CN110184627A - 一种铝电解用定向导磁阴极钢棒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝电解技术领域，特别涉及一种铝电解用定向导磁阴极钢棒。本发明采用区域熔炼或定向凝固的方法，使阴极钢棒内合金元素产生特定的分布梯度，利用合金元素导磁性的差异形成强弱可控的磁场区域，不但可以进一步降低槽内水平电流20％‑‑40％，还可根据电解槽整体磁场情况优化部分区域内磁场分布，减少铝液波动，提高极距的有效空间，提高电流效率0.5％以上，降低铝电解槽电能消耗。

Description

一种铝电解用定向导磁阴极钢棒
技术领域
本发明涉及铝电解技术领域，特别涉及一种铝电解用定向导磁阴极钢棒。
背景技术
在传统铝电解槽中，电流依次经过阳极导杆、钢爪、阳极、电解质，铝液、阴极炭块，再经由阴极钢棒两端导出，流向下一个电解槽。电解槽中铝液的密度大于电解质的密度，强直流电通过铝液层时，会产生较大的水平电流，水平电流的增加会增大垂直磁场，在多方向磁场相互作用下，导致铝液波动幅度增大，电解质与铝液界面变形，降低电流效率，影响铝电解槽的稳定性。在这种情况下，要保持电解槽正常稳定的生产，需要增大有效极距，致使槽电压升高，带来大量的能量无用消耗。
目前国内技术改进主要从阴极钢棒的形状、结构或整体成份上进行调整来降低水平电流，虽取得一定的效果，但仍未达到所设想的要求。现有专利如下：专利201520939501.6描述了一种采用黄金分割点的阴极钢棒。在钢棒高度的黄金分割点位置开通槽，且通槽长度加长为传统开缝长度的一倍。将开缝位置从中部上移致黄金分割点，可以抬高电解槽生产过程中阻断水平电流的位置。将开放长度再加长，可以加大阻断水平电流的范围。但此方法仍未能有效降低有水平电流带来的磁场波动。
专利201520932429.4描述了一种铝电解生产中电解用阴极钢棒结构的改进。其结构包括与母线连接的外延阴极钢棒和与阴极炭块接触的中间阴极钢棒，其外延阴极钢棒和中间阴极钢棒为一体结构；外延阴极钢棒缎面上居中开有U型凹陷，形成两个与母线连接的钢棒连接杆。该技术大幅度的增大了导电面积，减小水平电流，但增大的导电面积给实际操作带来了很大的难度。
专利201520270968.6描述了一种铝电解槽用异型阴极钢棒。该阴极钢棒本体的横截面为非矩型结构或者横截面为矩形结构，其整体沿长度方向为变截面变化结构。能够有效分散槽内部应力，调整电流，减缓铝液波动，但此种钢棒的组装技术仍需要继续探索。
专利201810402908.3描述了一种有效抑制水平电流的铜芯阴极钢棒。采用铜来提高阴极钢棒的导电率。在阴极钢棒的中心沿轴向位置有钻孔，在孔中置入等径的铜芯，铜芯与阴极钢棒紧密接触，能够有效抑制水平电流，但此种方法很难保证铜芯与阴极钢棒所有接触部位紧密接触，操作起来难度极大。
专利201610143550.8描述了一种铝电解槽阴极钢棒等距分段方法，使两段阴极钢棒之间的分段间距与铝电解槽两组阳极炭块之间的间距相等，并使两段阴极钢棒对称于铝电解槽阴极炭块的中心线，从而起到稳流、节能的作用。但此种方法稳流的效果有限，对于不平衡的磁场难以起到补偿效果。
发明内容
针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种新型的可实现定向导磁铝电解阴极钢棒。
本发明是通过以下技术方案实现的。
采用区域熔炼或定向凝固的方法，使阴极钢棒内合金元素产生特定的分布梯度，利用合金元素导磁性的差异形成强弱可控的磁场区域，不但可以进一步降低槽内水平电流20％--40％，还可根据电解槽整体磁场情况优化部分区域内磁场分布，减少铝液波动，提高极距的有效空间，提高电流效率0.5％以上，降低铝电解槽电能消耗。
本发明的铝电解用定向导磁阴极钢棒，其特征在于合金元素的成分为Si、Mn、Cu、P、S、C的一种或几种。
本发明的铝电解用定向导磁阴极钢棒，其特征在于合金元素质量分数占阴极钢棒质量的0.02％～2％，其分布梯度为合金元素质量分数沿阴极钢棒长度方向递增或先递增后再递减分布。
本发明的铝电解用定向导磁阴极钢棒，其特征在于以阴极钢棒进电端为起点，合金元素在阴极钢棒长度方向分布范围为10％～100％，在此基础上，宽度方向分布为100％，高度方向分布范围为60％～100％。
本发明的铝电解用定向导磁阴极钢棒，其特征在于所述强弱可控的磁场区域的磁感应强度数值范围是，X方向磁场分布为-1.65×10-2T～0.96×10-2T，Y方向磁场分布为-2.1×10-3T～2.4×10-3T，Z方向磁场分布为-1.65×10-3T～9.83×10-4T。
本发明的有益技术效果：铝电解槽内衬大修时，采用本专利发明的定向导磁阴极钢棒不但可以进一步降低槽内水平电流20％--40％，还可根据电解槽整体磁场情况优化部分区域内磁场分布，减少铝液波动，提高极距的有效空间，提高电流效率0.5％以上，降低铝电解槽电能消耗。
附图说明
图1具体实施例1结构示意图；
图2具体实施例2结构示意图；
图3具体实施例3结构示意图；
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
采用区域熔炼的方法制备出Cu元素形成浓度梯度的阴极钢棒，其中钢棒尺寸为1500mm×200mm×150mm，Cu元素在长度方向分布范围情况为：区域1长度为150mm，含量约为0；区域2长度为250mm，含量为0.12％；区域3长度为300mm，含量为1.8％；区域4长度为400mm，含量为0.12％；区域5长度为400mm，含量为0.04％。Cu元素在高度方向分布范围情况为：区域6高度为100mm，含量约为0；区域7高度为50mm。利用Cu强导电的特性，形成强电流区域，平衡槽内水平电流，优化电解槽内磁场分布。可以有效减少铝液波动，提高电流效率，降低铝电解能耗。
