阅读说明：本技术 底部出电的铝电解槽母线结构及其配置方法 (Aluminum electrolysis cell bus structure with bottom electricity output and configuration method thereof ) 是由 梁学民 冯冰 李晓春 于 2021-03-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种底部出电的铝电解槽母线结构及其配置方法,包括立柱母线、阳极母线、联络母线、阳极组、阴极组、阴极钢棒、槽底母线、短路母线、电解槽壳体以及槽两端外部的补偿母线。槽内电流由立柱母线依次流经阳极母线、联络母线、阳极组、电解质层、铝液层和阴极组后汇集在阴极钢棒后从槽底穿出,再通过槽底阴极母线流入下游槽立柱母线。由于阴、阳极以熔体层呈近似上下对称布置,能够大幅度减少铝液层水平电流；阴极电流呈分散多点设置,且直接连接下游槽立柱母线,大大减小了槽内垂直磁场波谷峰值；设置专用端部补偿母线补偿槽内垂直磁场,布置灵活,电流大小可控,可保证获得最终理想磁场分布。整体设计有利于槽侧部余热回收系统安装。(The invention discloses a bottom-powered aluminum electrolysis cell bus structure and a configuration method thereof. The current in the cell sequentially flows through the anode bus, the contact bus, the anode group, the electrolyte layer, the aluminum liquid layer and the cathode group by the upright bus, then is converged at the cathode steel bar and then penetrates out of the cell bottom, and then flows into the downstream cell upright bus by the cell bottom cathode bus. Because the cathode and the anode are approximately vertically and symmetrically arranged in the molten layer, the horizontal current of the aluminum liquid layer can be greatly reduced; the cathode current is arranged in a dispersed multi-point manner and is directly connected with the downstream cell upright post bus, so that the peak value of the vertical magnetic field trough in the cell is greatly reduced; the vertical magnetic field in the special end compensation bus compensation slot is arranged, the arrangement is flexible, the current magnitude is controllable, and the final ideal magnetic field distribution can be ensured to be obtained. The whole design is favorable for installing the waste heat recovery system at the side part of the groove.)

底部出电的铝电解槽母线结构及其配置方法

技术领域

本发明涉及铝电解技术领域，特别是涉及底部出电的铝电解槽母线结构及其配置方法。

背景技术

当前，我国铝电解技术发展较快，电解槽容量由最初160kA猛增到600kA。根据工业和信息化部的工信数据统计，我国2019年的电解铝产量为3504万吨，占全球铝产量55%左右。

铝电解槽是电解铝生产的主体设备,一个生产系列一般由数百台电解槽串联形成。传统的电解槽在工作时，电流由立柱母线上部经阳极碳块组向下，依次通过电解质层、铝液层到达阴极炭块组；流经阴极炭块电流通过镶嵌在底部的阴极钢棒向两侧分流，最终汇入槽外的阴极母线上。电流在阴极碳块组向两侧槽外流出时，会在铝液层形成较大的水平电流，这种水平电流与磁场会加剧铝液层的流动和波动，从而造成铝电解生产的效率降低、能耗增加。

其次，为了节约占地，200～360台的串联电解槽的间距在设计时要求尽可能的小。而传统铝电解槽侧部出电结构，其导电母线系统在电解槽周围侧部狭小空间中配置，也是造成当前铝电解行业电解槽侧部余热回收困难主要原因之一。

另外，传统的侧部出电铝电解槽为了补偿电解槽端部铝液层内磁场，如申请号为CN201010158476.X的专利文献公开了一种铝电解槽母线配置方法，在阴极侧部出电后多组汇集在一起，并分别绕行到槽底部及槽的两端部后接入下游槽立柱母线。母线绕行距离长，导致母线电压降增大，母线电耗增加。同时，由于与各组阴极连接的阴极母线长度不一，电压和电流分布不易达到均匀分布，从而导致各组阴极电流分布差异，也会形成槽内铝液层沿电解槽长轴方向的水平电流，水平电流与垂直磁场相互作用导致铝液流速增大，电流效率降低。

