一种复合阴极钢棒和阴极炭块组的结构的制作方法

本发明涉及一种铝电解技术中的电解槽，尤其涉及一种电解槽中的复合阴极钢棒和阴极炭块组的结构。

背景技术：

当今铝电解技术的发展趋势是以电解槽大型化和高稳定性为主线，努力追求电解槽高电流效率和低电耗。这种发展趋势对电解槽内铝液中水平电流、阴极组压降的设计提出了更高的要求，同时也要兼顾电解槽的区域热平衡。阴极结构（或钢棒）的设计是目前的研究热点之一。

专利cn101451249b提出一种在阴极炭块下部或下面设置导电体，电流直接从槽底流出的阴极结构，可以从根源上消除铝液中的水平电流，但由于安全方面的考虑，该方法并未大规模工业应用；专利cn102268695a和us6231745b1提出以高导电特性的铜或其他高导电率材料取代钢棒或部分钢棒的阴极集流方式，可将水平电流由铝液层转移至阴极炭块底部，减小铝液体中的水平电流，但该类型专利很难满足阴极钢棒的热平衡设计要求；cn2892888y、cn101545118b和cn102453927b等大量专利通过调整阴极钢棒的电阻分配，通常为增加阴极钢棒头处的电阻来迫使电流向垂直方向流动。该类型专利的阴极端部水平散热多、槽内伸腿过长，且阴极端部结构复杂，容易造成电解槽的漏槽风险。这种缺陷在采用石墨化阴极和加铜钢棒的电解槽中尤为明显。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题本发明提供一种复合阴极钢棒和阴极炭块组的结构，目的是实现大幅度降低铝液中水平电流和阴极压降，有效减少阴极炭块端头部位的水平散热，有利于形成良好的炉帮及伸腿形状，提高电解槽的磁流体稳定性和热平衡稳定性，有利于进行内衬设计和热平衡设计，大幅度降低此处漏槽的机率。

为了实现上述目的，本发明是这样实现的：一种复合阴极钢棒和阴极炭块组的结构，阴极炭块下部通过炭糊扎固或生铁浇铸固定阴极钢棒，阴极钢棒露出阴极炭块下部的区域用耐火防渗浇注料浇注，在阴极炭块钢棒槽内靠近阴极炭块端部处的阴极钢棒截面变小，在区域由此所形成的空间用耐高温可压缩材料填充。

上述的在阴极炭块下部露出的每根阴极钢棒两侧焊接锚固钢筋，锚固钢筋设在耐火防渗浇注料内，在阴极炭块中部下方的阴极钢棒端部外侧设有中部耐高温可压缩材料。

上述的锚固钢筋以设在耐火防渗浇注料内的阴极钢棒长度方向设置，靠近阴极炭块中间的锚固钢筋向阴极钢棒伸出端倾斜，靠近阴极钢棒伸出端的锚固钢筋向阴极炭块中心倾斜，设在耐火防渗浇注料内的阴极钢棒长度方向中部区域的锚固钢筋与阴极钢棒垂直设置；阴极钢棒截面变小处为阶梯式变小或渐变式变小。

上述的中部耐高温可压缩材料的外侧上部填充炭糊料，靠近阴极炭块中间的阴极钢棒端面镶嵌在中部耐高温可压缩材料内。

上述的阴极钢棒伸出端下折。

上述的阴极钢棒伸出端通过焊接增大其横截面积。

上述的阴极炭块中部区域对应的阴极钢棒上的锚固钢筋为垂直插入阴极炭块的钢钉，钢钉的另一端用钢制连接带与阴极钢棒焊接。

上述的阴极钢棒内设置铜棒或铜合金棒，铜棒或铜合金棒有一处或多处变径，使阴极钢棒的电阻率从中部耐高温可压缩材料一端向伸出端变大。

上述的在阴极钢棒两侧外表面刷斑马条纹状绝缘或高电阻率材料，斑马条纹状绝缘或高电阻率材料从阴极钢棒的中部向伸出端变大。

本发明的优点效果：本发明实现大幅度降低铝液中水平电流和阴极压降，又能在阴极炭块端部形成一个规整的空间，可有效减少阴极炭块端头部位的水平散热，有利于形成良好的炉帮及伸腿形状，提高了电解槽的磁流体稳定性和热平衡稳定性，有利于进行内衬设计和热平衡设计，大幅度降低此处漏槽的机率。

