想。⑵、阴极凸台设计位置不合理，由于大部分凸台位于阳极下方，而凸台电阻率远大于铝液，因此将改变阴极电流方向，一定程度上又加大了槽内水平电流分量，降低了电流效率。同时，对换极作业影响较大，槽内料块不易打捞，槽内沉淀不易处理，换极操作过程中也容易碰坏阴极凸台或使阻流挡块移位，进而影响阻流效果。⑶、阻流挡块排列方式有待改进，现有技术所设计的挡块排列方式均为沿平行于阴极炭块4轴向或垂直于阴极炭块4轴向方向放置，因此只能消减来自于电解槽纵向即与系列电流相垂直方向或横向即与系列电流平行方向铝液的波动，不能实现双向阻流减波功能。⑷、对异型阴极槽而言，由于阳极下方凸台与阴极设计为一体化结构，因此需采用火焰焙烧或先火焰后铝液焙烧等配套焙烧方式，增加了焙烧启动难度及费用。⑸、对现有的采用挡块进行阻流的方法而言，由于阳极下方的阻流挡块需在吊出阳极后方能安放，因此，工人劳动量大，改造周期较长。⑹、现有技术使用范围存在局限性，目前，异型阴极技术只适用于大修槽，对于正在运行的铝电解槽而言，由于炉底存在不平整和局部隆起现象，挡块放入槽内后可能会高于铝液面，而现有技术均要求铝液高度必须高于凸台高度，因此，现有的采用挡块阻流的方法目前也仅应用于炉膛规整的低龄槽。

因此，提供一种可在大幅降低极距及槽电压的情况下实现平稳高效运行，同时，实现方法简单，不改变现有的焙烧启动方法及日常操作维护方法，并能避免凸台的人为破坏，实现铝电解槽的长期平稳高效运行的双向阻流阴极结构。发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供了一种带双向阻流异型凸台的阴极结构，它通过对阴极凸台外观形状、安放位置、实现方法以及排列方式的改进，能实现横向及纵向双向阻流功能，阻流及减波效果更加显著，可在大幅降低极距及槽电压的情况下实现平稳高效运行，同时，实现方法简单，不改变现有的焙烧启动方法及日常操作维护方法，并能避免凸台的人为破坏，实现铝电解槽的长期平稳高效运行。

本实行新型的目的是这样实现的：

一种带双向阻流异型凸台的阴极结构，包括槽壳1，设置在槽壳1上的阴极钢棒5，槽壳1内设置有侧部炭块2，侧部炭块2内设置有人造伸腿3，人造伸腿3之间设置有阴极炭块4，其特征在于：在铝电解槽阴极炭块4表面设置若干异型凸台6，异型凸台6采用侧面带凸起结构的变截面结构，异型凸台6沿平行于阴极炭块4轴向、垂直于阴极炭块4轴向或两者交错排列，垂直于阴极炭块4轴向方向异型凸台6设置于阳极中缝位置，与阴极炭块4基体为一体式结构或分体式结构，平行于阴极炭块4轴向方向的异型凸台6可根据磁场及流场分布情况，设置于磁场及流场较大的位置，与阴极炭块4基体为分体式结构。