專利名稱：陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊的制作方法
技術領域：
陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊技術領域本發明主要應用于預焙鋁電解槽陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊結構設 計和構造安裝。技術背景為了消除和減輕電解槽熔池內鋁液層磁旋流的波動，減少造成電解質 極距增高的負面因素影響，降低電解鋁的生產工藝電耗，我們在2008年8月申請了發明專 利(專利申請號=200810147371. 7)和實用新型專利(專利號=200820132413. 5) “帶有鋁 液磁旋流調整裝置的陰極內襯”，實用新型專利于2009年8月7日，已獲授權并公開。在鋁電解槽陰極內襯上安裝構造上鋁液磁旋流調整裝置(即調整塊)，用流調整 裝置的阻隔作用，切斷、阻隔、改變鋁液磁旋流的流動方向，減減緩鋁液磁旋流流速和沖擊 強度以及波動影響范圍，用以消除和減少因電解槽結構設計所造成的電解槽熔池內產成鋁 液層磁旋流沖擊波動對電解質及極距高度設定所帶來的負面影響，達到降低極距電壓設 定，實現降低電解鋁工藝電耗的目的。鋁液磁旋流調整裝置可用碳素石墨搗固糊料在陰極內襯上直接搗固制造而成；可 用抗鋁液電解質侵蝕的碳素石墨材料或耐火材料預制加工成塊狀部件后安裝在陰極內襯 上；鋁液磁旋流調整裝置的形狀可制作成矩形塊、園角矩形塊、梯形或凹凸臺形；鋁液磁旋 流調整裝置在電解槽陰極內襯上可沿中心線方向進行平行布置、垂直布置、交叉布置可進 行局部間隔布置或整體連接布置。在鋁電解槽陰極內襯上，構造安裝上鋁液磁旋流調整裝置，即調整塊的應用實踐 證明，鋁電解槽的平均電壓降下降150mV左右噸鋁可節電450KWH以上，經濟效益顯著。但 是在推廣應用過程過程中，一些單位由于對鋁液磁旋流調整塊和陰極內襯的構造方式缺乏 明確的了解，如用材料比重大于鋁液比重的耐高溫抗鋁液、抗電解質侵蝕的耐火材料預制 加工成塊狀部件在電解工況狀態下如何的固定安裝在帶有鋁液的陰極內襯上，缺乏技術支 撐，有時采用抗電解質鋁液侵蝕沖刷較差的耐火材料作為磁旋流調整塊的母材，致使磁旋 流調整塊的使用壽命縮短。或采用相對比重較小的耐火材料，或造型安裝構造方式不當、造 成磁旋流調整塊的漂移擺動，致使鋁液磁旋流調整裝置(即調整塊)技術功能難以實現。發明內容為了加快推廣帶有鋁液磁旋流調整裝置的陰極內襯鋁電解節能技 術，使磁旋流調整塊穩定固定在由陰極碳塊和搗固糊構成的陰極內襯上部鋁液層內，保 證磁旋流調整塊的阻流調整鋁液磁旋流功能的實現，提高鋁液磁旋流調整裝塊抗侵蝕的 穩定性，提高鋁液磁旋流調整裝塊抗侵蝕的化學穩定性，延長磁旋流調整塊的壽命，本發 明技術方案是對發明專利(專利申請號=200810147371. 7)和實用新型專利(專利號 200820132413. 5) “帶有鋁液磁旋流調整裝置的陰極內襯”技術方案的補充與完善，將詳盡 的論述由陰極碳塊和搗固縫間糊構成的陰極內與磁旋流調整塊的構造方式。陰極內襯與磁旋流調整塊構造結合的技術方案，其特征是；在磁旋流調整塊與陰 極內襯之間采用凹凸穿插固定鑲嵌連接的構造方式，將磁選流調整塊安裝構造在由陰極碳 塊和縫間搗固糊構筑的陰極內襯上。依據上述技術方案鋁液磁旋流調整塊在采用碳素石墨搗固糊材料制成，與陰極 內襯構造連接時，可直接采用鋼模殼定型搗固的方式構造在陰極內襯上的縫間搗固糊上，使鋁液磁旋流調整塊的碳素搗固糊料與陰極內襯形成一體。