综上所述，急需一种克服传统的电解槽侧部出电母线结构及其配置方法，解决以上诸多问题，来实现铝电解槽安全生产。

发明内容

本发明为解决上述问题，提出了一种底部出电的铝电解槽母线结构及其配置方法，设计新颖、结构简单，不但能够减少铝液层的水平电流，而且，槽底母线与立柱母线一一对应，多组分散配置，结构统一，同时设置独立的外部（位于底部和端部）补偿母线，以获得理想的磁场补偿效果。此外，还有利于铝电解槽侧部余热回收系统安装。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

底部出电的铝电解槽母线结构，包括电解槽壳体和位于电解槽壳体进电侧的立柱母线，所述电解槽壳体内设置有上下对应的阳极组和阴极组，电解槽壳体底部设置有与所述立柱母线对应的槽底母线；

沿电解槽壳体宽度方向，两组所述阳极组对应一组阴极组，阳极组的导杆分别连接有阳极母线，两根所述阳极母线之间通过联络母线连通；立柱母线接入进电侧的阳极母线；

所述阴极组底部嵌设有两组阴极钢棒，所述阴极钢棒的一端穿过电解槽壳体底部后与所述槽底母线相连；

槽底母线的一端经电解槽壳体出电侧引出后往出电侧连接至下游电解槽的立柱母线，槽底母线的另一端由电解槽壳体向进电侧延伸，并通过短路母线与电解槽壳体进电侧的立柱母线相连；

还包括位于铝电解槽底部及外部两端的两根或多根补偿母线，所述补偿母线与电解槽之间采用绝缘方式进行隔离。

进一步地，所述阴极钢棒呈丁字形结构，其包括横部和竖部；阴极钢棒的横部嵌设在阴极组底部，阴极钢棒的竖部与所述槽底母线之间通过软母线进行连接。

进一步地，两组所述阴极钢棒沿电解槽壳体宽度方向排布。

进一步地，所述阳极组的炭块浸入电解槽壳体内熔融的电解质层，所述电解质层下方设置为铝液层，所述阴极组位于铝液层下方。

进一步地，两根所述补偿母线内的电流流向与电解槽的电流流向相同。

本发明还公开了上述底部出电的铝电解槽母线配置方法，电解槽内的电流经上游电解槽进入电解槽壳体进电侧的立柱母线，再依次流经阳极母线和联络母线后分配至阳极组，然后流经电解槽壳体内熔融的电解质层和铝液层以及阴极组和阴极钢棒后，再分别汇入槽底母线最终流入下游电解槽的立柱母线。

本发明的有益效果为：

1、本发明中阴极钢棒向下由电解槽底部出电，且出电位置与阳极组的导杆一一对应，与传统的阴极钢棒从槽两侧分别出电方式相比，在铝液层具有更小的水平电流分量，减少了生产过程中铝液层的流动和波动，从而使铝电解生产的能耗降低、效率提高，给企业带来巨大的经济效益和社会效益；

2、本发明母线配置的应用可为铝电解企业大大节约占地面积，以一个50万吨电解铝企业为例，一个系列约360台串联电解槽，电解厂房设计可在原来的基础上，减少20000平方米左右，建设费用可减少1亿元以上；

3、本发明电解槽阴极母线配置在槽底部，侧部空间无障碍，可以解决当前铝电解行业铝电解槽侧部配置有复杂的导电母线系统造成的空间狭小和电解槽侧部余热回收困难问题；

4、本发明设计新颖、结构简单，无论电解槽容量是200kA或者是600kA、700kA都可以使用本发明对电解槽进行模块化设计，推广后具有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1是本发明的原理示意图，图中I₁为电解槽电流流向，I₂为补偿电流流向，A侧为进电侧，B侧为出电侧；

