阅读说明：本技术 铝电解阳极导电装置及制备方法 (Aluminum electrolysis anode conductive device and preparation method ) 是由 师建军 于 2021-11-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种铝电解中使用的导电阳极装置,本发明的装置中设置有两个相互分离的下导杆,两个下导杆间的距离等于或稍大于上导杆的截面长度,下导杆的下端面以上各设有一段外螺纹,下导杆的外螺纹段与带有内螺纹的钢套连接,将下导杆的下端面与钢爪横梁上表面间用摩擦焊方式焊合,再将钢爪横梁与过渡钢套焊接结合,将然后将过渡钢套与车有内螺纹的钢套焊接结合,上导杆插于两个下导杆之间并通过焊接将上导杆分别与两个下导杆相互联接。本发明优点是可以大大增加导电面积而不受结构的影响,降低了电解作业时的电损,大大方便了上导杆与下导杆间的焊接作业,并可以避免导杆在作业中因受热蠕变造成的问题。(The invention discloses a conductive anode device used in aluminum electrolysis, which is provided with two lower guide rods separated from each other, wherein the distance between the two lower guide rods is equal to or slightly larger than the section length of an upper guide rod, the lower end surfaces of the lower guide rods are respectively provided with an external thread, the external thread sections of the lower guide rods are connected with a steel sleeve with an internal thread, the lower end surfaces of the lower guide rods and the upper surface of a steel claw beam are welded together in a friction welding mode, the steel claw beam is welded and combined with a transition steel sleeve, the transition steel sleeve is welded and combined with the steel sleeve with the internal thread, and the upper guide rod is inserted between the two lower guide rods and is respectively connected with the two lower guide rods through welding. The invention has the advantages that the conductive area can be greatly increased without being influenced by the structure, the electric loss in the electrolytic operation is reduced, the welding operation between the upper guide rod and the lower guide rod is greatly facilitated, and the problem caused by heated creep of the guide rod in the operation can be avoided.)

铝电解阳极导电装置及制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝电解中使用的导电阳极装置及制备方法，本发明的装置中包括铝导杆和与导杆相连接的阳极钢爪。

背景技术

电解铝工业现使用的阳极导电装置由上部铝导杆和下部为钢制的阳极钢爪构成，钢与铝间无法直接焊接，两者间通过一个爆炸焊块相连接。爆炸焊块是运用爆炸焊接技术将钢—铝两种不同材料焊接在一起的，在制作阳极导电装置时，爆炸焊块铝部分通过氩弧焊与阳极导电装置的上部铝导杆部分焊接，爆炸焊块钢部分通过气保焊与阳极导电装置的下部阳极钢爪横梁扁钢焊接，其联接方式是中国专利申请2010100007746的附图1公开的内容且不设置加强装置结构。现有的这种阳极导电装置在铝导杆底部与阳极钢爪横梁扁钢顶部间形成铝-铝焊，铝-钢爆炸焊，钢-钢焊。现有技术中除铝-钢爆炸焊是全截面焊接外，铝-铝焊和钢-钢焊在现有技术下，只能实现坡口环焊。现有技术的用爆炸焊块相连接制作的阳极钢爪铝导杆底部与钢爪横梁顶部冷态压降测试数据如下：负荷电流99.8A，冷态压降0.3Mv，冷态电阻3.5u欧姆，这部分压降属于电解铝生产中的无功电压，降低了电流效率。

另一方面在铝电解生产过程中，爆炸焊块钢-铝结合处在电解作业中既承受重力载荷，同时又要传导电解时的大电流，但因钢-铝膨胀系数的不同会在其结合处产生剪切力，致使铝-钢焊接面局部开裂，既逐渐降低受力和导电面积，又大大增加了铝-钢焊接面处的电阻和压降，同时会使其相应位置的温升提高。当开裂失效面积达到相应比例时，铝-钢焊接面或在炭块、钢爪的重量作用产生断裂，或因电阻过大而发热烧毁铝-钢焊接面，造成失效。