依據上述技術方案鋁液磁旋流調整塊在采用碳素石墨搗固糊材料制成，與陰極 內襯構造連接時，可采用在陰極碳塊上打構造連接孔，然后再采用鋼模殼定型的方式搗固 構造在陰極內襯的陰極碳塊上使鋁液磁旋流調整塊的碳素搗固糊料與陰極內襯形成一體。依據上述技術方案在鋁液磁旋流調整塊的下方構造有凸型臺支腿，用其凸型支 腿坐落構造在陰極內襯上，為增加鋁液磁旋流調整塊在陰極內襯上的穩定性，利用的磁旋 流調整塊下部與陰極內襯上表面點接觸面的局部壓強大于平面接觸壓強的原理，安裝固定 在陰極內襯上。依據上述技術方案在由陰極內襯和搗固糊構成陰極內襯上構造出凹槽，并在磁 旋流調整塊的下端構造有下凸臺，為增加磁旋流調整塊抗鋁液磁旋流沖擊的穩定性，磁旋 流調整塊與陰極內襯連接時，采用凹凸穿插扣合鑲嵌連接安構造，安裝構造在陰極內襯上。依據上述技術方案在由陰極內襯和搗固糊構成陰極內襯上構造出凸臺，并在磁 旋流調整塊的下端構造有下凹槽，為增加磁旋流調整塊抗鋁液磁旋流沖擊的穩定性，磁旋 流調整塊在與陰極內襯構造連接時，采用凹凸穿插扣合鑲嵌連接構造，安裝構造在陰極內 襯上。依據上述技術方案，陰極內襯上以及磁旋流調整塊上，用于與磁旋流調整塊進行 扣合穿插連接的凸臺，用搗固糊搗固制成，或用碳素石墨磚塊以及耐火磚塊預制成塊狀部 件，安裝在陰極內襯上。依據上述技術方案鋁液磁旋流調整塊采用碳素石墨復合材料制成，其碳素石墨 復合材料磁旋流調整塊，外部包裹殼體為抗電解質侵蝕的碳素石墨材料，內部芯體采用比 重大鋁液的耐火材料或金屬材料制成，其磁旋流調整塊的總體比重大于鋁液比重。依據上述技術方案，鋁液磁旋流調整塊在采用小于鋁液的石墨碳素材料制備時， 鋁液次旋流調整塊可在與陰極內襯構造連接時，與陰極內襯采用凹凸穿插鑲嵌結構，在安 裝構造在陰極內襯上。依據上述技術方案，鋁液磁旋流調整塊在用比重大于鋁液的高密度內火材料制 備，在鋁電解槽電解工況條件下更換陽極時，利用材料比重差別，采用沉降安裝法將磁旋流 調整塊與陰極內襯采用凹凸扣合結構，安裝在陰極內襯上。采用上述技術方案，可以將磁旋流調整塊穩定的構造安裝在陰極內襯上。以實現 磁旋流調整塊在陰極內襯之上，鋁液高度層內，利用磁旋流調整塊的對鋁液磁旋流產生的 阻隔作用，減緩和調整鋁液磁旋流的流速和波動強度，從而到達降低電解質極距，降低極距 電壓降，實現電解鋁節能降耗的目的。

[0018]圖1為陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊的構造方式實施方案一的主視圖[0019]圖2為圖2的俯視圖[0020]圖3為陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊的構造方式實施方案.二的主視圖[0021]圖4為圖3的俯視圖。[0022]圖5為圖3側視斷面圖；[0023]圖6；為陰極內襯鋁液磁旋流調整塊的構造方式實施方案三的主視圖[0024]圖7 為圖6的俯視圖[0025]圖8 為圖6的側視斷面圖[0026]圖9 為陰極內襯鋁液磁旋流調整塊的構造方式實施方案四的主視圖[0027]圖10為圖9的俯視圖[0028]圖11為圖6的側視斷面圖[0029]圖12為陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊的構造方式實施方案五的主視圖[0030]圖13為圖12的俯視圖。[0031]圖14為圖12的側視斷面圖。