專利名稱：鋁電解槽陰極熔池內襯結構的制作方法
技術領域：
鋁電解槽陰極熔池內襯結構主要應用于預焙鋁電解槽的構造與電解鋁的生產。
背景技術：
現通用的鋁電解槽陰極熔池內襯結構由電解槽鋼殼體、底部防滲漏料層、側部爐墻、搗固糊料、陰極碳塊鋼棒組砌筑所構成。先將陰極鋼棒用搗固糊搗固在陰極碳塊鋼棒槽內構造成陰極鋼棒組，在鋁電解槽鋼殼體內，保溫層防滲漏料層上，環周側部爐墻的中部，陰極碳塊長度方向沿大母線方向垂直布置，相鄰兩陰極碳塊鋼棒組之間采用縫間糊搗固連接填充，將多個陰極碳塊鋼棒組搗固砌筑成的一個整體陰極碳塊上部表面為水平的導電層，陰極鋼棒的和陰極碳塊的輸出導電與大母線的連接端，設置在電解槽側部爐墻鋼殼體外。 在電解生產過程中，電解鋁液熔池內的鋁液和電解槽陰極碳塊導電結構，共同成為鋁電解槽的陰極導結構。電解產成的電解鋁液，在鋁電解過程中不僅有著導電和保護陰極碳塊的作用，還有著調節電解槽溫度，維持電解槽熱平衡，加熱陰極碳塊，提高其導電性能的作用。 現同通用的鋁電解槽陰極熔池內襯結構，主要存在以下幾個缺點 1、電解槽內的鋁液置于陰極碳塊上表面，電解槽陰極碳塊上下部之間溫度差較
大，陰極內襯整體熱平衡難以實現，造成陰極碳塊的自身的電阻較高，槽底電壓降升高； 2、電解槽熔池內作為陰極導電體的鋁液只和陰極碳塊內襯上表面接觸，陰極碳塊
的導電面積較小，造成陰極碳塊內襯整體結構導電效率低下，電解電流密度難以提高； 3、電解槽陰極碳塊底部和陰極鋼棒之間連接采用糊搗固結合，由于材料的理化性
能不同，造成陰極槽底電壓降過高； 4、兩碳塊連接處中縫易產生鋁液和電解質的滲漏；造成置于陰極碳塊底部的陰極鋼棒熔斷以及漏槽事故的發生，陰極碳塊之間采用縫間糊搗固連接，不僅搗固工藝復雜，而且槽陰極內襯使用壽命較短。 5、電解槽陰極碳塊上表面設置為水平面，在生產過程中，電解槽陰極內襯上部的鋁液，在磁場的作用下，會產生鋁液磁旋流，從而造成電解質極距的設定增高，槽電壓設定加大，致使電解鋁的工藝電耗增加。 6、由于陰極碳塊和陰極鋼棒的結構形式和尺寸規格所限，陰極碳塊在電解槽內的長度方向排列構造能沿垂直與大母線方向垂直方向布置，在現有的有的陰極碳塊和陰極鋼棒的構造方式下，電解槽容量的擴大只能沿大母線長方向擴展其寬度方向的擴展受限。[0011] 7、由于陰極鋼棒的和陰極碳塊的輸出導電與大母線的連接端設置在電解槽側部鋼殼體外，陰極碳塊在電解槽內，是由內向外沿水平布置向外導電，致使電解槽內的垂直電流分部不均導電，水平電流增加，電流效率下降。
發明內容為了克服現通用鋁電解槽陰極熔池內襯結構存在的上述缺點，在電解槽設計時充分利用電解溶池內產成鋁液自身的導電導熱性能優于其他材料的特點，提高陰極碳塊的導電率，減少鋁液磁旋流波動對電解極距設定的負面影響，降低鋁電解槽陰極熔池內襯結構的電阻值和電壓降以及電耗損失，延長鋁電解槽的使用壽命，降低鋁電解槽陰極熔池內襯結構的制作生產和維修成本，結合鋁電解槽結構大型化，功能多樣化的發展趨勢，和現有的新材料技術，本發明設計出鋁電解槽陰極熔池內襯結構。 