鋁電解槽陰極分流器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】鋁電解槽陰極分流器結(jié)構(gòu)
[0001] 本發(fā)明涉及有色金屬冶金，具體而言，涉及由冰晶石-氧化鋁熔體電解提取鋁，并 且其可用于陰極組件的分流器結(jié)構(gòu)。
[0002] 用于生產(chǎn)鋁的電解槽的陰極組件是極其重要的電動機械元件，其在很大程度上決 定了電解槽的使用壽命和技術(shù)性電解工藝的效率，包括爐膛板中的電流分配和電流輸送。
[0003] 電子陰極組件及其制造技術(shù)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)具有較多的缺點。電流負(fù)荷從陰極處的金 屬（熔融鋁）經(jīng)碳質(zhì)爐膛板輸送至機械固定（導(dǎo)電膠、生鐵澆鑄）在碳質(zhì)砌塊中的鋼分流 器桿或方坯（bloom)，然后穿過鋼方坯和鋁陰極放電的接觸組件并進(jìn)一步到達(dá)鋁陰極收集 總線上。在具有不同電動機械性質(zhì)的電接觸組件中使用了不同的材料，其造成接觸組件中 的電壓梯度、局部過熱、接觸組件完整性的破壞、爐膛板完整性的破壞，并由此導(dǎo)致爐膛板 中電流分配受擾亂以及技術(shù)工藝參數(shù)的不穩(wěn)定。
[0004] 存在已知的鋁電解槽陰極，其具有桿形式的分流器，所述分流器位于可抵抗熔融 鋁和冰晶石的化學(xué)作用的材料（例如致密石墨材料）的垂直管中，而所述垂直管被置于鋼 管內(nèi)并通過隔熱層彼此分開。分流器桿的上部處于熔融狀態(tài)，并與電解槽的金屬形成直接 接觸，同時固態(tài)底部與分流器總線連接（美國專利3723287號，C22d3/02, 3/12,1973年3 月17日公布）。
[0005] 此種分流器結(jié)構(gòu)的主要缺點是難以制造、笨重，以及由此產(chǎn)生的陰極組件的高成 本價格。
[0006] 與提出的發(fā)明最接近的是一種用于由熔融鹽和氧化鋁的混合物生產(chǎn)鋁的電解槽 的分流器結(jié)構(gòu)，其包括陽極以及由鋁制成并垂直延伸穿過底部襯墊的陰極分流器元件，所 述陰極分流器元件的與陰極鋁熔體接觸的上部為液態(tài)，而與陰極總線接觸的下部為固態(tài)， 其中所述陰極分流器元件至少部分地以倒截錐（其下截面與上截面面積之比為1:2)的形 式制成且以數(shù)量等于或大于陽極的數(shù)量安裝，同時所述底部襯墊由耐火非碳材料制成，并 涂布有不與鋁相互作用的材料層（RF專利2281986號，C25C3 /08, 2006)。
[0007] 依據(jù)其目的、其技術(shù)本質(zhì)以及存在的相似特征，選擇此方案作為最接近的現(xiàn)有技 術(shù)。通過消除陰極分流器的接觸組件、消除陰極中的水平電流以及相應(yīng)地減少金屬和電解 質(zhì)之間邊界處的循環(huán)和波形成，所述已知方案可消除這些接觸組件中的電壓梯度，這會直 接影響電流輸出和耗電參數(shù)；其減少了熔體經(jīng)爐膛板和陰極分流器元件和襯墊之間邊界處 的滲出，減少了堿金屬對爐膛板的滲透，并由此提高了電解槽的使用壽命。
[0008] 所述已知技術(shù)方案的主要缺點是，在電解槽的運行期間，于管內(nèi)表面和鋁芯之間 出現(xiàn)電解質(zhì)層，該電解質(zhì)層將鋁擠出鋁。處于600°c~650°C的電解質(zhì)將結(jié)晶在管壁上，并 造成分流器的截面減小。這導(dǎo)致其液態(tài)部分和固態(tài)部分之間的電接觸惡化，陰極中電壓梯 度增加，分流器局部受熱，溫度狀態(tài)不穩(wěn)定，電解槽技術(shù)運行受到擾亂，并且工藝的技術(shù)和 經(jīng)濟參數(shù)降低。
