本发明属于铝电解技术领域， 特别涉及一种能降低铝电解槽阴极铝液内水平 电流的阴极 炭块结构。

背景技术

现行工业铝电解槽内阴极铝液中的水平电流， 特别是沿电解槽阴极炭块纵向方向的水平 电流与电解槽内垂直磁场的作用是导致电解槽 内阴极铝液面不稳定的重要原因之一。 由于电 解槽阴极铝液面的不稳定， 不仅增加电解槽内铝的溶解损失， 使电流效率降低， 而且使电解 槽阴极和阴极之间的有效极距降低。

为了减少电解槽内阴极铝液中的水平电流， 人们不仅在提高电解槽母线的设计水平， 尽可能降低电解槽内的垂直磁场方面作了很多 工作， 而且在改变电解槽阴极钢棒和阴极钢棒 与阴极炭块的连接结构也都作了很多工作。 其中比较有代表性的是中国专利 "一种大幅度降 低铝电解槽铝液中水平电流的结构"（杨晓东� �， 申请号为 201020566373 ) 提出的一种铝电 解槽阴极钢棒结构， 该结构具有能改进和降低电解槽内铝液水平电 流， 提高电解槽稳定性的 效果； 然而该技术操作复杂， 阴极钢棒内分割缝内所使用的分隔材料和靠近 阴极炭块边部的 阴极钢棒的下部分所使用的绝缘材料的抗电解 槽的磨蚀性是一个未经实践检验的问题， 一旦 电解质或铝液渗入或漏入这些部位可能会对阴 极钢棒的破坏和电解槽的寿命产生影响。 发明内容

针对现有阴极炭块结构存在的上述问题， 本发明提供一种能降低铝电解槽阴极铝液内水 平电流的阴极炭块结构， 通过阴极炭块的上表面结构的改变， 使电解过程中由电解质出来的 电解电流能够垂直经由铝液进入阴极炭块， 达到消除或减少铝液内水平电流的效果。

本发明的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流 的阴极炭块结构包括阴极炭块和阴极钢 棒， 其中阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构或 倒三角形结构， 阴极炭块顶面上设有凸台 或不设有凸台； 当阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构时， 阴极炭块顶面分为三段， 其中 中间段与阴极炭块底面平行， 中间段两边为对称的倾斜段， 倾斜段两端的垂直高度差为阴极 炭块轴向长度的 1%〜6%； 当阴极炭块顶面的纵向截面呈倒三角形结构时 ， 阴极炭块顶面分 为两个对称的倾斜段， 倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度 的 1%〜6%。

上述结构中， 当阴极炭块顶面上设有凸台时， 每个倾斜段上各设有一个长凸台， 或每个 倾斜段上各设有 2〜5 个短凸台， 或每个倾斜段上各设有 2〜5 个直径在 20〜30cm 圆柱形凸 台， 或每个倾斜段上各设有 2〜5个边长在 20〜30cm方柱形凸台； 同一个倾斜段上有 2个以 上的凸台时， 各凸台沿倾斜段的轴线均匀分布。

上述结构中， 当每个倾斜段上设有一个长凸台时， 长凸台的纵向长度方向与倾斜段的纵 向长度方向平行， 长凸台端部与阴极炭块端部的距离为 5〜30cm， 同一阴极炭块上两个长凸 台的间距为 3〜20cm， 长凸台的两侧与阴极炭块两侧的距离为 10〜20cm。

上述结构中， 当每个倾斜上设有短凸台时， 短凸台在长度方向上的轴线与阴极炭块在长 度方向的轴线垂直， 阴极炭块中部的相邻两个短凸台的间距为 5〜20cm， 短凸台的两端与阴 极炭块的侧边的间距为 10〜20cm， 短凸台的宽度为 20〜30cm。

