本發(fā)明屬于鋁電解，尤其涉及一種低電壓陰極結構及其生產方法。

背景技術：

1、為達到更好的性能指標、更好的環(huán)保效果，現代鋁電解槽技術朝著電解槽大容量和高電流密度方向發(fā)展，其目的是降低噸鋁投資、降低鋁電解槽電耗、提高勞動生產率、給鋁廠帶來最大的經濟效益。

2、而在鋁電解槽正常生產過程中，鋁液中的垂直電流與水平磁場相作用而產生的電磁力，會引起鋁液中心部分隆起，當槽內電流不對稱時使鋁液旋轉滾動，降低電流效率，且當夾帶沉淀的鋁液產生的旋渦流使陰極炭塊受沖刷而形成沖蝕坑，以后會越磨越深，使陰極破損。大容量和高電流密度電解槽由于其電流輸入大，磁場增強，同樣會使電解槽陰極破損的概率增大。

3、傳統陰極炭塊和鋼棒組裝采用炭糊扎固，采用這種組裝方式的缺點在于電解槽鋁液中的水平電流較大，水平電流與垂直磁場作用產生的電磁力帶動熔體的流動和波動，進而影響電解槽的磁流體穩(wěn)定性?，F有技術中也有通過在陰極鋼棒和陰極炭塊之間澆鑄磷生鐵的方法，但是由于工藝問題，可能導致產品性能下降。

技術實現思路

1、鑒于現有技術的上述缺點、不足，本發(fā)明提供一種低電壓陰極結構及其生產方法，通過合理的結構及工藝流程，提升低電壓陰極質量，降低陰極炭塊組的整體電壓降，降低鋁液中的水平電流，增加電解槽穩(wěn)定性，減少陰極炭塊組破損。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術方案包括：

3、一種低電壓陰極結構，包括相互連接的陰極炭塊、陰極鋼棒，二者之間填充磷生鐵，在陰極鋼棒與陰極炭塊之間的磷生鐵兩端部位置，通過鋼棒用搗打料封堵、絕緣，陰極鋼棒之間的中縫位置設有由接近陰極鋼棒端部至遠離陰極鋼棒端部依次設置陶瓷纖維毯、鋼棒用糊料，在陰極鋼棒與陰極炭塊連接位置的外圍設有水玻璃與耐火泥漿混合物層，在陰極鋼棒與陰極炭塊連接處底部焊接錨固件，在錨固件上于陰極鋼棒與陰極炭塊連接位置底部，設置防滲澆注料。

4、進一步地，所述陰極鋼棒為截面為矩形、方形、圓形、異形，陰極炭塊的鋼棒槽形狀與陰極鋼棒形狀相匹配。

5、本發(fā)明還提供了一種生產所述的低電壓陰極的生產方法，包括如下步驟：

6、1）將陰極炭塊用夾具吊運至陰極預組裝工位；

7、2）在陰極炭塊表面標示位置；

8、3）對陰極炭塊鋼棒槽清灰；

9、4）將用于阻擋磷生鐵流出的臨時阻擋料設置在陰極鋼棒的指定位置，并放入陰極炭塊鋼棒槽的指定位置，所述臨時阻擋料同時用于限定帶加工的鋼棒用阻擋料的長度；鋼棒軸向中心線與炭塊鋼棒槽軸向中心線平行度偏差不超過炭塊長度的1‰，預組裝后的鋼棒底表面與鋼棒槽底表面距離預留設定距離，鋼棒預裝定位時留有伸縮余量，在每組鋼棒兩圓編繩距離中間位置用耐火泥漿涂抹鋼棒凸出炭塊部分；

10、5）檢查鋼棒端部的臨時阻擋料是否密封完全，若未完全密封，則用耐高溫封堵料封堵，炭塊中心處的鋼棒槽填充用于防止?jié)茶T時鑄鐵溢出的高溫封堵料；

11、6）將預組裝好的陰極炭塊及鋼棒吊運至陰極預熱工位，陰極預熱裝置底部設置具有若干凸臺的爐臺，所述凸臺用于支撐陰極炭塊，并提供熱空氣流通通道，澆注料施工、養(yǎng)生完畢后空爐加熱烘干以除去爐臺中的水分，爐臺四周鋪設保溫材料，用于預熱爐罩與爐臺的密閉和保溫；