[0032]圖15為磁旋流調整塊下底部帶有凸形臺的主視圖。[0033]圖16為圖15的側視剖面圖。[0034]圖17為磁旋流調整塊下底部帶有凹槽的主視圖。[0035]圖18為圖17的側視剖面圖。[0036]圖19為復合材料磁旋流調整塊的主視圖。[0037]圖20為圖19的側視剖面圖。[0038]圖21為磁旋流調整塊在陰極內襯上構造安裝位置的立面示意圖。[0039]圖22為圖21的俯視平面圖。[0040]其圖中序號所示1鋁液磁旋流調整塊、2陰極碳塊、3陰極鋼棒、4搗固糊
內襯、6鋁液、7凸臺、8凹槽、9包裹殼、10芯體、11搗固糊料、12凹孔、13鋼模具。 具體實施方案本發明陰極內襯鋁液磁旋流調整塊構造的技術方案是帶有鋁液磁旋流調整塊(1) 即鋁液磁旋流調整裝置的陰極內襯(5)，發明專利的完善與補充其技術方案是在鋁電解槽 鋼殼體內，保溫耐火層以上，側部爐墻中間由陰極碳塊(2)和陰極鋼棒(3)用搗固糊搗(4) 固砌筑而成陰極內襯(5)上，根據電解槽熔池內陰極內襯上部鋁液(6)層的容量、鋁液(6) 層面高度、電流強度、電流分布密度，鋁液的磁場變化、鋁液磁旋流運動方向或強度影響范 圍，熱平衡等工況條件，在鋁電解槽熔池陰極內襯(5)上，產成鋁液(6)的高度層內，安裝 構造上鋁液磁旋流調整塊(1)，靠鋁液磁旋流調整塊(1)的阻隔作用，阻隔或調整因磁場而 產生的鋁液磁旋流運動方向或波動影響的范圍及強度，減少或消除因鋁液磁旋流波動對電 解質及電解極距電壓設定因素所帶來的負面影響，為了提高磁旋流調整塊的穩定性、抗侵 蝕性、抗沖刷性，減少磁旋流調整塊(1)與陰極內襯(5)的構造成本，延長磁旋流調整塊(5) 的使用生命周期，特就磁旋流調整塊(1)與陰極內襯(5)的構造方式提出以下具體實施方 案。實施例一鋁液磁旋流調整塊(1)可以用石墨碳素搗固糊料(U)直接搗固構造在 由陰極碳塊(2)、和搗固糊(3)所構成的陰極內襯(5)上。如圖1圖2所示為了增加連接強 度，可先在陰極碳塊鉆制上連接凹孔(12)，然后再安裝上鋁液磁旋流調整塊(1)的鋼模具 (13)，再在鋼模具(13)中填充石墨碳素搗固糊料(11)分層搗固扎實，脫模即可，為了提高 鋁液磁旋流調整塊(1)的抗沖刷抗性能，可在搗固糊中加入硼化鈦、碳化硼等材料，或加入 抗鋁液侵蝕沖刷的耐火材料。實施例二 鋁液磁旋流調整塊(1)可用石墨碳素材料預制加工成塊狀部件，再用搗固糊(11)或碳膠泥安裝構造在陰極內襯(5)上，如圖3圖4圖5所示，為了提高鋁液磁 旋流調整塊(1)和陰極碳塊(2)的連接強度，可在由陰極碳塊(2)和搗固糊料3構造成的 陰極內襯(5)上預制上凹槽(8)，然后將用石墨碳素材料預制加工成塊狀的鋁液磁旋流調 整塊(1)，鑲嵌在陰極內襯(5)上，用搗固糊料(11)搗固扎實即可。實施例三鋁液磁旋流調整塊(1)可用氮化硅結合碳化硅、等材料比重大于電解 槽熔池內產成鋁液(6)的比重的耐高溫抗鋁液抗電解質侵蝕的耐火材料預制加工成塊狀 部件，再安裝構造在陰極內襯(5)上。如圖6圖7圖8所示，為了防止磁旋流調整塊(1) 在鋁液磁選流的沖擊下的移動，可在磁旋流調整塊(1)的下底面部構造上凸臺(7)下支腿， 利用凸臺(7)下支腿點接觸壓強大于整體面接觸壓強的原理，增加其穩定性。采用這種大比重高密度的鋁液磁旋流調整塊(1)可在電解槽啟動生產后更換陽 極時，沉降安裝在電解槽陰極內(5)襯上。實施例四為了增加磁旋流調整塊(1)的穩定性和自身比重，采用高密度的耐火 材料制作的磁旋流調整塊(1)的下底面部，不僅可以構造成平面，也可構造成凹凸臺槽型。 