CN102925926A - 阶梯式扎糊阴极结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阶梯式扎糊阴极结构，在靠近阴极钢棒（2）出电端设置阶梯式形状的扎糊面（4），在阶梯式形状的扎糊面（4）位置填充耐高温绝缘材料。耐高温绝缘材料为陶瓷纤维棉、或者其它具有同等效果材料。阶梯数量可以为两个或两个以上。本发明施工简单，不存在材料加工问题，作用明显，是一个非常有利于减小水平电流的阴极装置，具有较高的实用价值，在旧电解槽改造或新电解槽设计中都可以使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解槽阴极结构，属于铝电解技术领域。
背景技术
水平电流与垂直磁场相互作用是造成电解槽铝液波动的主要原因，而铝液波动会引起电压摆。另外，水平电流会使电解质流速加快，冲蚀炉帮，破坏炉膛引发槽内衬破损，影响槽寿命。所以，水平电流对电流效率、稳定性、槽寿命均有很大的影响，分析水平电流的成因和防治对策，对生产管理有深远的意义。
通常，铝液层中水平电流的产生有两个原因：（1）从中心向外的水平电流，由电解槽的出电方式决定的。因为电流从在阳极中的竖直向下到钢棒的横向导出，中间需要一个转向过程。（2）由几何结构和导电方式共同决定的，在熔体边缘有从外围向中间的水平电流产生。这部分主要因为熔体有一部分在阴阳极的投影面以外，炉膛越大越不规整，这部分值将越大，这部分可以通过在后期管理中建立良好的炉帮来减少其产生。
由于电解槽铝液层中长轴方向的水平电流 
很小，基本可以不予考虑，因此需要重点关注的是，即铝液层短轴方向的水平电流，下文所说水平电流均指
。
传统电解槽阴极结构中，阴极炭块和阴极钢棒采用炭糊填满扎实，这样一来，如前所述，电解槽铝液短轴方向不可避免地会产生比较大的水平电流。以贵阳铝镁设计研究院设计的420kA电解槽为例，在电解槽阴极结构不做任何优化的情况下，水平电流平均值在2721A/m2，如图1所示。从图1可以看出，铝液中的水平电流非常大，其最大值达到5000A/m2左右。如此大的水平电流对电流效率、稳定性、槽寿命均有很大的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种阶梯式扎糊阴极结构，以克服现有技术存在的水平电流大对电流效率、稳定性、槽寿命均有很大影响的不足。
为了解决所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：在靠近阴极钢棒出电端设置阶梯式形状的扎糊面，在阶梯式形状的扎糊面位置填充耐高温绝缘材料。
耐高温绝缘材料为陶瓷纤维棉。
耐高温绝缘材料填充的面积为传统炭糊填充总面积的1/18至1/8，
值在180mm到270mm之间，满足
，
，，式中，
为阴极长度，
为填充的阶梯式形状的耐高温绝缘材料长度，
为扎糊总高度，
、
分别为填充的阶梯式形状的耐高温绝缘材料的两个阶梯的高度。
阶梯面数量为两个或两个以上。
阶梯形状包括三角形或圆弧形。
本发明施工简单，不存在材料加工问题，作用明显，是一个非常有利于减小水平电流的阴极装置，具有较高的实用价值，因此该阴极结构在旧电解槽改造或新电解槽设计中都可以使用。
附图说明
图1为传统阴极结构水平电流分布示意图；
图2为本发明的结构示意图、主视图；
图3为图2的A—A剖视图；
图4为图2的B—B剖视图；
图5为本发明阴极结构水平电流分布示意图。
具体实施方式
本发明的实施实例：在靠近阴极钢棒2出电端设置阶梯式形状的扎糊面4，在阶梯式形状的扎糊面4的位置填充耐高温绝缘材料，耐高温绝缘材料为陶瓷纤维棉。
图3、4中，1为阴极炭块，2为阴极钢棒，3为钢棒糊扎糊面，4为阶梯式形状的扎糊面。
图4中，
为阴极长度，
为填充的阶梯式形状的耐高温绝缘材料长度，
与
的关系为： 
。
该阴极结构中由于靠钢棒出电端处炭块和钢棒的接触面积减小，因此会迫使铝液中的电流往中间流，从而达到水平电流的目的。从计算结果来看，采用本发明的阴极结构以后，水平电流得到了显著降低，其平均值由原来的2721 A/m2降低至了768A/m2，如图5所示。
因此，用阶梯式截面扎糊的阴极结构，只要“阶梯”尺寸合理，可以非常有效地控制水平电流，同时，可以适当增加阴极钢棒高度来控制阴极压降。
Claims (5)
1.一种阶梯式扎糊阴极结构，其特征在于：在靠近阴极钢棒（2）出电端设置阶梯式形状的扎糊面（4），在阶梯式形状的扎糊面（4）位置填充耐高温绝缘材料。
2.根据权利要求1所述的阶梯式扎糊阴极结构，其特征在于：耐高温绝缘材料为陶瓷纤维棉。
3.根据权利要求1所述的阶梯式扎糊阴极结构，其特征在于：耐高温绝缘材料填充的面积为传统炭糊填充总面积的1/18至1/8， 
值在180mm到270mm之间，满足
式中，
为阴极长度，
为填充的阶梯式形状的耐高温绝缘材料长度，
为扎糊总高度，
分别为填充的阶梯式形状的耐高温绝缘材料的两个阶梯的高度。
4.根据权利要求1所述的阶梯式扎糊阴极结构，其特征在于：阶梯面数量为两个或两个以上。
5.根据权利要求1所述的阶梯式扎糊阴极结构，其特征在于：阶梯形状包括三角形或圆弧形。
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