本发明的复合阴极钢棒和阴极炭块组的结构还可有效抑制、吸收钢棒由于热膨胀造成的应力变形，大幅度减弱由于钢棒膨胀对电解槽壳和阴极炭块的破坏，提高电解槽的寿命和健康服役期。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是图1的b-b剖示意图。

图3是图1的c-c剖示意图。

图4是本发明实施例2的结构示意图。

图5是本发明实施例3的结构示意图。

图6是本发明实施例4的结构示意图。

图7是图6的a-a剖示意图。

图8是本发明实施例5的结构示意图。

图9是图8的a-a剖示意图。

图10是本发明实施例6的结构示意图。

图11是本发明实施例7的结构示意图。

图12是本发明实施例8的结构示意图。

图13是本发明实施例9的结构示意图。

图14是本发明实施例10的结构示意图。

图15是本发明实施例11的结构示意图。

图16是本发明实施例12的结构示意图。

图17是本发明实施例13的结构示意图。

图18是图17的b-b剖示意图。

图19是图17的c-c剖示意图。

图20是本发明实施例14的结构示意图。

图21是图20的b-b剖示意图。

图22是图21的c-c剖示意图。

图23是本发明实施例15的结构示意图。

图24是图23的c-c剖示意图。

图中，1、阴极钢棒；2、阴极炭块；3、扎固炭糊或磷生铁；4、端部耐高温可压缩材料；5、炭糊料；6、耐火防渗浇注料；7、锚固钢筋；8、铜或铜合金棒或板；9、排气孔；10、填充钢棒；11、连接带；12、钢钉；13、绝缘或高电阻率材料；14、中部耐高温可压缩材料。

具体实施方式

下面针对附图，对本发明的实现措施进行描述，但本发明的保护范围不受本发明中实施例所限。

实施例1

如图1-3所示，一种复合阴极钢棒和阴极炭块组的结构，在阴极炭块2下部通过扎固炭糊或磷生铁3固定阴极钢棒1，阴极钢棒1在阴极炭块2下部露出部分用耐火防渗浇注料6浇注，在阴极极块钢棒槽内靠近阴极炭块2端部处的阴极钢棒1截面变小，并在此区域所形成的空间内填充端部耐高温可压缩材料4，以吸收阴极钢棒的热膨胀。在阴极炭块2中部下方的阴极钢棒1端部外侧设有中部耐高温可压缩材料14，以吸收阴极钢棒的热膨胀。阴极钢棒1为4根，以阴极炭块2中心线对称设置。

在阴极炭块2下部露出的每根阴极钢棒1两侧焊接锚固钢筋7，锚固钢筋7设在耐火防渗浇注料6内。锚固钢筋7以设在耐火防渗浇注料6内的阴极钢棒1长度方向设置，靠近阴极炭块2中间的锚固钢筋7向阴极钢棒1伸出端倾斜，靠近阴极钢棒1伸出端的锚固钢筋7向阴极炭块2中心倾斜，设在耐火防渗浇注料6内的阴极钢棒1长度方向中部区域的锚固钢筋7与阴极钢棒1垂直设置，以适应阴极钢棒1的热膨胀。

所述的阴极钢棒1截面变小处为阶梯式变小，阴极钢棒1截面变小处的上表面与阴极炭块2下表面齐平，或略低或略高。

所述的中部耐高温可压缩材料14的外侧上部填充炭糊料5，靠近阴极炭块2中间的阴极钢棒1端面镶嵌在中部耐高温可压缩材料14内，起到吸收热变形和防渗保护作用。

这样阴极钢棒1与阴极炭块2结构可有效减阴极炭块端部的水平散热，有利于形成良好的伸腿，维持炉底良好的区域热平衡。

实施例2

如图4所示，一种复合阴极钢棒和阴极炭块组的结构，在阴极炭块2下部通过炭糊扎固固定阴极钢棒1，阴极钢棒1在阴极炭块2下部露出部分用耐火防渗浇注料6浇注，在阴极极块内靠近阴炭极块2端部处的阴极钢棒1截面变小，并在此区域所形成的空间内填充端部耐高温可压缩材料4，以吸收阴极钢棒的热膨胀。在阴极炭块2中部下方的阴极钢棒1端部外侧设有中部耐高温可压缩材料14，以吸收阴极钢棒的热膨胀。阴极钢棒1为4根，以阴极炭块2中心线对称设置。

