WO2013016930A1 - 减少铝电解槽铝液水平电流的方法 - Google Patents

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杨建红
邱仕麟
张艳芳
王跃勇
侯光辉
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    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars

Definitions

  • the invention relates to the technical field of electrolytic cells, in particular to a method for reducing the horizontal current of aluminum liquid in an aluminum electrolytic cell. Background technique
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a aluminum electrolytic cell aluminum which can make the current distribution in the aluminum liquid more uniform, reduce the horizontal current in the aluminum liquid, and is beneficial to the stable, high-efficiency and long-life operation of the large aluminum electrolytic cell. Liquid level current method.
  • the present invention provides a method for reducing the horizontal current of an aluminum liquid in an aluminum electrolytic cell, and laying a partial current conduction in a cathode carbon block, or a steel rod, or a connecting material thereof, or a phosphorus pig iron.
  • the material causes the current in the aluminum liquid to be relatively uniformly hooked into the cathode carbon block, and exits from the side of the electrolytic cell through the steel rod.
  • the invention provides a method for reducing the horizontal current of an aluminum liquid in an aluminum electrolytic cell, which can effectively change the yin
  • the pole resistance distribution adjusts the cathode current distribution to reduce the horizontal current in the aluminum liquid, increase the magnetic fluid stability of the electrolytic cell, and improve current efficiency and tank life.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a first embodiment of the present invention.
  • Embodiment 2 is a schematic diagram of the structure of Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 3 is another schematic diagram of the structure of Embodiment 3 of the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view of Figures 2 and 3 of the present invention.
  • Figure 5 is a top plan view of Figures 1, 2, 3 of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a structure of a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is another schematic diagram of the structure of Embodiment 3 of the present invention.
  • Figure 8 is a cross-sectional view of Figures 6 and 7 of the present invention.
  • Figure 9 is a top plan view of Figures 6 and 7 of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the structure of Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 11 is another schematic diagram of the structure of Embodiment 4 of the present invention.
  • Figure 12 is a cross-sectional view of Figures 10 and 11 of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of Embodiment 5 of the present invention. detailed description
  • the invention provides a method for reducing the horizontal current of the aluminum liquid in the aluminum electrolytic cell, and laying a part of the current guiding material 3 at the cathode carbon block 1 or the steel rod 2 or its connecting material cathode paste or phosphorus pig iron 4, so that the cathode resistance is from the inner side Gradually increasing outside, the current in the aluminum liquid is relatively uniform and enters the cathode carbon block, thereby achieving the purpose of reducing the horizontal current of the aluminum liquid.
  • the method for reducing the horizontal current of the aluminum liquid in the aluminum electrolytic cell will be described in detail below in conjunction with the specific embodiments of the present invention and the accompanying drawings.
  • a flow guiding material is laid between the cathode carbon block and the steel rod, and the current guiding material 3 can be laid in various ways as needed.
  • a thin layer of current-conducting material 3 is laid between the blocks of carbon block 1 and steel rod 2 without changing the carbon block and steel rod structure, or first combined with steel rod 2.
  • the current guiding material 3 may be one or more materials having a resistivity greater than that of the carbon block, or
  • the non-continuously laid insulation material is placed on the outer 1/3 or 2/3 of the carbon block 1 as needed to increase the cathode resistance of the section and reduce the current throughput, thereby reducing the horizontal current in the aluminum liquid. .
  • a flow guiding material 3 is laid between the cathode carbon block and the steel rod, and the current guiding material 3 can be laid in various ways as needed.
  • a thin layer of current-conducting material 3 is laid between the blocks of carbon block 1 and steel rod 2 without changing the carbon block and steel rod structure.
  • the current guiding material 3 may be a material or an insulating material having a resistivity greater than that of the carbon block, and is laid between the carbon block 1 and the steel rod 2, and the length of the flow guiding material may be changed from the head of the steel rod as needed.
  • the position or position in the middle begins to lay out to the steel rod and the electricity is aligned with the edge of the carbon block.
  • the upper surface of the steel bar completely covers the width of the steel bar.
  • the side portion is gradually widened from the inside to the outside, or is stepped wide; the widest portion can be the same width as the steel bar, or smaller than the width of the steel bar.
  • the inward width gradually increases as shown in Fig. 2 and Fig. 3; the cathode resistance of the corresponding section of the flow guiding material is gradually increased, and the current throughput is adjusted, thereby reducing the horizontal current in the aluminum liquid.
  • the current-conducting material 3 is embedded in the carbon block to replace a portion of the steel rod.
  • a material having a lower electrical resistance than the steel rod is used to replace the upper end of the inner end of the steel rod.
  • the height of the corresponding steel bar material 2 under the flow guiding material 3 gradually increases from the inside to the outside until the height of the steel bar at the flow guiding material 3 is no longer changed.
  • the closer the cathode is to the internal resistance the more the conductivity inside the cathode is increased, so that the current in the aluminum liquid is more evenly distributed, and the horizontal current in the aluminum liquid is reduced.
  • the current-conducting material 3 is embedded in the bottom of the carbon block to replace a portion of the carbon block material to form a combined cathode carbon block.
  • the current guiding material 3 can be made of a conductivity material different from the original carbon block, and is equal in width and length to the original carbon block, and is combined with the carbon block at the bottom of the carbon block by a slope or a stepped interface as shown in Figs.
  • the flow guiding material 3, the inner and outer thick thickness of the flow guiding material 3 and the inner thick outer thin carbon block material will be combined; the cathode carbon block resistance is gradually increased from the inside to the outside. Reduce the external current throughput, thereby reducing the horizontal current in the aluminum liquid.
  • a cathode carbon block can be formed by combining two or more carbon block materials having different resistivities, and the resistivity is gradually increased from the inside to the outside, so that the current flows into the steel bar material through the cathode carbon block.