12、7）使用陰極預熱裝置進行燃氣加熱，按設定的升溫時間、速率升溫：

13、8）對鑄鐵融化及成分調整；

14、9）待陰極炭塊組加熱完畢，停止燃氣加熱，并移除加熱罩、保溫材料，在陰極炭塊兩側設置鑄鐵導流塊；

15、10）將溫度和成分達標的鐵水轉運，澆鑄，鐵水直接澆在鋼棒側部表面，避免澆鑄在陰極炭塊表面；

16、11）澆鑄完畢后，去除表面多余鑄鐵，使鑄后的陰極炭塊組逐步降溫避免炭塊開裂；

17、12）待陰極炭塊組側部溫度降溫至低于220℃，保溫至少2.5小時后，吊運至陰極冷卻工位；繼續(xù)冷卻至溫度低于100℃，移除臨時阻擋料及用于防止?jié)茶T時鑄鐵溢出的高溫封堵料；

18、13）待炭塊冷卻至45~50℃，進行壓降測量；

19、14）沿鑄鐵收縮縫表面用耐候防水膠封閉；

20、15）陰極組端部用陰極鋼棒搗打料填充，中縫部位預留填充陶瓷纖維板的空間，用糊料填充剩余中縫空間，中縫糊料搗實后，中縫部位塞入陶瓷纖維毯；

21、16）冷卻后的陰極炭塊組底部澆鑄防滲澆注料，所述澆鑄防滲澆注料位于鋼棒底部兩側，完全覆蓋鋼棒用搗打料及陰極炭塊及陰極鋼棒之間澆鑄的鑄鐵；

22、17）在鋼棒露出炭塊設定范圍內三面刷耐火泥漿與水玻璃混合物；

23、18）翻轉炭塊組，鋼棒凸出炭塊使用牛皮紙包裹內襯砌筑防滲澆注料位置，下槽。

24、進一步地，所述步驟6）中，陰極炭塊與凸臺之間設有耐高溫防磨料。

25、進一步地，所述步驟7）中，設定的升溫時間、速率升溫具體為：

26、起始溫度：陰極炭塊側上部溫度為室溫；第一段結束：陰極炭塊側上部溫度為200℃、升溫時間90min，升溫速率2.2℃/min；第二段結束：陰極炭塊側上部溫度為320℃、升溫時間60min，升溫速率2℃/min；保溫段：陰極炭塊側上部溫度為320℃、升溫時間30min，升溫速率0℃/min。

27、進一步地，所述步驟8）中，澆鑄用鑄鐵成分為c?2.3~2.8%；si?2.8~3.1%；mn?0.5~0.8%；s?≤0.2%；p?1.0~1.2%。

28、進一步地，所述步驟8）中，鑄鐵應滿足澆鑄溫度為1300±50℃。

29、進一步地，所述步驟10）中，澆鑄具體為鐵水一次性完全充滿鋼棒槽兩側端部，先澆鑄完畢一個炭塊后再澆鑄下一個炭塊。

30、進一步地，所述步驟13）中，壓降值處在40mv以內的陰極炭塊組比例不低于90%。

31、進一步地，所述步驟15）中，陰極鋼棒搗打料長度30-300mm。

32、進一步地，所述步驟16）中，冷卻后的陰極炭塊組底部焊接錨固件，所述錨固件用于承接防滲澆注料，焊接后錨固釘預留膨脹余量。

33、進一步地，所述步驟16）中，防滲澆注料厚度為30-150mm。

34、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的一種低電壓陰極結構及其生產方法，通過改變了傳統的陰極鋼棒與陰極炭塊生產流程，優(yōu)化了陰極導電結構，從陰極炭塊、陰極鋼棒和陰極組鐵-炭接觸壓降等降低了陰極炭塊組的整體電壓降，降低鋁液中的水平電流，增加電解槽穩(wěn)定性，減少陰極炭塊組破損。