鋁電解槽陰極熔池內襯結構由電解槽鋼殼體，底部保溫料層、側部爐墻體、陰極碳塊構和陰極導電金屬線路等部件構造而成，改變現通用的鋁電解槽陰極熔池內襯結構用陰極碳塊鋼棒組，在陰極碳塊底部鋼棒槽內用搗固糊安裝陰極鋼棒，用陰極鋼棒在鋁電解槽的側部與大母線進行連接，進行陰極導電輸出，構造鋁電解槽陰極熔池內襯結構設計方案，在陰極碳塊底部不開設陰極陰極鋼棒槽，陰極碳塊下底部不設置陰極鋼棒，而采用的技術方案是在陰極碳塊底端部與陰極大母線之間，電解槽鋼殼體和底部保溫層或側部爐墻內，構造有碳金屬陰極導電連接線路，將陰極碳塊和陰極大母線之間進行導電構造連接，形成一個使陰極碳塊上部的電流，通過構造在電解槽鋼殼體保溫層內的碳金屬陰極導電連接線路，再傳導到陰極大母線的鋁電解槽陰極導電回路系統結構。 依據上述技術方案，鋁電解槽陰極熔池內襯結構用于實現陰極碳塊和陰極大母線之間導電連接功能的碳金屬陰極導電連接線路，由碳金屬導電接頭、金屬連接導線和大母線復合連接件構造而成，其碳金屬導電接頭一端與陰極碳塊的端部或底部進行導電構造連接，其大母線復合連接件一端與陰極大母線進行導電構造連接。 依據上述技術方案鋁電解槽陰極熔池內襯結構，電解鋁液熔池陰極碳塊底部的保溫料層內，設置有碳金屬陰極導電連接件保護管套，碳金屬陰極導電連接件構造在電解槽側部爐墻或保溫料層保護套管內。 依據上述技術方案鋁電解槽陰極熔池內襯結構的碳金屬過渡導電連接線路的碳金屬導電接頭，采用導電夾板接頭或夾緊螺栓卡具接頭的方式與陰極碳塊端底部進行壓接或夾緊連接，或在碳金屬導電連接件上加工構造出螺紋，與陰極碳塊端底部直接進行凹凸穿插永固性導電連接，碳金屬陰極導電連接線路的金屬導線可采用金屬型材、軟銅線導線構造而成，或采用鑄造導電金屬方式獲得。 依據上述技術方案鋁電解槽陰極熔池內襯結構，碳金屬導電過渡連接線路保護套管可預制構造在陰極碳塊底端部的保溫料層內作為澆鑄金屬模管，其保護套管與連接端孔處與陰極碳塊上的導電連接通孔相對接，采用澆鑄導電金屬熔液的方式鑄造構造出碳金屬導電過渡連接線路，實現陰極碳塊與陰極大母線之間的導電連接。 依據上述技術方案鋁電解槽陰極熔池內襯結構，在整體陰極內襯俯視投影面上，陰極碳塊底端部與陰極大母線進行導電連接的碳金屬陰極導電連接線路連接點為分段多點式連接結構，陰極碳塊底部碳金屬過渡導電線路，在鋁電解槽內保溫料層中，用并聯或串聯的導電連接線路方式與陰極炭塊1底端部進行導電連接。 依據上述技術方案鋁電解槽陰極熔池內襯結構；其單塊陰極碳塊在電解槽爐墻陰極內襯上的水平投影面的形狀為矩形、圓形或方形；其陰極碳塊在電解槽爐墻內可沿電解槽大母線方向進行平行、垂直、交叉布置；其陰極碳塊在相互對應的兩側爐墻內可布置成一整塊或分成幾段塊進行布置；陰極碳塊斷面可以是矩形，或是圓形；陰極碳塊上構造有用于與導電金屬接頭相連接的凹凸槽或導電連接工藝孔。 依據上述技術方案鋁電解槽陰極熔池內襯結構，其相鄰兩陰極碳塊之間，陰極碳塊和側部爐墻之間的間隙用搗固糊料搗固扎實，砌筑構造在電解槽保溫料層上，其陰極內襯上表面構造成陰極碳塊上表面凸起，搗固糊上表面下凹，或用相鄰陰極碳塊構造成具有一定高差，相互錯落的凹凸臺狀。 