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Abstract

本发明公开一种减少铝电解槽铝液水平电流的方法，其包括在阴极炭块或钢棒或其连接材料阴极糊或磷生铁处铺设部分电流导流材料，使铝液中电流相对较均匀的进入阴极炭块，通过钢棒，从电解槽侧部出来。本发明提供的方法改变阴极电阻分布，调整阴极电流分布，使铝液中水平电流减少，增加电解槽磁流体稳定性，提高电流效率和槽寿命。

Description

减少铝电解槽铝液水平电流的方法
技术领域
本发明涉及电解槽技术领域， 特别涉及一种减少铝电解槽铝液水平电 流的方法。 背景技术
在传统的铝电解槽中， 电流经阳极向下进入槽内， 通过熔融电解质和 铝液， 到达阴极碳块， 再经过碳块和由阴极糊或磷生铁连接而水平嵌入阴 极炭块内的汇流钢棒从电解槽两侧出来， 通过阴极母线进入下一台槽。 在 此结构下， 由于电流总是会流经电阻最小的路径， 使接近钢棒出电侧的三 分之一负载了大部分的电流， 导致铝液层中产生大量的水平电流， 铝液层 和阴极碳块电流分布不均， 越靠近出电端电流密度越高。 而铝液中较大的 水平电流会在磁场的作用下产生电磁力， 增加电解槽的不稳定性， 降低电 流效率， 增加电耗； 阴极炭块中的电流分布不均会导致炭块易被腐蚀， 降 低槽寿命。 目前随着电解槽的大型化， 电解槽宽度的增加， 会导致更多的 铝液水平电流存在和阴极电流分布不均匀。 虽然大型槽的磁场在不断地被 优化， 但水平电流的大量增加仍旧会制约大型槽的发展和铝工业技术的进 步。 发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能使铝液中的电流分布更加均 匀， 减少了铝液中的水平电流， 有利于大型铝电解槽的稳定、 高效、 长寿 运行的减少铝电解槽铝液水平电流的方法。
为解决上述技术问题， 本发明提供了一种一种减少铝电解槽铝液水平 电流的方法， 在阴极炭块， 或钢棒， 或其连接材料阴极糊， 或磷生铁处铺 设部分电流导流材料， 使铝液中电流相对较均勾的进入阴极炭块， 通过钢 棒， 从电解槽侧部出来。
本发明提供的一种减少铝电解槽铝液水平电流的方法， 能有效改变阴 极电阻分布， 调整阴极电流分布， 使铝液中水平电流减少， 增加电解槽磁 流体稳定性， 提高电流效率和槽寿命。 附图说明
图 1为本发明实施例一的结构一种示意图。
图 2为本发明实施例二的结构一种示意图。
图 3为本发明实施例三的结构另一种示意图。
图 4为本发明图 2和图 3的剖面示意图。
图 5为本发明图 1、 2、 3的俯视示意图。
图 6为本发明实施例三的结构一种示意图。
图 7为本发明实施例三的结构另一种示意图。
图 8为本发明图 6和图 7的剖面示意图。
图 9为本发明图 6和图 7的俯视示意图。
图 10为本发明实施例四的结构一种示意图。
图 11为本发明实施例四的结构另一种示意图。
图 12为本发明图 10和图 11的剖面示意图。
图 13 为本发明实施例五的一种示意图。 具体实施方式
本发明提供的一种减少铝电解槽铝液水平电流的方法， 在阴极炭块 1 或钢棒 2或其连接材料阴极糊或磷生铁 4处铺设部分电流导流材料 3 , 使 阴极电阻从内向外逐渐增大， 铝液中电流相对较均勾的进入阴极炭块， 实 现减少铝液水平电流的目的。 下面结合本发明的具体实施方式和附图对减 少铝电解槽铝液水平电流的方法进行详细描述。
实施例一
如图 1、 图 5所示， 在阴极碳块和钢棒之间铺设导流材料， 电流导流 材料 3可根据需要有多种铺设方式。 在不改变炭块和钢棒结构形式下， 在 炭块 1和钢棒 2的缝之间铺设一薄层电流导流材料 3 , 或者先与钢棒 2组 合在一起。 电流导流材料 3可以是一种或几种电阻率大于炭块的材料， 或 采用非连续铺设的绝缘材料， 按需要组合铺设在炭块 1的外 1/3或 2/3处， 使此段的阴极电阻增大， 减少其电流通过量，从而减少铝液中的水平电流。
实施例二