上述结构中， 所述的中间段的长度 20cm。

上述结构中， 当阴极炭块顶面设有凸台时， 凸台的高度为 9〜15cm。

上述结构中， 所述的阴极炭块底部开设有 2个贯通的钢棒槽或 4个排成两排的钢棒槽， 每个钢棒槽内设有阴极钢棒； 阴极钢棒和钢棒槽之间的空隙用捣固糊捣固。

上述结构中， 所述的阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构 或倒三角形结构； 且当阴极 炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构时， 其中间段的长度 20cm; 当中间段的长度为 0 时， 阴极炭块顶面的纵向截面即成为三角形结构。

上述结构中， 当阴极炭块顶面设有凸台时， 凸台与阴极炭块为一体结构或镶嵌在阴极炭 块的顶面上； 当凸台镶嵌在阴极炭块顶面时， 阴极炭块表面设有镶嵌槽， 凸台通过捣固糊固 定在镶嵌槽内。

本发明的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流 的阴极炭块结构采用的阴极炭块上表面的 两端向中心逐渐倾斜的坑形面， 取代传统的水平面， 使电解过程中电解槽内经由电解质出来 的垂直方向的电解电流再垂直地通过铝液进入 阴极炭块， 从而达到消除或大大减少电解槽阴 极铝液内水平电流的目的。 本发明不仅适用于阴极炭块表面没有凸台的电 解槽， 也适用于阴 极炭块表面有凸台的异形阴极结构电解槽的阴 极炭块， 还适用于阴极炭块表面有 TiB2/C 复 合材料涂层的阴极结构电解槽。

附图说明

图 1 为本发明实施例 1 的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极 炭块结构正视剖面结 构示意图；

图 2为图 1的 B-B面结构示意图；

图 3为图 1的 A-A面结构示意图；

图 4为本发明实施例 2的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴� �炭块结构正视剖面结构 示意图； 图 5为图 4的俯视结构示意图；

图 6为图 4的 A-A面结构示意图；

图 7 为本发明实施例 3 的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极 炭块结构正视剖面结 构示意图；

图 8为图 7的俯视结构示意图；

图 9为图 7的 A-A面结构示意图；

图 10为本发明实施例 4 的能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极 炭块结构正视剖面结 构示意图；

图 11为图 10的俯视结构示意图；

图 12为图 10的 A-A面结构示意图；

图中 1、 阴极炭块， 2、 阴极钢棒， 3、 捣固糊， 4、 圆柱形凸台。

具体实施方式

本发明实施例中采用的阴极炭块长度为 3300mm， 宽为 515mm， 高为 450〜550mm。 阴极钢棒的两个侧面与阴极炭块的钢棒槽之间 用炭素捣固糊捣固， 阴极钢棒上表面与阴 极钢棒槽底部之间用炭素捣固糊捣固或者用石 墨粉填充， 捣固糊的厚度为 10〜20mm， 填充 石墨粉时石墨粉的厚度为 5〜10mm。

实施例 1

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构如图 1所示， B-B面结构如图 2所 示， A-A面结构如图 3所示， 包括阴极炭块 1和阴极钢棒 2， 阴极炭块 1底部开设有 4个排 成两排的钢棒槽， 每个钢棒槽内设有阴极钢棒 2; 阴极钢棒 2和钢棒槽之间的空隙用捣固糊 3捣固；

阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构， 阴极炭块顶面分为三段， 中间段与阴极炭块底 面平行， 中间段两边为对称的倾斜段， 倾斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度 的 3%； 中间段的长度 10cm;

经过实验和计算， 采用上述阴极炭块结构进行铝电解， 能够显著地降低电解槽阴极铝液 内在沿电解槽阴极炭块纵向方向上的水平电流 分布， 有效地减少电解槽阴极铝液的液面波 动， 不仅可以减少铝的溶解损失， 使电流效率提高， 而且可以使槽电压降低， 达到降低铝电 解电能消耗的目的。