技術特征：

1.一種低電壓陰極結構，包括相互連接的陰極炭塊（1）、陰極鋼棒（2），二者之間填充磷生鐵（8），其特征在于：在陰極鋼棒（2）與陰極炭塊（1）之間的磷生鐵兩端部位置，通過鋼棒用搗打料（9）封堵、絕緣，陰極鋼棒（2）之間的中縫位置設有由接近陰極鋼棒（2）端部至遠離陰極鋼棒（2）端部依次設置陶瓷纖維毯（7）、鋼棒用糊料（5），在陰極鋼棒（2）與陰極炭塊（1）連接位置的外圍設有水玻璃與耐火泥漿混合物（3）層，在陰極鋼棒（2）與陰極炭塊（1）連接處底部焊接錨固件（6），在錨固件（6）上于陰極鋼棒（2）與陰極炭塊連接位置底部，設置防滲澆注料（4）。

2.根據權利要求1所述的一種低電壓陰極結構，其特征在于：所述陰極鋼棒（2）為截面為矩形、方形、圓形、異形，陰極炭塊（1）的鋼棒槽形狀與陰極鋼棒（2）形狀相匹配。

3.一種生產權利要求1所述的低電壓陰極的生產方法，其特征在于，包括如下步驟：

4.根據權利要求3所述的一種低電壓陰極的生產方法，其特征在于：所述步驟6）中，陰極炭塊與凸臺之間設有耐高溫防磨料。

5.根據權利要求3所述的一種低電壓陰極的生產方法，其特征在于：所述步驟7）中，設定的升溫時間、速率升溫具體為：

6.根據權利要求3所述的一種低電壓陰極的生產方法，其特征在于：所述步驟8）中，澆鑄用鑄鐵成分為c?2.3~2.8%；si?2.8~3.1%；mn?0.5~0.8%；s?≤0.2%；p?1.0~1.2%。

7.根據權利要求2所述的一種低電壓陰極的生產方法，其特征在于：所述步驟8）中，鑄鐵應滿足澆鑄溫度為1300±50℃。

8.根據權利要求3所述的一種低電壓陰極的生產方法，其特征在于：所述步驟10）中，澆鑄具體為鐵水一次性完全充滿鋼棒槽兩側端部，先澆鑄完畢一個炭塊后再澆鑄下一個炭塊。

9.根據權利要求3所述的一種低電壓陰極的生產方法，其特征在于：所述步驟15）中，陰極鋼棒搗打料長度30-300mm。

10.根據權利要求3所述的一種低電壓陰極的生產方法，其特征在于：所述步驟16）中，冷卻后的陰極炭塊組底部焊接錨固件，所述錨固件用于承接防滲澆注料，焊接后錨固釘預留膨脹余量，防滲澆注料厚度為30-150mm。

技術總結
一種低電壓陰極結構及其生產方法，屬于鋁電解技術領域，包括相互連接的陰極炭塊、陰極鋼棒，二者之間填充磷生鐵，在陰極鋼棒與陰極炭塊之間的磷生鐵兩端部位置，通過鋼棒用搗打料封堵、絕緣，陰極鋼棒之間的中縫位置設有由接近陰極鋼棒端部至遠離陰極鋼棒端部依次設置陶瓷纖維毯、鋼棒用糊料，在陰極鋼棒與陰極炭塊連接位置的外圍設有水玻璃與耐火泥漿混合物層，在陰極鋼棒與陰極炭塊連接處底部焊接錨固件，在錨固件上于陰極鋼棒與陰極炭塊連接位置底部，設置防滲澆注料。本發(fā)明通過合理的工藝流程，提升低電壓陰極質量，降低陰極炭塊組的整體電壓降，降低鋁液中的水平電流，增加電解槽穩(wěn)定性，減少陰極炭塊組破損。

技術研發(fā)人員：胡紅武,王旋,侯金龍,孫馳航,孫康健,張琨,杜鵬飛
受保護的技術使用者：沈陽鋁鎂設計研究院有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15