所述的阴极钢棒1截面变小处为渐变式变小，阴极钢棒1截面变小处的上表面与阴极炭块2下表面齐平。

所述的中部耐高温可压缩材料14的外侧上部填充炭糊料5，靠近阴极炭块2中间的阴极钢棒1端面镶嵌在中部耐高温可压缩材料14内，起到吸收热变形和防渗保护作用。

这样阴极钢棒1与阴极炭块2结构可有效减阴极炭块端部的水平散热，有利于形成良好的伸腿，维持炉底良好的区域热平衡。

实施例3

如图5所示，实施例1中的阴极钢棒1伸出端端头两侧通过焊接增大其横截面积，以减少此部分阴极钢棒1的电阻，其它同实施例1。

实施例4

如图6所示，实施例2中的阴极钢棒1伸出端端头下部通过焊接增大其横截面积，以减少此部分阴极钢棒1的电阻，阴极钢棒1截面变小处的上表面低于阴极炭块2下表面，如图7所示，其它同实施例2。

实施例5

如图8所示，实施例4中的阴极钢棒1伸出端端头下部通过焊接增大其横截面积，以减少此部分阴极钢棒1的电阻，阴极钢棒1截面变小处的上表面高于阴极炭块2下表面，如图9所示。

阴极钢棒1伸出端从端部水平开孔，在孔的内侧开有排气孔9，将铜棒8插入孔内后排完气封闭排气孔，在其它同实施例4。

实施例6

如图10所示，阴极钢棒1为2根，以阴极炭块2中心线对称设置。阴极钢棒1伸出端下折。其它同实施例1。

实施例7

如图11所示，阴极钢棒1下折的伸出端从端部水平开孔，在孔的内侧开有排气孔，将铜棒8插入孔内后排完气封闭排气孔，在阴极钢棒下部从阴极炭块中心端向伸出端开槽埋入三根长度不等的铜棒8，三根铜棒8的长度从阴极炭块中心端向阴极炭块外侧依次减小，使阴极钢棒的电阻从中部耐高温可压缩材料一端向伸出端增大，其它同实施例6。

实施例8

如图12所示，在阴极钢棒1下部位置开孔插入一根变截面铜棒8，使阴极钢棒的电阻率从中部耐高温可压缩材料一端向伸出端增大，其它同实施例1。

实施例9

如图13所示，在阴极钢棒1下部位置两端分别开孔后插入一根铜合金棒8，在阴极钢棒1靠近炭块中心处水平插入的铜合金棒8外侧再插入填充钢棒10，其它同实施例1。

实施例10

如图14所示，在阴极钢棒1伸出端下部位置开孔后插入一根铜合金棒8，在阴极钢棒1靠近炭块中心处上部水平插入铜合金棒8后外侧再插入填充钢棒10，其它同实施例9。

实施例11

如图15所示，实施例10中的两根铜合金棒再通过开槽埋入一根铜合金棒连接。其它同实施例10。

实施例12

如图16所示，在阴极钢棒1中部位置倾斜向下开槽镶嵌铜棒8，在阴极钢棒1伸出端水平开孔插入铜棒8，其它同实施例11。

实施例13

如图17-19所示，阴极炭块2中部区域垂直插入钢钉12，用钢制连接带11与阴极钢棒1焊接起来，插入的钢钉12替代部分锚固钢筋7，进一步降低铝液中的水平电流，在阴极钢棒1伸出端水平开孔插入铜棒8，其它同实施例1。

实施例14

如图20-22所示，在阴极钢棒1两侧外表面刷斑马条纹状绝缘或高电阻率材料，斑马条纹状绝缘或高电阻率材料从阴极钢棒的中部向伸出端密度变大，可有效调节阴极钢棒1和阴极炭块2的接触电阻，使铝液中电流较均匀的流入阴极。在阴极钢棒1伸出端水平开孔插入铜棒8，其它同实施例1。

实施例15

如图23-24所示，在阴极阴极炭块2中部下方的阴极钢棒1端部外侧上部填充炭糊料5，下部填充防渗浇注料6，锚固钢筋7全部向阴极炭块中心倾斜，其他如实施例1。