[發明專利]長壽命節能型鋁電解用陽極導電裝置

在審

• 申請號: 202210835478.0
• 申請日: 2022-07-15
• 公開（公告）號: CN115679388A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 張國棟;李孟釗;周怡成;黃龍;龔寅卿;汪昌順;李成林;梅青松;楊兵
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C25C3/16
• 分類號: C25C3/16;C25C3/12
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊震

本申請公開了長壽命節能型鋁電解用陽極導電裝置。該陽極導電裝置，包括陽極導桿、帶有加強筋的鋁鈦鋼爆炸焊塊和陽極鋼爪，鋁鈦鋼爆炸焊塊的表面由內至外依次疊設有鋁層、鈦層和鋼層，加強筋與鋁鈦鋼爆炸焊塊的鋁層固接，陽極導桿下端面與鋁鈦鋼爆炸焊塊的鋁層通過鋁鋁搭接焊縫焊接連接，陽極鋼爪的上端面與鋁鈦鋼爆炸焊塊的鋼層通過鋼鋼對接焊縫焊接連接。本技術方案中，避免鋁鋼異種材料焊接產生脆性相；加強筋固定相對爆炸焊塊，避免焊接時產生的熱應變；鋼爪腿表面制備高熵合金涂層，提高耐腐蝕性。經實施例測試，導電時壓降降低一半以上。本發明具有壓降低、連接強度高、耐腐蝕性好、使用壽命長等特點，有明顯的經濟和社會效益。

技術領域

本申請涉及有色金屬冶金的技術領域，尤其涉及長壽命節能型鋁電解用陽極導電裝置。

背景技術

電解鋁工業中，陽極導電裝置是由陽極鋁導桿和陽極鋼爪構成。在工業應用中，陽極裝置處于高溫高腐蝕性的工作環境，既要傳導大電流，又要承受鋼爪和碳塊的重力載荷，因此對鋁-鋼連接接頭性能要求極高。鋁-鋼異種材料焊接接頭易產生脆性金屬間化合物，極大的降低了接頭的連接強度，縮短陽極鋼爪的使用壽命，加大了企業的生產投入。現有技術是將鋁-鋼爆炸焊塊分別與鋁導桿和陽極鋼爪沿接觸區域四周進行焊接，能有效避免鋁-鋼焊接時產生脆性金屬間化合物，但鋁和鋼的膨脹系數差別較大，在工作時高溫和大電流的作用下，復合焊塊結合處產生較大的剪切應力和拉應力，導致焊接面局部開裂或者全部開裂，導電面積降低，電阻升高，進一步加劇接頭處的斷裂趨勢。

其次，在350～900℃的工作溫度下，電解煙氣、空氣、熱應力、電磁力等相互作用極易導致陽極鋼爪腐蝕，形成“細腰”現象從而縮短陽極鋼爪的使用壽命。目前，鋁電解廠采用的陽極鋼爪防腐方法主要為陽極鋼爪保護環。采用陽極鋼爪保護環的方法，能有效將鋼爪和覆蓋料隔開，但抗氧化腐蝕性差，且需經過攪拌、成型、脫模、焙燒、冷卻等多道工序，加工工藝復雜，不利于降低企業成產成本。

專利CN109518229A發明了一種通過摩擦焊連接陽極導桿和鋼爪的方法，雖然使用壽命得到較大提高，但通過摩擦焊獲得的鋁-鋼連接接頭在維修或更換過程中，會因摩擦而導致陽極導桿縮短，不利于陽極導桿的回收再利用，同時摩擦焊設備昂貴，企業生產成本過高，難以在工業中推廣。專利CN110257860A 公開了一種復合成型的陽極導電裝置及其制造方法，其特征在于由四塊復合部件連接構成矩形框，矩形框外側為鋁基板材，內側為鋼基板材，通過同種材料焊接實現鋼爪和導桿的連接，此種方式雖然改善了結合面硬而脆的問題，但焊縫截面在陽極鋼爪和碳塊的大重力作用下產生內力矩，極易從焊縫根部撕裂發生掉爪事故。同時此種方法將復合部件由傳統的平放變為豎放，在鋁側焊接時因約束過小，在實際生產過程中會因鋁的高膨脹系數在大的焊接熱輸入下產生翹曲趨勢，在鋁板和鋼板接合面出產生熱應力，從而降低復合部件的強度。采用內側為鋼的方式在焊接鋼板和陽極鋼爪時，會因窄而深的坡口導致施工困難，難以提高工廠的生產效率。

專利CN204474771U發明了一種陽極鋼爪保護環，采用石墨材料制成的左右半環相互嵌合形成保護環，這種方法能將鋼爪和覆蓋料隔離嵌合部位密封性差，鋼爪仍會受到氧化腐蝕。專利CN202246917U發明了一種鋁電解槽陽極鋼爪金屬保護環，保護環材料為抗電解質侵蝕性較強的耐熱鑄鋼或熱鑄鐵，具有對覆蓋料污染小、可重復利用等優點，但保護環加工復雜，材料成本高。

發明內容

有鑒于此，本申請提供長壽命節能型鋁電解用陽極導電裝置，該陽極導電裝置高強度、低壓降和耐腐蝕。

本申請提供一種長壽命節能型鋁電解用陽極導電裝置，包括陽極導桿、帶有加強筋的鋁鈦鋼爆炸焊塊和陽極鋼爪，所述鋁鈦鋼爆炸焊塊的表面由內至外依次疊設有鋁層、鈦層和鋼層，所述加強筋與所述鋁鈦鋼爆炸焊塊的鋁層固接，所述陽極導桿下端面與所述鋁鈦鋼爆炸焊塊的鋁層通過鋁鋁搭接焊縫焊接連接，所述陽極鋼爪的上端面與所述鋁鈦鋼爆炸焊塊的鋼層通過鋼鋼對接焊縫焊接連接。

可選地，所述鈦層的厚度為0-3mm，所述鋁層的厚度為8-20mm，所述鋼層的厚度為30-50mm；