[發明專利]一種鋁電解預焙陽極導桿與鋼爪的連接結構和制作方法

有效

• 申請號: 201010135446.7
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN101787550A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 劉志祥;邱哲生;王新華;周永全;和錦黎;李章洪;楊新雨;陳曉云
• 申請（專利權）人: 云南鋁業股份有限公司
• 主分類號: C25C3/12
• 分類號: C25C3/12
• 代理公司: 昆明正原專利代理有限責任公司 53100
• 代理人: 金耀生

技術領域

本發明涉及一種鋁電解預焙陽極導桿與鋼爪的連接結構和制作方法。

技術背景

我國現有鋁電解槽單槽容量已達350kA左右，電解槽容量和控制水平的提高，使我國 電解鋁生產的噸鋁直流電耗降到13500kWh左右，但電解鋁生產耗能量與理論電耗值仍相 差較遠。電解鋁生產所用的電能50％以上被鋁電解槽和生產過程中的電場、磁場和熱場所 消耗，電解鋁生產還有很大的節能潛力。鋁電解節能不僅是將我國電解鋁產業推向世界強 國的必經之路，也是緩解我國相對緊張的電力資源，降低企業生產成本的必然要求。

對電解槽進行以節能為主要目的的細化設計和技術改造，追求電解鋁生產的節能降 耗，是在國家對電解鋁行業進行宏觀調控的市場背景下，鋁電解企業存在日益激烈的市場 競爭中立于不敗之地的客觀需求；也是企業提高生產技術水平、降耗增效的必要手段。

陽極鋼爪是鋁電解槽重要的導電部件，目前國內外電解鋁企業使用的陽極鋼爪都為鑄 鋼型，在工藝上，陽極組裝就是采用磷生鐵水，將陽極導桿、鑄鋼爪和預焙陽極炭塊組 合為一體，如圖1所示。

原來鋁導桿與鋼爪連接方式：首先采用爆炸焊接把鋁和鋼焊接制備好，再采用鋁—鋁 焊和鋼—鋼焊接，把鋁導桿與鋼爪連接起來，具體結構如圖2所示，這種連接方式存在較 多的不足和缺點，主要表現在：

1、連接點較多，且必須與爆炸焊片配套使用，電阻率高，陽極電壓損耗較多；

2、鋁-鋁焊接點容易斷裂，使用壽命短，增加了鋁導桿的修理成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋁電解預焙陽極導桿與鋼爪的連接結構和制作方法，其強 度高、變形量小，大大降低了鋁導桿鋁焊接點的脫焊率，有效延長陽極導桿的使用壽命。

鋁電解生產供電系統是直流、低電壓、大電流回路，在電解槽供電回路中采用低電阻 值設計。現在通用的鋁電解陽極鋼爪是采用低碳鑄鋼鑄造而成，采用鋁鋼復合爆炸焊片過 渡，與鋁導桿焊接組合成為陽極導電裝置，主要起傳導電流和承載陽極碳塊重量的作用。

根據歐姆定律，導體的電阻值與截面積成反比，即：接觸截面積越大，通過導體的電 流密度越小，電阻值也就越小，電能消耗也就越少。因此，在經濟技術條件允許的情況下， 鋁導桿和陽極鋼爪的設計，應多采用增大接觸截面積，減小電流密度，降低電阻值的設計 思路。作為主要導電裝置之一的陽極鋼爪和鋁導桿的電阻值應越小越好，只有這樣才能降 低電流在傳導過程中的損耗。

本發明打破了傳統的鋁導桿與鋼爪的連接方式，從另外角度對原來的陽極導桿鋼爪連 接進行全新的設計—鋁—鋼鑄造連接法，替代傳統的鋁導桿鋁—鋼爆炸焊塊連接，從而取 消原鋼爪橫梁的上部共有的鋁—鋁焊、鋁—鋼、鋼-鋼爆炸焊三個連接點。該技術方案為：

根據金屬相間的熱學物理性能，在750～800℃的溫度下，采用鋁液或者鋁銅合金液(銅 占0.3％)對鋼爪空心斗進行澆鑄，使得導桿與鋼爪連接為一個整體，鋼爪空心斗為鑄鋁鋼 斗。

具體制作方法：

1、鑄鋁前將鋼斗內部清理、除銹；

2、使用防氧劑對鋼壁進行保護，防止被氧化；

3、鑄鋁前將鋼斗及鋁導桿預熱到500～600℃，為了使鋁—鋼結合界面能夠產生金屬 分子結合，需要對兩界面進行加熱產生足夠的熱能，以激活兩界面的金屬分子；

4、為了使鋁液或者其銅合金液分子對鋼斗內壁界面具有很好的結合性，因此，需要 對鋁或者鋁銅合金加熱750～800℃，使其成為液體，再進行澆鑄；

5、將鋁液或者鋁銅合金液澆鑄在鋼爪空心斗內，澆筑完后，為了使合金晶相更加均 質，對其進行保溫一段時間，使鑄鋁后保溫合金化。