如图 2所示，在阴极碳块和钢棒之间铺设导流材料 3 , 电流导流材料 3 可根据需要有多种铺设方式。 在不改变炭块和钢棒结构形式下， 在炭块 1 和钢棒 2的缝之间铺设一薄层电流导流材料 3。 电流导流材料 3可以是一 种电阻率大于炭块的材料或绝缘材料， 铺设在炭块 1的和钢棒 2之间， 通 过导流材料形状的变化， 其长度可以根据需要从钢棒顶头的位置或中间某 位置开始铺设到钢棒出电与炭块边缘对齐。 在钢棒上表面完全覆盖钢棒宽 度， 如图 5所示， 侧部采用从内向外逐渐变宽， 或阶梯状变宽； 最宽处可 以和钢棒同宽， 或小于钢棒宽度， 从内向宽度逐渐增大如图 2、 图 3所示； 使导流材料对应段的阴极电阻逐渐增大， 调整其电流通过量， 从而减少铝 液中的水平电流。
实施例三
如图 6、 7、 8、 9所示， 电流导流材料 3嵌在炭块内， 替代部分钢棒， 如图所示， 采用电阻小于钢棒的材料，在钢棒的内端头上部替代部分钢棒， 其长度可小于等于炭块内钢棒长度， 宽度与钢棒相同， 其高度从内向外逐 渐变减小 （如图 7所示） 或阶梯状减小 （如图 6所示） ， 导流材料 3下面 对应的钢棒材料 2的高从内向外逐渐增大， 直至上面没有导流材料 3处钢 棒高度不再改变。 使阴极越靠近内部电阻逐渐减小， 增加阴极内部的导电 量， 从而使铝液中的电流更加均勾分布， 减少铝液中的水平电流。
实施例四
如图 10、 11、 12所示， 电流导流材料 3嵌在炭块底部， 替代部分炭块 材料， 形成组合阴极碳块。 电流导流材料 3可以采用导电率不同于原炭块 的导流材料， 与原炭块等宽、 等长， 以坡面或阶梯状界面在炭块底部与炭 块结合如图 10 , 11 所示， 对于若原阴极炭块采用电阻率较大的无烟煤、 石墨质的炭块可采用电阻率小于炭块的导流材料 3 , 如石墨化的材料， 内 厚外薄的导流材料 3与内薄外厚的炭块材料将结合； 对于若原阴极碳块采 用电阻率较小的石墨化炭块也可以采用可采用电阻率大于它的石墨质材的 导流材料 3 , 内薄外厚的导流材料 3与内厚外薄的炭块材料将结合； 使阴 极炭块电阻从内向外逐渐增大。 减少其外部电流通过量， 从而减少铝液中 的水平电流。
实施例五
如图 13所示，可以采用电阻率不同的两块或多块碳块材料组合形成阴 极碳块， 由内向外电阻率逐渐增大， 使电流均与通过阴极碳块进入钢棒材 料。 而非限制， 尽管参照实例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人 员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离 本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种减少铝电解槽铝液水平电流的方法， 其特征在于， 包括： 在阴极炭块， 或钢棒， 或其连接材料阴极糊， 或磷生铁处铺设部分电 流导流材料， 使铝液中电流相对较均勾的进入阴极炭块， 通过钢棒， 从电 解槽侧部出来。
2. 根据权利要求 1所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方法，其特征 在于：
所述电流导流材料， 是替代部分炭块的材料， 或是替代部分钢棒的材 料， 或是部分替代连接材料。
3.根据权利要求 2所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方法， 其特征 在于：
所述电流导流材料铺设在炭块、 钢棒， 或两者之间连接材料的位置。
4.根据权利要求 2所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方法， 其特征 在于：
所述电流导流材料与炭块或钢棒组装在一起。
5. 根据权利要求 1所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方法，其特征 在于：
所述电流导流材料根据需要在不同位置采用不同阻值的材料， 调整阴 极炭块电阻分布， 使铝液中电流相对较均勾的进入阴极炭块。
6. 根据权利要求 1所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方法，其特征 在于：
所述电流导流材料根据需要在不同位置采用不同的阻值材料， 调整阴 极钢棒电阻分布， 使铝液中电流相对较均勾的进入阴极炭块。