依據上述技術方案鋁電解槽陰極熔池內襯結構，在鋁電解槽陰極側部爐墻和底部保溫料層內構造有電解槽熱平衡調節管，熱平衡調節管的兩端與電解槽鋼殼體相連接。[0022] 依據上述技術方案鋁電解槽陰極熔池內襯結構，為了減少鋁液磁旋流的波動，降低電解質極距，在鋁電解槽陰極熔池內襯結構的上表面上構造有鋁液磁旋流調整塊或鋁液電解質隔離墻。 鋁電解槽陰極熔池內襯結構，具有以下優點取消了陰極碳塊底部的鋼棒槽和陰極鋼棒和鋼棒搗固糊，降低了槽底電壓降；在陰極碳塊底部保溫防滲漏層內設置陰極導電線路，對陰極碳塊采用分段網點式連接導電方式，可使鋁電解槽的垂直電流分布更加均勻，水平電流減少；其陰極內襯導電碳塊，在相對兩側爐墻內可以采用多方位分段布置，不僅為電解槽的加寬設計和陰極構造的多樣化創造了條件，還為陰極碳塊斷面結構多樣化的實施創造了可能，有利于降低電解槽的構造成本；在陰極內襯上表面采用凹凸設計，或構造上鋁液磁旋流調整塊，可減少鋁液與電解質界面之間的水平波動，達到降低電解極距和低電壓設定效果，實現減少電解鋁生產電耗的目的。
結合實施例以及附圖，對鋁電解槽陰極熔池內襯結構構造特點的理解則會更加明了。
圖1 :鋁電解槽陰極熔池內襯結構實施例的斷面示意圖 圖2 :鋁電解槽陰極熔池內襯結構陰極內襯上表面斷意圖 圖3 :鋁電解槽陰極熔池內襯結構陰極導電線路和接點平面示意圖； 圖4 :鋁電解槽陰極熔池內襯結構的鋁電解槽截面示意圖。
圖5 :鋁電解槽陰極熔池內襯結構一種陰極碳塊底部導電接頭結構的示意圖 圖6:是圖5的斷面圖 圖7 :鋁電解槽陰極熔池內襯結構鋁電解槽截面示意圖。
圖8 :鋁電解槽陰極熔池內襯結構鋁電解槽底部局部剖視圖 圖9 :鋁電解槽陰極熔池內襯結構實施過程中鋁電解槽底部剖面示意圖 圖10 :是圖9在導電保護管套中實施澆鑄金屬導體后電解槽底部剖面示意圖 圖11 :在鋁電解槽陰極熔池內襯結構底部構有造熱平衡調節管的剖面示意圖上
述圖中序號所示 l陰極碳塊、2電解槽鋼殼體、3側部爐墻、4保溫料層、5搗固糊、6陰極大母線、7導線保護套管、8碳金屬導電接頭、9金屬連接導線、10母線復合連接件、11陰極內襯、12碳金屬連接點、13磁旋流調整塊、14連通隔墻、15鋁液、16熱平衡調節管.具體實施方式鋁電解槽陰極熔池內襯結構是在現通用的鋁電解槽陰極熔池內襯結構結構和材料基礎上改進，其施工砌筑工藝仍可按現通用的鋁鋁電解槽陰極熔池內襯結構的要求和標準進行，鋁電解槽陰極熔池內襯結構由電解槽鋼殼體2，底部保溫料層4、側部爐爐墻3、陰極碳塊1和碳金屬陰極導電連接線路以及陰極大母線6等部件材料構造而成，其特點是在陰極碳塊1底部不開設陰極陰極鋼棒槽，陰極碳塊1下底部不設置陰極鋼棒，具體實施方案是 在陰極碳塊1底端部與陰極大母線6之間的電解槽鋼殼體2和底部保溫料層4或側部爐墻3內，構造形成一個能使陰極碳塊上部的電流，通過構造在電解槽鋼殼體保溫層內的碳金屬陰極導電連接線路，傳導到陰極大母線的鋁電解槽陰極導電回路系統結構，如圖l所示。 鋁電解槽陰極熔池內襯結構用于實現陰極碳塊和陰極大母線之間導電連接功能
