[其他]电解制铝槽中用的部分缩小尺寸的圆棒碳质阳极

说明书

本发明涉及到在电解制铝的电解槽中采用部分缩小尺寸的园棒碳质阳极。

本发明的主要目的是为了减少阳极碳棒连接处的电阻压降，同时减少各电解槽的阳极系统中的热损耗和延长铝一钢连接的寿命。这种方法特别适用于装有予焙阳极的电解槽，当然它也能用于具有连续阳极的所谓“连续自焙阳极电解槽”。

铝主要是由电解熔化在冰晶石熔池中的矾土取得，承担这项工作的电解炉是由一个被置于钢容器中并被耐火隔热物保护的碳阴极，浸在碳阴极上面冰晶石熔池中的一个或多个碳阳极构成，该熔池逐渐被电解矾土中所产生的氧所氧化。

当有电流从顶端流到底部时，冰晶石即因焦耳效应而保持为液态，其温度接近凝固温度，电解槽的正常工作温度为930到980℃，所以生成的铝呈液态并因自重而积复在阴极上面，生成的铝或部分铝定期地用浇包吸出轻轻倒入铸造容器中，而消耗掉的阳极也定期地更换。

此种电解设备的工作强度当前为100，000到300，000A，故接通和分配电流的导体需由高电导率的工业用金属做成，也即一般用纯的或合金的铜和铝制成。

电解设备的碳质部分的温度接近于冰晶石熔池温度，连接在阳极和阴极间为传输导体电流的中间物体也必须采用耐高温的材料，通常用钢，包括有下述元件：

（1）导体和钢间的一个连接元件，它可为一推力接触;用各种方法作了改进的接触，例如用导电润滑剂，磨擦接触，白铁皮，夹紧接触等;利用例如铜铁、铝铁或铝钛铁等双金属或三金属片滚压，冲击接，压接，磨擦接等形成。

（2）插入碳中的一个导电钢体，它可被设计成园棒、平板、方形、矩形或翼形截面等的形状。

（3）在钢体和阳极或阴极碳间的一个连接元件，这个元件可用铸铁、碳、碳质胶粒或干封物构成。

钢体和上述这些连接元件是处在从碳向铜或铝导体方面减少温度中，所以它们承受了相当大的热通量，这说明在电解过程中有很大的热损耗。

用常规的隔热方法很难降低这些热损耗。实际上，如果将钢体隔热，其温度将过度上升，且将引起导体和钢间的接触处产生单向劣化，甚至招致铝或铜导体的劣化，这些元件的劣化就会造成电路的中断以致部分或全部停止电解的危险。

为了减少这些热通量的传导，可考虑减小钢体的截面，在这种情况下，从事本技术领域的人将遇到三个障碍：

（1）由于减小了钢的截面积，钢中的电阻压降增大了，同时造成电解设备的输出功率有所降低。

（2）由于钢的截面积减小，钢的温度上升，也即与空气接触部分钢的对流和辐射热损耗上升。相对地讲所需要的热传导方面的增益削弱很大，更甚者在钢一铝或铜导体之间的连接发生劣化，也即高温脆化。

（3）由于钢的截面积减小，钢与碳之间连接的品质变低，而由于此处接触电阻上功率损耗的加大，进一步降低了减小钢截面所提供的好处。

其结果，此项工作一般地转变成在钢一铝或铜之间连接部分的劣化问题，而无多大的有效功率增益。

为了解决这项问题，靠法国专利FR2088263（Alusuisee）和FR1125949（DECHLNEY）中所述的解答是不够的。在这些阴极棒的案例中，因为阴极棒主体是浸在阴极床和侧衬里中，而对于各阳极园棒，除去密封在阳极中的和紧接在阳极之上的部分以外，几乎全长都是暴露在空气中，所以其热平衡条件是十分不同的。

工作于温度高达700℃多的钢一碳间的电气连接元件给电流通路中引进了很高的附加电阻，这些电阻包括有接触电阻和电流密度最大的密封处阳极碳的本身电阻。根据本发明的连接条件测出，这些电阻值占阳极总电阻的30到50%。为了降低这种接触电阻曾采用过许多方法，一种有效的方法便是通过增加阳极中连接钢导体的部件的数目或尺寸来增加接触面积以减少接触电阻，不过这也带来了不期望的后果，即如果这些钢导体的数目和尺寸增加，则穿过这些部件的传导热力线随截面的增加而比例地增加，所以电解槽的热平衡受到干扰，而且还需要补偿这部分功率，因此，从增加的热损耗高于从阳极连接部件的电阻中所获得的好处来全面衡量，这种方法是不利的。

本发明的目的在于减少电解铝槽中碳质阳极的连接部件上的接触电阻，而不增加穿过钢导体而透到碳质阳极上所造成的电解槽的热损耗。

具体地讲，本发明涉及到根据Hall-Heroult法进行熔融的电解制铝的电解槽中碳质阳极的设计问题。该阳极通过至少一个钢导体连接到正电流输入端，该钢导体包括有一个下部被插到碳阳极中和一个上部被接到正电流的输入端，其特征为，该钢导体的上部占全长的至少30%，它具有最多等于其下部截面积的60%的截面积。