[发明专利]一种用于降低铝液水平电流的铝电解槽阴极结构

说明书

一种用于降低铝液水平电流的铝电解槽阴极结构，包括阴极炭块和阴极导电棒，阴极炭块底面沿轴向设有一个贯通槽或两个同轴且对称的长槽，其顶面设有凹槽；两组阴极导电棒位于一个贯通槽内或分别位于两个长槽内；每组阴极导电棒有至少2个阴极导电棒，每个阴极导电棒由棒体、导电爪和爪头构成；导电爪固定安装在棒体的顶端，导电爪上有1～10个爪头位于各凹槽，凹槽与爪头之间填充有导电体。本发明的结构设计，可使流经各凹槽的电流相等或相差不大，电流近乎垂直地进入阴极炭块，即水平电流很小，电解槽稳定性高。

技术领域

本发明属于铝电解技术领域，特别涉及一种用于降低铝液水平电流的铝电解槽阴极结构。

背景技术

铝电解生产需要消耗大量电能，其能源利用率仅在50％左右，降低电耗一直是追求的目标；铝电解直流电耗W(kWh/t-Al)可以表示为W＝2980×V_平/(CE)，式中V_平为电解槽的平均槽电压(V)，CE为电解槽的电流效率(％)；铝电解生产的吨铝直流电耗直接由槽电压和电流效率决定。

铝电解生产过程中，为获得较高的电流效率，需要保持一定的极距(阳极炭块与阴极铝液面之间的距离)；若极距过大，电解质电阻大，槽电压高，电耗高；当降低极距，虽然电解质电压降降低，但可能会使阴极铝液的二次反应增加，铝损失增大，电流效率降低。

铝电解过程中，电流经阳极母线、阳极炭块、电解质后，进入阴极铝液、阴极炭块、阴极钢棒、阴极母线后，到下一台铝电解槽。

现行电解槽中，阴极结构包括阴极炭块与阴极钢棒，每个阴极炭块沿长度方向设有开槽，用于安装阴极钢棒；通常每个阴极炭块安装2根或4根阴极钢棒，阴极钢棒一部分在炭块开槽中，靠炭糊或磷铁导电体连接，以保证有良好的导电能力；阴极钢棒另一端伸出炭块外，称为钢棒出电端，电流可从炭块经炭糊或磷铁后进入阴极钢棒，最后从阴极钢棒出电端流出。

现行工业电解槽的这种阴极结构，使得阴极炭块上表面各点到阴极钢棒出电端的电阻差异较大，导致距离出电端较近的阴极炭块部分之上的铝液的电流密度较大，而远离出电端的阴极铝液电流密度较小，表现出阴极炭块上的铝液内存在较大水平电流；这种水平电流在垂直磁场作用下，产生电磁力，导致铝液/电解质界面不稳定；水平电流越大，阴极铝液越不稳定，故而在当前铝电解槽操作中，通常保持4～5cm的极距才能维持电流效率在90％以上，这是当前铝电解工业无法大幅度降低电耗的原因。

发明内容

针对现有阴极结构技术存在的上述问题，本发明提供一种降低铝液水平电流的阴极结构，通过在不同阴极导电棒上设置导电爪并安装爪头，采用多个爪头与阴极炭块连接的方式，使多个爪头用于均匀分散电流，使阴极炭块内的电流分布均匀，也从根源上减少铝液电磁力与波动，提高阴极铝液稳定性，实现降低铝电解能耗。

本发明的降低铝液水平电流的阴极结构包括阴极炭块和阴极导电棒，阴极炭块外形为长方体，底面沿轴向设有阴极槽，阴极槽为一个贯通槽或由两个同轴且对称的长槽组成，阴极槽的顶面设有若干凹槽；两组阴极导电棒位于一个贯通槽内，或者分别位于两个长槽内；每组阴极导电棒有至少2个阴极导电棒，每个阴极导电棒由棒体、导电爪和爪头构成；棒体位于阴极槽内的一端为顶端，位于阴极槽外的一端为尾端；导电爪固定安装在棒体的顶端，每个导电爪上安装有1～10个爪头，各爪头分别位于阴极槽顶面的各凹槽内，凹槽与该凹槽内的爪头之间填充有导电体。

上述结构中，同一组阴极导电棒中的各阴极导电棒之间有至少1cm的间隙，各阴极导电棒的棒体以及导电爪与阴极槽侧壁之间有至少1cm的间隙；各阴极导电棒的棒体顶端均位于阴极槽的轴线上。

上述结构中，同一阴极导电棒上的棒体、导电爪和爪头为一体结构；当1个导电爪上安装1个爪头时，导电爪与爪头直接连接，爪头与导电爪轴线重合；当1个导电爪上安装有2个以上的爪头时，各爪头通过支杆与主杆连接，主杆和支杆以及两者之间的连接部分共同构成导电爪。