实施例2
采用定向凝固的方法制备出Si元素形成浓度梯度的阴极钢棒，其中钢棒尺寸为1500mm×200mm×150mm，Si元素在长度方向分布范围情况为：区域1长度为200mm，含量约为0；区域2长度为700mm，含量为0.09％；区域3长度为300mm，含量为0.15％；区域4长度为300mm，含量为0.32％。Si元素在高度方向分布范围情况为：区域5高度为90mm，含量约为0；区域6高度为60mm。利用Si元素强导磁的特性，形成磁旋涡区域，优化电解槽内磁场分布，可以有效减少铝液波动，提高电流效率，降低铝电解能耗。
实施例3
采用区域熔炼的方法制备出Mn元素形成浓度梯度的阴极钢棒，其中钢棒尺寸为1500mm×200mm×150mm，Mn元素在长度方向分布范围情况为：区域1长度为200mm，含量约为0％；区域2长度为150mm，含量为0.09％，区域3长度为250mm，含量为0.28％；区域4长度为350mm，含量为0.85％，区域5长度为250mm，含量为0.29％；区域6长度为400mm，含量为0.09％。Mn元素在高度方向分布范围情况为：区域7高度为30mm；区域8高度为120mm，含量约为0。利用Mn元素弱导电的特性，形成弱电流区域，平衡槽内水平电流，优化电解槽内磁场分布，可以有效减少铝液波动，提高电流效率，降低铝电解能耗。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种铝电解用定向导磁阴极钢棒，其特征在于采用区域熔炼或定向凝固的方法，使阴极钢棒内合金元素产生特定的分布梯度，利用合金元素导磁性的差异形成强弱可控的磁场区域，优化电解槽内磁场分布，所述合金元素的成分为Si、Mn、Cu、P、S、C的一种或几种，合金元素质量分数占阴极钢棒质量的0.02％～2％，其分布梯度为合金元素质量分数沿阴极钢棒长度方向递增或先递增后再递减分布。
2.根据权利要求1所述的铝电解用定向导磁阴极钢棒，其特征在于以阴极钢棒进电端为起点，合金元素在阴极钢棒长度方向分布范围为10％～100％，在此基础上，宽度方向分布为100％，高度方向分布范围为60％～100％。
3.根据权利要求1所述的铝电解用定向导磁阴极钢棒，其特征在于所述强弱可控的磁场区域的磁感应强度数值范围是，X方向磁场分布为-1.65×10-2T～0.96×10-2T，Y方向磁场分布为-2.1×10-3T～2.4×10-3T，Z方向磁场分布为-1.65×10-3T～9.83×10-4T。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4897170A (en) * 1986-04-07 1990-01-30 Borden, Inc. Manufacture of a Soderberg electrode incorporating a high carbon-contributing phenolic sacrificial binder
AU2301200A (en) * 1999-02-02 2000-08-25 Carbone Savoie Graphite cathode for electrolysis of aluminium
CN101608321A (zh) * 2009-06-26 2009-12-23 东北大学 一种铝电解槽用TiB2/C梯度阴极材料的制备方法
CN104438322A (zh) * 2014-10-23 2015-03-25 重庆大学 一种金属层状微梯度复合材料制备方法
CN107962169A (zh) * 2017-12-08 2018-04-27 孟静 高熔点金属基梯度复合材料的制备装置及方法
CN108655375A (zh) * 2018-05-17 2018-10-16 上海大学 利用轴向均恒磁场制备功能梯度材料的方法及其定向凝固装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4897170A (en) * 1986-04-07 1990-01-30 Borden, Inc. Manufacture of a Soderberg electrode incorporating a high carbon-contributing phenolic sacrificial binder
AU2301200A (en) * 1999-02-02 2000-08-25 Carbone Savoie Graphite cathode for electrolysis of aluminium
CN101608321A (zh) * 2009-06-26 2009-12-23 东北大学 一种铝电解槽用TiB2/C梯度阴极材料的制备方法
CN104438322A (zh) * 2014-10-23 2015-03-25 重庆大学 一种金属层状微梯度复合材料制备方法
CN107962169A (zh) * 2017-12-08 2018-04-27 孟静 高熔点金属基梯度复合材料的制备装置及方法
CN108655375A (zh) * 2018-05-17 2018-10-16 上海大学 利用轴向均恒磁场制备功能梯度材料的方法及其定向凝固装置

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