的碳金屬陰極導電連接線路，由碳金屬導電接頭8、金屬連接導線9和大母線復合連接件10
構造而成，其碳金屬導電接頭8的一端與陰極碳塊1的端部或底部進行導電構造連接，其大
母線復合連接件10 —端與陰極大母線6進行導電構造連接，如圖1所示。 鋁電解槽陰極熔池內襯結構，在電解鋁熔池液下面的陰極碳塊1底部的保溫料層
4內，設置有碳金屬陰極導電線路保護套管7，碳金屬陰極導電連接線路8、9構造在鋁電解
槽側部爐墻3或保溫防料層4保護套管7內。如圖1、圖5、圖6、圖7、圖8所示。 鋁電解槽陰極熔池內襯結構的碳金屬過渡導電連接線路的碳金屬導電接頭8，可
采用導電夾板接頭或夾緊螺栓卡具接頭的方式與陰極碳塊端底部進行壓接或夾緊連接，如
圖5，圖6所示，或在硬質金屬導電連接件9上加工構造出螺紋用于替代碳金屬導電接頭8，
與陰極碳塊端底部直接進行凹凸穿插永固性導電連接，如圖8所示。 碳金屬陰極導電連接線路的金屬導線9可采用硬質金屬型材構造如圖8圖7所示，或軟銅線導線構造而成如圖5圖6所示，或采用金屬鑄造的方式獲得如圖9圖10所示。[0043] 陰極碳塊1底部端部與金屬導線銷連接的結合處可加工出凹凸臺并鉆孔，再用金屬導電夾板夾住陰極碳塊用加緊螺栓緊固的方式進行構造。 陰極碳塊金屬導電接頭8可以構造成與陰極大母線直接相連接的形式，也可以在陰極碳塊端部金屬導電接頭8上采用焊接加工出母線導電連接導線的方式將陰極碳塊與陰極大母線進行連接。 碳金屬導電過渡連接線路保護套管7可預制構造在陰極碳塊底端部的防漏層4內作為澆鑄金屬模管，其保護套管7與陰極碳塊1連接端孔處與構造在陰極碳塊1上的導電連接通孔16相對接，如圖9所示，采用澆鑄導電金屬熔液的方式鑄造出碳金屬導電過渡連接線路8和9，實現陰極碳塊1與陰極大母線6之間的導電連接，如10所示。[0046] 鋁電解槽陰極熔池內襯結構，其陰極碳塊1底端部與陰極大母線6進行導電連接的碳金屬陰極導電連接線路的連接點12為分段網狀點式連接結構，如圖3所示。陰極碳塊1底部碳金屬過渡導電線路在鋁電解槽內保溫防滲漏層4中可采用并聯或串聯的導電連接線路方式與陰極炭塊1底端部進行導電連接。 陰極大母線不僅可以布置在電解槽殼體的側端面，還可以布置在電解槽殼體的底部，直接陰極金屬導線9相連，[0048] 鋁電解槽陰極熔池內襯結構的陰極碳塊，其單塊陰極碳塊1在電解槽爐墻熔池內 陰極內襯11上的水平投影面的形狀為矩形、圓形或方形；陰極碳塊1在電解槽兩側爐墻3 內可沿電解槽大母線6方向進行平行、垂直、交叉布置；陰極碳塊1在相互對應的兩側爐墻 3內可布置成一整塊或分成幾段塊進行布置；如圖3所示。 陰極碳塊1斷面可以是矩形，或是圓形；為了與陰極導線實現連接，在陰極碳塊1 上構造有用于與導電金屬接頭8相連接的凹凸槽或導電連接工藝孔16，如圖6、圖7、圖8、 圖9所示。 