[0009] 而且，當(dāng)分流器元件由上下橫截面積比為1:2的倒錐形式且以等于或大于陽極數(shù) 量的數(shù)量制得時，下橫截面積由0.65A/mm2的對鋁容許的電流密度而決定。這意味著，對 于針對電流強度120kA結(jié)構(gòu)的具有16個陽極和16個分流器元件的常規(guī)電解槽而言，分流 器元件的尺寸分別為：下部0 120mm，上部0 17〇 mm。提出的具有分流器的方案的優(yōu)點在 于陰極中的電壓梯度低，而嚴(yán)重的缺點在于通過分流器元件從鋁中顯著移除熱量，該缺點 需要通過增加電極之間的間隙而補償。這增加了生產(chǎn)每噸電解鋁所需的電消耗。
[0010] 由提出的技術(shù)方案解決的問題是確保分流器在其液態(tài)部分和固態(tài)部分之間的可 靠的電接觸，并確保其在電解槽的整個工作壽命期間的穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明所解決的第二個 問題涉及技術(shù)條件的穩(wěn)定以及提升電解工藝的技術(shù)和經(jīng)濟參數(shù)。
[0011] 技術(shù)效果為：分流器在其液態(tài)部分和固態(tài)部分之間形成可靠的電接觸，確保了在 電解槽的工作壽命期間的穩(wěn)定狀態(tài)，技術(shù)條件穩(wěn)定，并且提升電解工藝的技術(shù)和經(jīng)濟參數(shù)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明完成提出的問題的解決方案，其中，在如下鋁電解槽中：其中垂直金屬 陰極分流器將電流從鋁熔體運載至陰極總線結(jié)構(gòu)，所述分流器被結(jié)構(gòu)為上部是熔融鋁而下 部是固態(tài)，并且其置于在爐膛板襯墊內(nèi)制成的管道中，所述分流器管道的中部具有加寬部， 該加寬部比所述分流器的兩部分都寬。
[0013] 本發(fā)明通過特定的區(qū)別特征得到補充，其有助于解決上述問題。
[0014] 根據(jù)權(quán)利要求2,分流器管道中的加寬部充填有復(fù)合材料二硼化鈦/碳。
[0015] 根據(jù)權(quán)利要求3,分流器為管的形式，并且管道中的加寬部和管內(nèi)的空間充填有復(fù) 合材料二硼化鈦/碳。
[0016] 通過圖形材料解釋了本發(fā)明的主旨。
[0017] 圖1顯示具有提出的分流器的鋁電解槽的陰極，通過切掉四分之一示出；
[0018] 圖2顯示具有分流器的管道的底部砌塊；
[0019] 圖3以切出視角示出具有分流器的組裝形式的底部砌塊；
[0020] 圖4顯示具有權(quán)利要求2所述分流器的組裝形式的底部砌塊；
[0021] 圖5顯示具有權(quán)利要求3所述分流器的組裝形式的底部砌塊。
[0022] 具有惰性陽極的鋁電解槽的陰極組件包含：鋼陰極外殼1 ;由高鋁土混凝土(A12〇3至少90% )制成的底部砌塊2 ;安裝在底部砌塊2的管道3中的鋁分流器，其具有 固態(tài)部分4和液態(tài)部分5 ;由鋁板制成的載流集電器6,其具有延伸至外部的部件7 ;在砌塊 之間的由高鋁土混凝土制成的接縫8 ;邊緣砌塊9 ;耐火磚層，比如由耐火土、高鋁土氧化鎂 方鎂石碳質(zhì)磚塊制成；隔熱材料10,其可由輕質(zhì)耐火土、蛭石、泡沫硅藻土、硅酸鈣制成；以 及用于充填底部砌塊2的管道3的基于二硼化鈦/碳的復(fù)合材料11。
[0023] 陰極組件的底部砌塊2具有分流器用管道3,該分流器具有固態(tài)部分4和液態(tài)部分 5,所述管道均勻分布在底部砌塊2的工作