CN101314858A - 电流母线 - Google Patents
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Abstract
一种用在通过电解单元中的电解槽内的氧化铝制造铝的阳极或阴极上的电流母线，其包括：在操作过程中将延伸超出电极体的末端或部分；在操作过程中将处于电极体内的末端或部分，在操作过程中将处于电极体内的末端或部分形成为水平定向的锥体，其最大水平横截面尺寸在电极体内，使得通过将锥体轴向滑入电极体上的水平定向的适当的锥体内，所述锥体将嵌入并保持在电极体内，锥体包括外部钢元件和内部厚重的铜元件，外部钢元件具有锥形外部形状、厚重钢顶端以及在其长度的至少一部分上开口的内部空心锥形或圆柱形纵向圆形横截面形状，铜元件具有与所述开口适配的形状，铜元件已经进入钢元件，在内部摩擦焊接在至少厚重钢顶端上。还提供了电极体和电极。
Description
技术领域
本发明涉及用在通过在电解单元的电解槽中电解氧化铝而制造铝的过程中使用的阳极或阴极上的电流母线。
背景技术
通过对溶解在熔融卤化物电解槽例如包含冰晶石的电解槽中的氧化铝进行电解来制造原铝。在电解中，利用外加电流使在电解液中分解成离子的成分在阴极减少并在阳极得到氧化。因此可以在阴极产生铝并在阳极产生氧。一百多年以前由美国人Hall和法国人Heroult几乎同时并独立地研究了用于制造铝的工艺过程-Hall-Heroult工艺。对于阳极和阴极最常见的是采用碳精电极体，一个或多个电流母线嵌入到碳精内。电流母线的功能是向电极体或从电极体传送电流、从电解槽中带走热量、以及有助于提高机械强度和连接。电流母线直接或通过其它装置与外部电路相连。
在专利公开WO02/42525中示出了用于阳极和阴极的电流母线的多种实施方式，附带对电流母线基本特征的描述。
尽管已经研究许多年，但仍然需要改进电解单元包括电流母线。尤其需要电流母线从电解槽中带走较多热量。此外，优选地是电流母线具有减小的压降，其尤其与向着碳精的接触面积相关。此外，有利地是对于阳极，电流母线不需要通过由浇注在电极体上的适当孔与插入的阳极接套之间的间隙内的液态铸铁形成的铸铁内衬或承窝铸造在碳精上，从而可以使电极体上的孔具有比阳极接套略微更大的直径。因此，要求避免采用铸铁内衬将电流母线固定在碳精上，从而电流母线相对于安装在碳精上以及从碳精上拆卸得到了改进。还要求通过简单和可拆卸的方式将电流母线的嵌入部件或部分连接在电流母线的其它部件上，具有良好的电、热和机械接触。
发明内容
本发明满足了上述要求。提供一种用在通过电解单元的电解槽中的氧化铝制造铝的过程中采用的阳极或阴极上的新型电流母线，所述电流母线包括在操作过程中将延伸超出电极体的一个或多个末端或部分，以及在操作过程中将处于电极体内的一个或多个末端或部分。
所述电流母线的特征在于
在操作过程中将处于电极体内的末端或部分形成为一个或多个基本上水平定向的锥体，其最大水平横截面尺寸在电极体内，使得通过将所述锥体轴向滑入电极体上的一个或多个水平定向的适当的锥孔内，所述锥体将嵌入并保持在电极体内，以及
所述锥体包括一个外部钢元件和内部厚重的铜元件，所述外部钢元件具有锥形外部形状、厚重钢顶端以及在其长度的至少一部分上开口的内部空心锥形或圆柱形纵向圆形横截面形状，所述内部厚重的铜元件具有与所述开口适配的形状，所述铜元件已经进入钢元件，在内部摩擦焊接在至少所述厚重钢顶端上。
对于基本上水平定向，其意思是基本上锥体的顶侧与电解槽平行或是水平的而具有几度偏差，最优选是完全水平。
对于锥体，其意思是具有在其基本上部分长度上，优选是全部长度上具有增大或减小的横截面尺寸。对于电极体上的锥形孔或凹槽是相对应的。对于圆柱形开口或形状，其意思是在基本上部分长度上，优选是全部长度上具有相等的横截面，除了在末端具有可选择的锥形或离地。锥形不必意味着圆形横截面，因此横截面可以是三角形、四边形、五边形、圆形、椭圆形、T形或具有任何其它形状，锥体也是如此，假定保持其它区别特征。认识到锥体可以在竖直方向上延伸，使得锥体沿其整个或部分长度的部分可以例如从电极体中伸出也是重要的。
当连接时处于电极体内的锥体的最大水平横截面尺寸的特征防止所连接的锥体通过在与锥体纵向轴线正交的垂直方向上的拉动而相互分开。为了接合在电极体内不需要具有铸铁内衬、夯实膏、夯实物质或胶，这样节省了材料和劳动力。锥形形状即使在锥体开始磨损之后也可以确保良好的热、电和机械接触。由于铜比钢具有更大热膨胀，因此铜元件处于钢元件内在操作过程中将具有非常良好的电、热和机械接触，使得在室温下铜的膨胀将填充适当的连接误差，例如0.15-0.5mm的间隙。由此很容易获得具有良好电、热和机械接触的连接，从而节省了劳动力并可以很容易地更换电流母线的部件。
优选地是锥体构造成电极体的外部横截面形状具有在高且窄的矩形之下或之上的圆形、三角形或四边形的形式，使得圆形、三角形或四边形的最大水平横截面尺寸比矩形的水平横截面尺寸大至少四倍。这样使得紧固简单并可靠。
根据本发明的电流母线优选被形成为使得在母线的纵向上的其它不同材料因良好的电、热和机械接触而可以通过线性摩擦焊接、表面摩擦焊接、旋转摩擦焊接、感应焊接、激光焊接或电子束焊接而焊接在一起。
根据本发明的电流母线优选可以由用作最远离电极体以及对着电极体的部分的构造材料的纯铝、铝合金、铜或铜合金制成，在电极体内或靠近电极体的部分具有钢制防护内衬。由此，使热传导最大同时电阻降至最小，电解单元可以在大电流量下操作。
根据本发明的电流母线优选是阳极架或阴极钢。根据本发明的电流母线优选利用钨进行表面处理，以提高寿命。