鋁液磁旋流調整塊(1)的下底部為凸臺(7)構造時，如15圖16所示，在陰極內襯上相應的 部位先預制上凹槽(8)如圖，構造安裝時，將鋁液磁旋流調整塊(1)的下底部的凸臺(7)，與 陰極內襯(5)上相對應的凹槽⑶進行穿插扣合連接即可，如圖9圖10圖11所示。實施例五；為了增加磁旋流調整塊(1)的穩定性自身比重，采用高密度的耐火材 料制作的磁旋流調整塊(1)的下底面部，不僅可以構造成平面，也可構造成凹凸臺槽型。鋁 液磁旋流調整塊(1)的下底部為凹槽(8)構造時，如圖17圖18所示，可在陰極內襯上相應 的部位先預制上凸臺(7)，構造安裝時，將鋁液磁旋流調整塊(1)的下底部的凹槽(8)，與陰 極內襯上(5)相對應的凸臺(7)進行穿插扣合連接即可，如圖12圖13圖14所示。實施例六為了增加磁旋流調整塊(1)的穩定性和自身比重和提高磁旋流調整塊 的耐侵蝕抗沖刷性能，磁旋流調整塊(1)采用內部芯體(10)為高密度的耐火材料，外部包 裹殼(9)體為碳素材料的復合結構，制造成碳素復合材料的磁旋流調整塊(1)如圖19圖20 所示。其復合材料的磁旋流調整塊的內部芯體(10)也可以用金屬材料制成，外部碳素包 裹殼(9)材料在選用碳素石墨材料時，可添加碳化硼、硼化鈦、碳化硅、鋁鎂尖晶石等耐火 材料，以提高外部包裹殼(9)體材料的抗沖刷耐侵蝕性能。實施例七為了提高鋁液磁旋流調整塊(1)的導電性能，液磁旋流調整塊(1)可構 造成環狀形體，磁旋流調整塊(1)的上表面和下底面之間可設置有上下貫通的鋁液(6)通 流孔，以便使其中部形成與陰極碳塊(2)相同的鋁液(5)導電層。其通鋁液(6)通流孔的 斷面可以是矩形，或是半園矩形。如圖22所示。實施例八鋁液磁旋流調整塊(1)在電解槽陰極內襯(5)上可沿中心線方向進行 平行布置、垂直布置、交叉布置，可進行局部間隔布置或整體連接布置，如圖21圖22所示。鋁液磁旋流調整塊(1)在電解熔池陰極內襯(5)上安裝構造后，在電解槽工況狀 態下，依靠鋁液磁旋流調整塊(1)的阻隔作用，阻斷或調整因磁場而產生的鋁液(6)磁旋流 運動方向或波動影響的范圍及強度，形成電解熔池內相對穩定的產成鋁液(6)層，減少或 消除因鋁液(6)層的磁旋流波動對電解質極距電壓設定因素的負面影響，以降低電解槽的 極距電壓降設定，減少電解鋁生產的電阻耗電。
權利要求本發明陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊，其技術特征是；在陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊之間采用凹凸固定連接的構造方式，將鋁液磁選流調整塊安裝構造在由陰極碳塊和縫間搗固糊構筑的陰極內襯上。
2.依據權利要求1所述的陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊，其特征是鋁液磁旋流調整 塊在采用碳素石墨搗固糊材料制成，與陰極內襯構造連接時，可直接采用鋼模殼定型搗固 的方式構造在陰極內襯上的縫間搗固糊上，使鋁液磁旋流調整塊的碳素搗固糊料與陰極內 襯形成一體。
3.依據權利要求1所述的陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊，其特征是鋁液磁旋流調整 塊在采用碳素石墨搗固糊材料制成，與陰極內襯構造連接時，可采用在陰極碳塊上打構造 連接孔，然后再采用鋼模殼定型的方式搗固構造在陰極內襯的陰極碳塊上使鋁液磁旋流調 整塊的碳素搗固糊料與陰極內襯形成一體。