现有的阳极导电装置失效形式之一：爆炸焊块钢-铝焊接面开裂。经研究分析可知，造成这一现象是因钢与铝间的膨胀系数不同，铝的膨胀系数是钢的二倍以上。在电解正常作业时，爆炸焊块工作温度300左右，此温度下，铝和钢分别产生不同的线性膨胀，但因铝-钢焊接面的存在，爆炸焊块的钢部分限制了铝的膨胀，同时也在铝钢焊接面上生成了剪切力，这一剪切力与装置重力作用的结合对结构产生撕裂，致使铝-钢焊接面局部开裂失效，降低了导电面积和所承受重力载荷的能力，同时造成铝-钢焊接面处的电阻和压降增大，致其温升加剧。当开裂失效面积达到一定比例时，铝-钢焊接面或在炭块、钢爪的重量作用产生断裂，或因电阻过大，因发热直接烧毁铝-钢焊接面。而已公开的现有技术中由于其具体结构的原因，无论以爆炸焊接的过渡块结构的还是摩擦焊接形成的钢-铝结合部同时承受着导电与承载阳极钢爪、炭块重力载荷双重作用，这种作用将扩大铝-钢焊接面局部开裂失效，降低了爆炸焊块的使用寿命。

为克服现有技术的不足，本发明人曾在CN201811438016.5公开的一种技术方案，该技术方案的铝制导杆由上导杆和下导杆构成，其上导杆和下导杆用焊接相互结合，下导杆的下端面以上设有一段外螺纹并与带有内螺纹的钢套连接，下导杆的下端面与钢爪横梁上表面间用摩擦焊方式焊合，用全断面的摩擦焊使铝制下导杆与阳极钢爪间结合实现低电阻导电，同时通过下导杆与钢爪横梁的结合和钢爪横梁与钢套间焊接结合，共同承载导电装置的重力载荷。但在试验中发现，这一装置受结构的限制，其下导杆与外设的钢套的尺寸不能过大，在某些情况下将可能仍然存在导电面积不够的问题，且因下导杆靠近受热的钢爪横梁，当下导杆与钢爪间的接触面积不足时会在使用中因受热时产生蠕变而被拉长，影响其正常的使用，另一方面上导杆与下导杆间的断面焊接在工艺上也极为困难，并难于保证焊接的效果。

发明内容

本发明提供一种可克服前述现有技术不足的铝电解阳极导电装置及其制备方法。

本发明的铝电解阳极导电装置包括：包括：铝制的导杆和与导杆相连接的阳极钢爪，铝导杆由上导杆和下导杆构成，其上导杆的截面至少带有两个平行的边，其下导杆截面为圆，且下导杆的下端面以上设有一段外螺纹，下导杆的外螺纹段与带有内螺纹的钢套螺纹连接，所述的下导杆外螺纹段长度略大于与其连接的钢套长度，使钢套旋紧后钢套的下端面与相连接下导杆的下端面间留有可容纳摩擦焊后铝材逸出部分的间隙，下导杆的下端面与钢爪横梁上表面间用摩擦焊方式焊合，钢套外设置一个过度钢套，过度钢套分别与钢套和钢爪横梁间焊接结合。本发明设置有两个相互分离的下导杆，两个下导杆间的距离等于或稍大于上导杆两个平行边之间的距离，在进行组装时将上导杆插于两个下导杆之间、且其两个平行边分别与两个下导杆相切，再通过焊接分别与两个下导杆相互联接。本发明实施中需要注意，在实施摩擦焊时，从钢套下端与钢爪横梁间的间隙会逸出部分铝材，当逸出的铝材超出钢套下端面时，应当在实施过渡钢套与钢爪横梁间焊接作业之前将这部分铝除去，以避免影响过渡钢套与钢爪横梁间焊接。

本发明由于采用了两个下导杆，因此可以通过两个下导杆使其与钢爪横梁的接触面积大大增加而不受结构的限制，另一方面因接触面积的增加大大减小了下导杆单位面积所承载的重力负荷，同时克服了使用中下导杆蠕变的问题。而且本发明的上导杆是相切设置于两个下导杆之间，其相互间的焊接位置类似于坡口焊，而不同于现有技术的断面焊接，因此上下导杆间的焊接极为容易，也更便于现场作业。在进行电解作业时，其重力载荷主要通过钢套、过渡钢套承载，并通过钢套内所设置的螺纹传递给下导杆，而下导杆与钢爪横梁间的焊接面主要承担导电的功能，且在作业时极少受到重力影响，同时因双下导杆的设置可以大大增加导电面积，使电解作业时的电损大大减小。

优选地，本发明的铝电解阳极导电装置的上导杆截面为两条平行边与两段弧构成的封闭图形，更优选地是为矩形截面，这样可以直接用电解出的铝液浇注制成，因此其成本较低，且更适用铝电解作业的场所，同时上导杆上的两相互平行的面可以使其与电解导电夹形成良好的电接触，保障电解作业。

