一种降低铝电解槽中铝液水平电流的阴极钢棒结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111809202A(43)申请公布日2020.10.23(21)申请号202010709817.1(22)申请日2020.07.22(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市屯溪路193号(72)发明人章凯羽王逸鹤汪云徽吴喆王纯贤(74)专利代理机构安徽合肥华信知识产权代理有限公司34112代理人余成俊(51)Int.Cl.C25C3/08(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种降低铝电解槽中铝液水平电流的阴极钢棒结构(57)摘要本发明公开了一种降低铝电解槽中铝液水平电流的阴极钢棒结构，包括嵌入至阴极炭块底部的阴极钢棒，阴极钢棒的一端靠近铝电解槽中心，阴极钢棒另一端延伸至超出阴极炭块对应侧侧面，阴极钢棒切出两道L型狭缝将阴极钢棒分为三部分，两道L型狭缝的竖直段上端位于阴极钢棒顶部，第一道L型狭缝的水平段端部、第二道L型狭缝的水平段端部分别延伸至阴极钢棒超出阴极炭块侧面的一端，每道L型狭缝中分别填充有绝缘材料。本发明大幅降低铝液层水平电流密度；仅调整阴极钢棒结构，保留传统阴极的其他构造。CN111809202ACN111809202A权利要求书1/1页1.一种降低铝电解槽中铝液水平电流的阴极钢棒结构，包括设置于铝电解槽中并嵌入至阴极炭块底部的阴极钢棒，阴极钢棒的一端位于阴极炭块中靠近铝电解槽中心的位置，阴极钢棒另一端延伸至超出阴极炭块对应侧侧面，位于阴极炭块中的阴极钢棒部分顶面与阴极炭块相接触，其特征在于：所述阴极钢棒切出两道L型狭缝将阴极钢棒分为三部分，其中第一道L型狭缝的竖直段上端位于阴极钢棒顶部靠近铝电解槽中心位置，第二道L型狭缝的竖直段上端位于阴极钢棒顶部靠近零电位面的位置，第一道L型狭缝的水平段端部、第二道L型狭缝的水平段端部分别延伸至阴极钢棒超出阴极炭块侧面的一端，且第一道L型狭缝的水平段位于第二道L型狭缝的水平段下方，每道L型狭缝中分别填充有绝缘材料。2.根据权利要求1所述的一种降低铝电解槽中铝液水平电流的阴极钢棒结构，其特征在于：所述绝缘材料为碳化纤维/聚四氟乙烯生料带编织填料。3.根据权利要求1所述的一种降低铝电解槽中铝液水平电流的阴极钢棒结构，其特征在于：位于第二道L型狭缝水平段上方的阴极钢棒部分的厚度，小于第一道L型狭缝、第二道L型狭缝水平段之间的阴极钢棒部分的厚度；第一道L型狭缝、第二道L型狭缝水平段之间的阴极钢棒部分的厚度，小于第一道L型狭缝水平段下方的阴极钢棒部分的厚度。4.根据权利要求1所述的一种降低铝电解槽中铝液水平电流的阴极钢棒结构，其特征在于：第一道L型狭缝竖直段与阴极钢棒靠近铝电解槽中心的一端之间的阴极钢棒部分的长度，小于两道L型狭缝竖直段之间的阴极钢棒部分的长度；两道L型狭缝竖直段之间的阴极钢棒部分的长度，小于第二道L型狭缝竖直段与阴极钢棒超出阴极炭块侧面一端之间的阴极钢棒部分的长度。2CN111809202A说明书1/3页一种降低铝电解槽中铝液水平电流的阴极钢棒结构技术领域[0001]本发明涉及铝电解设备领域，具体是一种降低铝电解槽中铝液水平电流的阴极钢棒结构。背景技术[0002]上世纪以来，随着铝合金的广泛使用，铝的需求愈发扩大，大容量的铝电解槽逐渐成为实际生产的主力设备。霍尔-赫劳尔特电解炼铝法作为工业制铝最主要的方法，其实际电解过程发生在高温大电流的工况环境中，电流经由阳极母线输入阳极钢爪和阳极炭块后，流过高阻值的电解质和液态金属铝层，最后通过阴极炭块和阴极钢棒输出至阴极母线。[0003]但铝电解槽整体结构中，电流趋于流经整体阻值最小的路径，因此铝电解槽阴极炭块以及阴极钢棒靠近电解槽壳的区域成为最优路径，电流趋于该路径进而发生方向偏转，导致水平电流分量的产生。水平电流与外加的垂直磁场作用产生电磁力，影响电解质和铝液在垂直方向上的波动；此外，电流聚集的区域产生焦耳热，与铝液冲蚀共同作用加速电解槽磨损，降低电解槽寿命。[0004]因此，如何减小铝液中的水平电流成为电解铝的研究重点。当前针对铝电解槽水平电流的优化以调整阴极区域结构为主。有团队通过调整阴极炭块表面倾角降低铝液整体水平电流分布，或者调整阴极钢棒外形，间接达到降低水平电流的效果。[0005]但针对阴极钢棒外形的调整往往需要同时修改阴极炭块与阴极钢棒尺寸参数，导致阴极钢棒结构应力或导电性的改变，而且阴极区域的大幅改进，对材料的属性和结构的稳定性都有要求。因此，如何保持传统阴极钢棒结构不变的前提下，优化调整出降低铝液水平电流的阴极钢棒结构很有意义。发明内容[0006]本发明的目的是提供一种降低铝电解槽中铝液水平电流的阴极钢棒结构，在保持电解槽阴极炭块结构不变，仅改变阴极钢棒的铝电解槽阴极钢棒结构的基础上，实现大