4.依據權利要求1所述的陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊，其特征是在鋁液磁旋流調 整塊的下方構造有凸型臺支腿，用其凸型支腿坐落構造在陰極內襯上，為增加鋁液磁旋流 調整塊在陰極內襯上的穩定性，利用的磁旋流調整塊下部與陰極內襯上表面點接觸面的局 部壓強大于平面接觸壓強的原理，安裝固定在陰極內襯上。
5.依據權利要求1所述的陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊，其特征是在由陰極內襯和 搗固糊構成陰極內襯上構造出凹槽，并在磁旋流調整塊的下端構造有下凸臺，為增加磁旋 流調整塊抗鋁液磁旋流沖擊的穩定性，磁旋流調整塊與陰極內襯連接時，采用凹凸穿插扣 合鑲嵌連接安構造，安裝構造在陰極內襯上。
6.依據權利要求1所述的陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊，其特征是在由陰極內襯和 搗固糊構成陰極內襯上構造出凸臺，并在磁旋流調整塊的下端構造有下凹槽，為增加磁旋 流調整塊抗鋁液磁旋流沖擊的穩定性，磁旋流調整塊在與陰極內襯構造連接時，采用凹凸 穿插扣合鑲嵌連接構造，安裝構造在陰極內襯上。
7.依據權利要求1所述的陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊，其特征是陰極內襯上以及 磁旋流調整塊上，用于與磁旋流調整塊進行扣合穿插連接的凸臺用搗固糊搗固制成，或用 碳素石墨磚塊以及耐火磚塊預制成塊狀部件，安裝在陰極內襯上。
8.依據權利要求1所述的陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊，其特征是鋁液磁旋流調整 塊采用碳素石墨復合材料制成，其碳素石墨復合材料磁旋流調整塊，外部包裹殼體為抗電 解質侵蝕的碳素石墨材料，內部芯體采用比重大鋁液的耐火材料或金屬材料制成，其磁旋 流調整塊的總體比重大于鋁液比重。
9.依據權利要求1所述的陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊，其特征是鋁液磁旋流調整 塊在采用小于鋁液的石墨碳素材料制備時，鋁液次旋流調整塊與陰極內襯采用凹凸穿插鑲 嵌結構，在安裝構造在陰極內襯上。
10.依據權利要求1所述的陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊，其特征是鋁液磁旋流調整 塊在用比重大于鋁液的高密度耐火材料制備，利用材料比重差別，在鋁電解槽更換陽極時， 采用沉降安裝法將磁旋流調整塊與陰極內襯采用凹凸扣合結構，安裝在陰極內襯上。專利摘要陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊主要應用于預焙鋁電解槽陰極內襯與鋁液磁旋流調整塊結構設計和構造安裝。是“帶有鋁液磁旋流調整裝置的陰極內襯”專利技術方案的補充與完善，其技術方案特征是；在磁旋流調整塊與陰極內襯之間采用凹凸穿插固定鑲嵌連接的構造方式，將磁選流調整塊安裝構造在由陰極碳塊和縫間搗固糊構筑的陰極內襯上。
文檔編號C25C3/08GK201665717SQ201020138698
公開日2010年12月8日 申請日期2010年3月1日 優先權日2010年3月1日
發明者高德金 申請人:高德金