本发明还提供一种电极体，其特征在于，其基本上包括碳精并具有用于安装根据本发明的电流母线的适当凹槽。电极体上的锥形孔优选比锥体略长，使得即使在它们略微磨损时所述锥体也可以装配在所述锥形孔内。
本发明还提供一种电极，其特征在于，其包括与根据本发明的电极体相连的根据本发明的电流母线。
附图说明
还通过附图示出本发明，图中：
图1a和1b表示根据本发明的阳极架。
具体实施方式
首先，参照图1a和1b，它们分别表示根据本发明的阳极架，图1a是与锥体1正交观察的视图，图1b是沿锥体的纵向轴线观察的视图。锥体通过滑入具有与该锥体相一致的形状的锥形凹槽3内而与电极体2相连。从图中可以清楚地看到，锥体最大的水平横截面尺寸在电极体内，使得在操作过程中与电极体相连的锥体紧固并保持在电极体内的适当位置。锥体在顶侧紧固在横截面形状是远小于锥体水平横截面尺寸的矩形的收缩元件内，使得即使电极体上的凹槽沿锥体长度的全部或部分向上开放，所述锥体在操作过程中也不能脱出电极体。铜4也就是铜元件4的内芯设置在锥体上，具有矩形和定位在上方的连接梁。铜元件的顶端4a首先至少焊接在钢元件1的厚重顶端上。而后定位在上方的铜和钢内衬以及后端或宽端钢内衬焊接在锥体上。所述钢内衬5位于铜的外侧。阳极架的顶部由通过摩擦焊接与铜相连的铝部件6形成。在以阳极架形式显示的电流母线的所示实施方式中，在很大程度上采用导电性和导热性更好的铜和铝。可以通过钢制成整个阳极架，但处于对导热性和导电性的考虑广泛采用铜和可选择采用的铝。为了提高热传导，可以在增大阳极架不同部分的尺寸之外设置散热片。
实施例
具有嵌入到电极体内的锥体的阳极架示出了本发明的一些优点。锥体具有1.5m的长度并包括在小的、高矩形下方的100-140mm直径的螺栓，其中在总计100mm的竖直矩形一侧嵌入电极体。所得到的与电极体的接触面积是大约726 500mm2。具有4个接套的标准阳极架具有通常281 000mm2的接触面积。接触面积由此增大了2.59倍。通过使在操作过程中将从电极体伸出的电流母线的末端或部分具有适当的横截面积、选择适当材料和形状，可以在本发明所满足的要求方面获得非常优选的特性。
Claims (8)
1.一种用在通过电解单元中的电解槽内的氧化铝制造铝的阳极或阴极上的电流母线，所述电流母线包括在操作过程中将延伸超出电极体的一个或多个末端或部分，以及在操作过程中将处于电极体内的一个或多个末端或部分，其特征在于，
在操作过程中将处于电极体内的末端或部分形成为一个或多个大体水平定向的锥体，其最大水平横截面尺寸在电极体内，使得通过将所述锥体轴向滑入电极体上的一个或多个水平定向的适当的锥孔内，所述锥体将嵌入并保持在电极体内，以及
所述锥体包括一个外部钢元件和内部厚重的铜元件，所述外部钢元件具有锥形外部形状、厚重钢顶端以及在其长度的至少一部分上开口的内部空心锥形或圆柱形纵向圆形横截面形状，所述内部厚重的铜元件具有与所述开口适配的形状，所述铜元件已经进入钢元件，在内部摩擦焊接在至少所述厚重钢顶端上。
2.如权利要求1所述的电流母线，
其特征在于，锥体处于电极体内的外部横截面形状具有在高且窄矩形之下或之上的圆形、三角形或四边形形式，使得圆形、三角形或四边形的最大水平尺寸至少比所述矩形的水平尺寸大四倍。
3.如权利要求1或2所述的电流母线，
其特征在于，电流母线是阳极架。
4.如权利要求1或2所述的电流母线，
其特征在于，电流母线是阴极钢。
5.如权利要求1-4之一所述的电流母线，
其特征在于，纯铝、铝合金、铜或铜合金用作最远离电极体的部分以及对着电极体和电极体内的部分的构成材料，在电极体内或靠近电极体的部分具有钢制防护内衬。
6.一种电极体，
其特征在于，其大体上包括碳精并具有用于安装如权利要求1-5中任意一项所述的电流母线的适当的孔或凹槽。
7.如权利要求6所述的电极体，
其特征在于，电极体上的锥形凹槽比锥体略长，使得即使在它们略微磨损时所述锥体也可以装配在所述锥形凹槽内。
8.一种电极，
其特征在于，其包括与如权利要求6所述的电极体相连的如权利要求1-5中任意一项所述的电流母线。
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| CNA2007101088081A CN101314858A (zh) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | 电流母线 |
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| CNA2007101088081A CN101314858A (zh) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | 电流母线 |
Publications (1)
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| CNA2007101088081A Pending CN101314858A (zh) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | 电流母线 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN101314858A (zh) |
-
2007
- 2007-05-31 CN CNA2007101088081A patent/CN101314858A/zh active Pending
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