本发明的铝电解阳极导电装置制备方法是：将钢套旋紧于下导杆的螺纹部分，用摩擦焊将下导杆与阳极钢爪横梁上表面进行焊接结合，再将钢套外壁与钢爪横梁上表面相应部位焊接结合，将上导杆的两平行面与两下导杆相切处部位外相互焊接结合。

本发明的带有过渡钢套的铝电解阳极导电装置制备方法是：将钢套旋紧于下导杆的螺纹部分，用摩擦焊将下导杆与阳极钢爪横梁上表面进行焊接结合，将过渡钢套在铜套外，将钢套外壁与钢爪横梁上表面相应部位焊接结合，将过渡钢套分别与钢套和钢爪横梁间焊接结合，将上导杆的两平行面与两下导杆相切处部位外相互焊接结合。

优选地，本发明的铝电解阳极导电装置制备方法中，事先可在钢爪横梁上表面拟与下导杆焊接的位置制出花纹。试验表明事先在钢爪横梁上表面的摩擦焊接位置制出花纹可以在进行摩擦焊接时有更好效果，并可使二者间的结合更为可靠，并在电解作业时有效克服因钢-铝间不同热膨胀率造成的开裂。

本发明的优点如下：

1）本发明的铝电解阳极导电装置通过与带有内螺纹的钢套与铝导杆上的外螺纹联接，并通过钢套、辅助钢套与阳极钢爪间焊接联接承载阳极钢爪、炭块、阳极覆盖料的重量，而通过摩擦焊形成的钢-铝结合处仅起到导电的作用；因采用了双下导杆的结构，可以大大增加导电面积而不受结构的影响，从而大大降低了电解作业时的电损。

2）本发明的结构大大方便了上导杆与下导杆间的焊接作业，可以直接在作业现场用手工焊接而无需要特殊的设备，既减少了作业成本，同时又可最大限度地保障上、下导杆间的电连接，避免了现有技术中存在的断面焊接的困难。

3）本发明的结构可以避免、或者大大减小导杆在作业中因受热蠕变造成的问题。

附图说明

附图1为本发明一个实施例的结构示意图，附图2为图1 的俯视图，其中：1-与导杆与钢爪横梁间的焊接面，2-上导杆，3上导杆与下导杆间的焊接位置，4-下导杆。5-钢套，6-过渡钢套，7-钢爪横梁，8-钢爪。

具体实施方式

本发明以下结合附图进行详细解说。

参见附图1，本发明的铝电解阳极导电装置中包括：铝制的导杆和与导杆相连接的阳极钢爪8，铝导杆由上导杆2和两个下导杆4构成，上导杆2的截面为矩形，下导杆4的截面为圆。其中两个圆形的下导杆4间的距离为等于或稍大于上导杆2的矩形长度。在下导杆的下端面以上设有一段外螺纹，该外螺纹段与钢套5上的内螺纹相配合连接，所述的下导杆外螺纹段长度应略大于与其连接的钢套长度，这样可使钢套旋紧后钢套的下端面与相连接下导杆的下端面留有可容纳摩擦焊后铝材逸出部分的间隙。下导杆的下端面与钢爪横梁上表面间用摩擦焊方式焊合，在进行摩擦焊接前可先分别在下导杆4的下端面与钢爪横梁7的相应位置抽出花纹，这样可以进一步保证两者摩擦焊的质量。在实施摩擦焊后，从钢套下端与钢爪横梁间的间隙会逸出部分铝材，如果逸出的铝材量较多，特别是超出了钢套下端面时，在摩擦焊接后需要注意将这部分铝去除，以免影响过渡钢套与钢套间的套合，使过渡钢套无法套至钢套底部，影响过渡钢套与钢爪横梁间焊接。然后在钢套5外放置一个直径略大于钢套外径的过度钢套6，过度钢套6的下端面与钢爪横梁7的上表面接触，再分别将过渡钢套的上面和下面分别与钢套外壁和钢爪横梁上表面相应位置间焊接结合。将上导杆2插入两个下导杆4之间，并将上、下导杆间焊接结合。从附图2可见下导杆与上导杆间形成类似于坡口焊的焊接位置，本发明的这一结构大大地方便了上、下导杆间的焊接作业同时更能确保两者的焊接质量与可靠性。