实施例 2

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构如图 4所示， 俯视图如图 5所示， A-A面结构如图 6所示， 包括阴极炭块 1和阴极钢棒 2， 阴极炭块 1底部开设有 2个贯通的 钢棒槽， 每个钢棒槽内设有阴极钢棒 2; 阴极钢棒 2和钢棒槽之间的空隙用捣固糊 3捣固； 阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构， 阴极炭块顶面上设有凸台； 阴极炭块顶面分为 三段， 其中中间段与阴极炭块底面平行， 中间段两边为对称的倾斜段， 倾斜段两端的垂直高 度差为阴极炭块轴向长度的 1%; 中间段的长度 20cm;

每个倾斜段上各设有一个长凸台， 两个长凸台对称设置， 长凸台的纵向长度方向 （轴 向） 与倾斜段的纵向长度方向 （轴向） 平行， 两个长凸台的间距为 20cm， 每个长凸台的靠 近阴极炭块端部的一侧与阴极炭块端部的距离 为 10cm; 长凸台的两侧与阴极炭块两侧的距 离为 20cm; 长凸台的高度为 9cm; 长凸台与阴极炭块为一体结构；

经过实验和计算， 采用上述阴极炭块结构进行铝电解， 能够显著地降低电解槽阴极铝液 内在沿电解槽阴极炭块纵向方向上的水平电流 分布， 有效地减少电解槽阴极铝液的液面波 动， 不仅可以减少铝的溶解损失， 使电流效率提高， 而且可以使槽电压降低， 达到降低铝电 解电能消耗的目的。

实施例 3

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构如图 7所示， 俯视图如图 8所示， A-A面结构如图 9所示， 包括阴极炭块 1和阴极钢棒 2， 阴极炭块 1底部开设有 2个贯通的 钢棒槽， 每个钢棒槽内设有阴极钢棒 2; 阴极钢棒 2和钢棒槽之间的空隙用捣固糊 3捣固； 阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构， 阴极炭块顶面上设有凸台； 阴极炭块顶面分为 三段， 其中中间段与阴极炭块底面平行， 中间段两边为对称的倾斜段， 倾斜段两端的垂直高 度差为阴极炭块轴向长度的 5%; 中间段的长度 3cm;

每个倾斜段上各设有一个长凸台， 两个长凸台对称设置， 长凸台的纵向长度方向 （轴 向） 与倾斜段的纵向长度方向 （轴向） 平行， 两个长凸台的间距为 3cm， 每个长凸台的靠近 阴极炭块端部的一侧与阴极炭块端部的距离为 20cm; 长凸台的两侧与阴极炭块两侧的距离 为 10cm; 长凸台的高度为 12cm; 长凸台与阴极炭块为一体结构；

经过实验和计算， 采用上述阴极炭块结构进行铝电解， 能够显著地降低电解槽阴极铝液内在 沿电解槽阴极炭块纵向方向上的水平电流分布 ， 有效地减少电解槽阴极铝液的液面波动， 不 仅可以减少铝的溶解损失， 使电流效率提高， 而且可以使槽电压降低， 达到降低铝电解电能 消耗的目的。

实施例 4

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构如图 10 所示， 俯视图如图 11 所 示， A-A面结构如图 12所示， 包括阴极炭块 1和阴极钢棒 2， 阴极炭块 1底部开设有 4个 排成两排的钢棒槽， 每个钢棒槽内设有阴极钢棒 2; 阴极钢棒 2和钢棒槽之间的空隙用捣固 糊 3捣固；

阴极炭块顶面的纵向截面呈倒梯形结构， 阴极炭块顶面上设有凸台， 阴极炭块顶面分为 三段， 其中中间段与阴极炭块底面平行， 中间段两边为对称的倾斜段， 倾斜段两端的垂直高 度差为阴极炭块轴向长度的 6%; 中间段的长度 5cm;