7. 根据权利要求 1所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方法，其特征 在于：
所述电流导流材料根据需要在不同位置采用不同的阻值材料， 调整炭 块与阴极钢棒之间磷生铁或钢棒糊位置的电阻分布， 使铝液中电流相对较 均匀的进入阴极炭块。
8. 根据权利要求 1、 5、 6、 7任一项所述的减少铝电解槽铝液水平电 流的方法， 其特征在于：
所述电流导流材料采用至少一种与炭块、 钢棒电阻率不同的电流导流 材料或绝缘材料组合铺设， 或先与炭块或钢棒组合在一起。
9. 根据权利要求 8所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方法，其特征 在于：
当所述电流导流材料其铺设于炭块位置时， 根据铺设位置不同采用与 主体炭块材料电阻率不同的普通炭块、 石墨质炭块、 半石墨化炭块、 或全 石墨化炭块。
10. 根据权利要求 8所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方法， 其特 征在于：
当所述电流导流材料铺设于钢棒位置时， 根据铺设位置不同采用与主 体钢棒材料电阻率不同的钢棒、 或其他耐高温的导电性能较原钢棒好的金 属， 或采用其他耐高温的导电性能较原钢棒好的金属完全替代原钢棒。
11. 根据权利要求 8所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方法， 其特 征在于：
当所述电流导流材料铺设于炭块与钢棒之间时， 根据铺设位置不同采 用与主体磷生铁钢棒糊电阻率不同的其他磷生铁或钢棒材料。
12. 根据权利要求 8所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方法， 其特 征在于：
当所述电流导流材料铺设于炭块与钢棒之间时， 根据铺设位置不同可 以部分采用各种耐高温绝缘材料。
13. 根据权利要求 1、 5、 6、 7任一项所述的减少铝电解槽铝液水平电 流的方法， 其特征在于：
所述电流导流材料通过改变其在不同位置的形状、 厚度， 来调整炭块 或钢棒的电阻分布， 使铝液中电流较为均勾的进入阴极碳块。
14. 根据权利要求 12所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方法，其特 征在于：
所述耐高温绝缘材料位于炭块和钢棒之间时， 其形状的改变在于， 其 长度从钢棒顶头位置或中间位置开始铺设到钢棒出电与炭块边缘对齐或略 长。
15. 根据权利要求 14所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方法，其特 征在于：
所述耐高温绝缘材料在钢棒上表面完全覆盖钢棒宽度， 侧部采用从内 向外逐渐变化， 或阶梯状变化； 最宽处和钢棒同宽， 或小于钢棒宽度。
16. 根据权利要求 1-7任一项所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方 法， 其特征在于：
所述电流导流材料替代部分钢棒材料， 采用电阻小于钢棒的材料， 在 钢棒的靠近槽中心一端在钢棒上部替代部分钢棒， 其长度小于等于炭块内 钢棒长度， 宽度小于等于钢棒， 其高度和宽度是从内向外逐渐变化或阶梯 状变化替代部分原钢棒材料。
17. 根据权利要求 1-7任一项所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方 法， 其特征在于：
所述电流导流材料替代部分炭块材料， 采用导电率不同于原炭块的导 流材料， 与原炭块等宽、 等长， 以坡面或阶梯状界面在炭块底部与炭块结 合，采用电阻率小于炭块内厚外薄的导流材料与内薄外厚的炭块材料结合； 或采用电阻率大于炭块的内薄外厚的导流材料与内厚外薄的炭块材料将结 合。
18. 根据权利要求 1-7任一项所述的减少铝电解槽铝液水平电流的方 法， 其特征在于：
该方法应用于任何一种阴极结构， 阴极碳块是平顶面， 或凸凹不平的 顶面， 是有一根或多根任何一种截面形状的钢棒的阴极。
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