图2是本发明图1中C-C处的剖视示意图。

附图中标号为：

1为电解槽壳体，2为立柱母线，3为阳极组，4为阴极组，5为槽底母线，6为阳极母线，7为联络母线，8为阴极钢棒，9为短路母线，10为补偿母线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明：

如图1～图2所示，底部出电的铝电解槽母线结构，包括电解槽壳体1和位于电解槽壳体1进电侧的立柱母线2，所述电解槽壳体1内设置有上下对应的阳极组3和阴极组4，电解槽壳体1底部设置有与所述立柱母线2对应的槽底母线5；

沿电解槽壳体1宽度方向，两组所述阳极组3对应一组阴极组4，阳极组3的导杆分别连接有阳极母线6，两根所述阳极母线6之间通过联络母线7连通；立柱母线2接入进电侧的阳极母线6；

所述阴极组4底部嵌设有两组阴极钢棒8，所述阴极钢棒8的一端穿过电解槽壳体1底部后与所述槽底母线5相连；

槽底母线5的一端经电解槽壳体1出电侧引出后往出电侧连接至下游电解槽的立柱母线2，槽底母线5的另一端由电解槽壳体1向进电侧延伸，并通过短路母线9与电解槽壳体1进电侧的立柱母线2相连；

还包括位于铝电解槽底部及外部两端的两根或多根补偿母线10，所述补偿母线10与电解槽之间采用绝缘方式进行隔离。

本实施例中，所述阴极钢棒8呈丁字形结构，其包括横部和竖部；阴极钢棒8的横部嵌设在阴极组4底部，阴极钢棒8的竖部与所述槽底母线5之间通过软母线进行连接。

本实施例中，两组所述阴极钢棒8沿电解槽壳体1宽度方向排布。

本实施例中，所述阳极组3的炭块浸入电解槽壳体1内熔融的电解质层，所述电解质层下方设置为铝液层，所述阴极组4位于铝液层下方。

本实施例中，两根所述补偿母线10内的电流流向与电解槽的电流流向相同。

本发明还公开了上述底部出电的铝电解槽母线配置方法，电解槽内的电流经上游电解槽进入电解槽壳体1进电侧的立柱母线2，再依次流经阳极母线6和联络母线7后分配至阳极组3，然后流经电解槽壳体1内熔融的电解质层和铝液层以及阴极组4和阴极钢棒8后，再分别汇入槽底母线5最终流入下游电解槽的立柱母线2。

本发明中两根补偿母线10位于铝电解槽外部两端，其与电解槽端部的距离、高低位置及通流的补偿电流强度通过计算补偿电解槽内铝液层的垂直磁场获得，但补偿电流流向为由电解槽壳体1的进电侧流向出电侧。

本发明的关键在于，阴极钢棒8的下部从电解槽壳体1的底部穿出与槽底母线5相连，由软母线将阴极钢棒8所导出的电流连接至槽底母线5，最终流入下游的立柱母线2，实现了底部出电的方式，与传统的阴极钢棒8从槽两侧分别出电方式相比，在铝液层具有更小的水平电流分量，减少了生产过程中铝液层的流动和波动，且侧部空间无障碍，可以解决当前铝电解行业铝电解槽侧部配置有复杂的导电母线系统造成的空间狭小和电解槽侧部余热回收困难问题。

需要说明的是，本发明所适用的电解槽中软母线与阴极钢棒8以及软母线与槽底母线5之间的连接方式，可以为焊接，也可以为螺栓连接。

在生产时，一方面，短路母线9与立柱母线2绝缘隔离，来自上游的电流通过进电侧的立柱母线2依次流经阳极母线6、联络母线7、阳极组3、阴极组4、阴极钢棒8、槽底母线5、下游的立柱母线2进入下游的电解槽；另一方面，在电解槽检修停槽时，短路母线9与立柱母线2压紧并短路，来自上游的电流不通过电解槽而是通过短路母线9直接流经槽底母线5以及下游的立柱母线2进入下游的电解槽。

以上之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。