每个倾斜段上各设有 2个直径在 20〜30cm圆柱形凸台 4， 各圆柱形凸台 4沿倾斜段的轴 线均匀分布， 高度为 15cm _;

圆柱形凸台 4镶嵌在阴极炭块的顶面上， 阴极炭块表面设有镶嵌槽， 圆柱形凸台 4通过 捣固糊固定在镶嵌槽内；

经过实验和计算， 采用上述阴极炭块结构进行铝电解， 能够显著地降低电解槽阴极铝液 内在沿电解槽阴极炭块纵向方向上的水平电流 分布， 有效地减少电解槽阴极铝液的液面波 动， 不仅可以减少铝的溶解损失， 使电流效率提高， 而且可以使槽电压降低， 达到降低铝电 解电能消耗的目的。

实施例 5

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构包括阴极炭块和阴极钢棒， 阴极炭 块底部开设 4个排成两排的钢棒槽， 每个钢棒槽内设有阴极钢棒； 阴极钢棒和钢棒槽之间的 空隙用捣固糊捣固；

阴极炭块顶面的纵向截面呈倒三角形结构时， 阴极炭块顶面分为两个对称的倾斜段， 倾 斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的 6%。

实施例 ό

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构包括阴极炭块和阴极钢棒， 阴极炭 块底部开设有 2个贯通的钢棒槽， 每个钢棒槽内设有阴极钢棒； 阴极钢棒和钢棒槽之间的空 隙用捣固糊捣固；

阴极炭块顶面的纵向截面呈倒三角形结构时， 阴极炭块顶面分为两个对称的倾斜段， 倾 斜段两端的垂直高度差为阴极炭块轴向长度的 1%。

实施例 7

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构同实施例 4， 不同点在于： 每个倾 斜段上各设有 3个直径在 25cm圆柱形凸台。

实施例 8 能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构同实施例 4， 不同点在于： 每个倾 斜段上各设有 5个直径在 30cm圆柱形凸台。

实施例 9

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构同实施例 4， 不同点在于： 每个倾 斜段上各设有 2个边长在 20cm方柱形凸台。

实施例 10

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构同实施例 4， 不同点在于： 每个倾 斜段上各设有 4个边长在 30cm方柱形凸台。

实施例 11

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构同实施例 4， 不同点在于： 每个倾 斜段上各设有 5个边长在 25cm方柱形凸台。

实施例 12

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构同实施例 2， 不同点在于： 每个倾 斜段上各设有 2个短凸台， 短凸台在长度方向上的轴线与阴极炭块在长度 方向的轴线垂直， 阴极炭块中部的相邻两个短凸台的间距为 5cm， 短凸台的两端与阴极炭块的侧边的间距为 10cm, 短凸台的宽度为 20cm; 同一倾斜段上各短凸台沿倾斜段的轴线均匀分 布， 各凸台与 阴极炭块为一体结构。

实施例 13

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构同实施例 2， 不同点在于： 每个倾 斜段上各设有 4个短凸台， 短凸台在长度方向上的轴线与阴极炭块在长度 方向的轴线垂直， 阴极炭块中部的相邻两个短凸台的间距为 10cm， 短凸台的两端与阴极炭块的侧边的间距为 15cm, 短凸台的宽度为 25cm; 同一倾斜段上各短凸台沿倾斜段的轴线均匀分 布， 各凸台与 阴极炭块为一体结构。

实施例 14

能降低铝电解槽阴极铝液内水平电流的阴极炭 块结构同实施例 2， 不同点在于： 每个倾 斜段上各设有 5个短凸台， 短凸台在长度方向上的轴线与阴极炭块在长度 方向的轴线垂直， 阴极炭块中部的相邻两个短凸台的间距为 20cm， 短凸台的两端与阴极炭块的侧边的间距为 20cm, 短凸台的宽度为 30cm; 同一倾斜段上各短凸台沿倾斜段的轴线均匀分 布， 各凸台与 阴极炭块为一体结构。