鋁電解槽陰極熔池內襯結構，其電解鋁液熔池內相鄰兩陰極碳塊1之間，以及陰 極碳塊1和側部爐墻3之間的間隙，可用搗固糊料5搗固扎實，砌筑構造在電解槽保溫防滲 漏料層上，形成一個整體的陰極碳塊1上表面凸起，搗固糊料5上表面下凹，或將相鄰兩陰 極碳塊l的上表面構造成具有一定高差，相互凹凸錯落的陰極內襯ll上表面，如圖1、圖2 ; 圖4所示。 為了減少電解鋁液熔池內，鋁液磁旋流的波動，降低電解質極距，在鋁電解槽陰極 熔池內襯結構11上鋁液層內構造安裝上，安裝構造有鋁液磁旋流調整隔離塊13，或在鋁電 解槽陰極碳塊內襯上構造安裝上，鋁液電解質連通隔墻14.，用減少鋁液磁旋流和電解質的 流動和波動強度，減少鋁液15與電解質結合界面的水平波動的高度的，穩定降低電解質極 距方法，達到降低電解質的電壓降的方式，降低電解鋁的電耗. 鋁液磁旋流調整隔離塊13和鋁液電解質連通隔墻14中部設置有鋁液流通孔，或 構造鋁液流通凹凸槽。用氮化硅結合碳化硅、鋯英石等材料比重大于產成鋁液的比重的耐 高溫，抗鋁液抗電解質侵蝕的耐火材料預制加工而成塊狀，或沉降或固定的安裝在電解鋁 液15熔池陰極內襯11上。 在鋁電解槽鋁電解槽陰極熔池內襯結構兩側的側部爐墻3和底部保溫層4中構造 有電解槽熱平衡調節管16，熱平衡調節管16的兩端與電解槽鋼殼體2相連接。
權利要求鋁電解槽陰極熔池內襯結構由陰極碳塊(1)、電解槽鋼殼體(2)，側部爐墻體(3)、底部保溫料層(4)、陰極大母線(6)，以及碳金屬陰極導電連接線路構造而成，其特征是在陰極碳塊(1)與陰極大母線(6)之間，電解槽鋼殼(2)體和底部保溫層(4)或側部爐墻(3)內，構造有碳金屬陰極導電連接線路，將陰極碳塊(1)和陰極大母線(6)之間進行導電構造連接，形成一個使陰極碳塊(1)上部的電流，通過構造在電解槽鋼殼體(2)保溫層(4)內的碳金屬陰極導電連接線路，再傳導到陰極大母線(6)的鋁電解槽陰極導電回路系統結構。
2. 依據權利要求1所述的鋁電解槽陰極熔池內襯結構，其特征是用于實現陰極碳塊(1)和陰極大母線(6)之間導電連接功能的碳金屬陰極導電連接線路，由碳金屬導電接頭(6)、金屬連接導線(9)和大母線連接件(10)構造而成，其碳金屬導電接頭(8)端與陰極碳塊(1)的端部或底部進行導電構造連接，其大母線連接件(6)端與陰極大母線6進行導電 構造連接。
3. 依據權利要求1所述的鋁電解槽陰極熔池內襯結構，其特征是；在陰極碳塊(1)底部的保溫料層(4)內，設置有碳金屬陰極導電連接線路保護套管(7)，碳金屬陰極導電連接件部分構造在護套管內(7)。
4. 依據權利要求1所述的鋁電解槽陰極熔池內襯結構，其特征是；碳金屬陰極導電連接線路，采用導電夾板接頭或夾緊螺栓卡具接頭或在碳金屬導電連接件(8)上加工構造出螺紋，與陰極碳塊(1)端底部進行緊固性導電連接，碳金屬陰極導電連接線路的金屬導線(9)采用金屬型材、或軟銅線導線構造而成，或采用鑄造金屬的方式獲得。
5. 依據權利要求1所述的鋁電解槽陰極熔池內襯結構，其特征是；碳金屬陰極導電連接線路的保護套管(7)，預制構造在陰極碳塊(1)底端部的保溫料層(4)內，作為澆鑄金屬模管，其保護套管(7)與陰極碳塊(1)上的導電連接通孔相對接，采用向保護套管(7)內澆鑄導電金屬熔液的鑄造工藝方式，構造出碳金屬陰極導電連接線路，實現陰極碳塊(1)與陰極大母線(6)之間的陰極導電連接。
6. 依據權利要求1所述的鋁電解槽陰極熔池內襯結構，其特征是；在整體陰極內襯俯視投影面上，陰極碳塊(1)底端部與陰極大母線(6)進行導電連接的碳金屬陰極導電連接線路的連接點(12)為分段多點式連接結構，陰極碳塊(1)底部碳金屬陰極導電連接線路，在鋁電解槽內保溫料層(4)中，采用并聯或串聯的導電連接線路方式將陰極大母線(6)與陰極炭塊(1)底端部進行導電連接。
7. 依據權利要求l所述的鋁電解槽陰極熔池內襯結構，其特征是；其單塊陰極碳塊(1)在側部爐墻(3)內陰極內襯上的俯視投影面上的形狀為矩形、圓形或方形；其陰極碳塊(1)在電解槽爐墻(3)內可沿電解槽大母線(6)方向進行平行、垂直、交叉布置；其陰極碳塊(1)在相互對應的兩側爐墻(3)內可布置成一整塊或分成幾段塊進行布置；陰極碳塊(1)斷面可以是矩形，或是圓形；陰極碳塊(1)上構造有用于與導電金屬接頭(8)相連接的凹凸槽或導電連接工藝孔。
8. 依據權利要求1所述的鋁電解槽陰極熔池內襯結構，其特征是；其相鄰兩陰極碳塊(1)之間，陰極碳塊(1)和側部爐墻(3)之間的間隙用搗固糊料(5)搗固扎實，砌筑構造在電解槽保溫料層(4)上，陰極內襯上表面構造成陰極碳塊(1)上表面凸起，搗固糊料5上表面下凹，或用相鄰陰極碳塊(1)構造成具有一定高差，相互錯落的凹凸臺狀。
9. 依據權利要求1所述的鋁電解槽陰極熔池內襯結構，其特征是；在鋁電解槽陰極側部爐墻(3)和底部保溫料層(4)內構造有電解槽熱平衡調節管(16)，熱平衡調節管(16)的兩端與電解槽鋼殼體(2)進行構造連接。
10.依據權利要求1所述的鋁電解槽陰極熔池內襯結構，其特征是；鋁電解槽陰極內襯上表面的陰極碳塊(1)或搗固糊(5)上構造有鋁液磁旋流調整塊(13)或鋁液電解質隔離墻(14)。
專利摘要一種鋁電解槽陰極熔池內襯結構，取消了陰極碳塊底部的鋼棒槽和陰極鋼棒和鋼棒搗固糊，降低了槽底電壓降；在陰極碳塊底部保溫防滲漏層內設置陰極導電線路，對陰極碳塊采用分段網點式連接導電方式，可使鋁電解槽的垂直電流分布更加均勻，水平電流減少；其陰極內襯導電碳塊，在相對兩側爐墻內可以采用多方位分段布置，不僅為電解槽的加寬設計和陰極構造的多樣化創造了條件，還為陰極碳塊斷面結構多樣化的實施創造了可能，有利于降低電解槽的構造成本；在陰極內襯上表面采用凹凸設計，或構造上鋁液磁旋流調整塊，可減少鋁液與電解質界面之間的水平波動，達到降低電解極距和低電壓設定效果，實現減少電解鋁生產電耗的目的。
文檔編號C25C3/08GK201530871SQ20092017569
公開日2010年7月21日 申請日期2009年9月10日 優先權日2009年9月10日
發明者楊青, 高偉, 高德金 申請人:高德金