CN101787550A

CN101787550A - 一种铝电解预焙阳极导杆与钢爪的连接结构和制作方法

Info

Publication number: CN101787550A
Application number: CN 201010135446
Authority: CN
Inventors: 刘志祥; 邱哲生; 王新华; 周永全; 和锦黎; 李章洪; 杨新雨; 陈晓云
Original assignee: Yunnan Aluminium Co Ltd
Current assignee: Yunnan Aluminium Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: CN101787550B

Abstract

本发明是一种铝电解预焙阳极导杆与钢爪的连接结构和制作方法。铝电解预焙阳极导杆与钢爪的连接结构是在500～600℃的温度下，采用温度在750～800℃的铝液或铝铜合金液对钢爪空心斗进行浇铸，使得导杆与钢爪连接为一个整体。本发明的铝电解预焙阳极导杆与钢爪的连接方法，可靠性强，充分利用了铝的良好导电性能，使阳极钢爪电压损耗降低10～20mv左右，铝-钢界面合金层结合稳定，强度高、变形量小，大大降低了铝导杆铝铝焊接点和爆炸焊接点的脱焊率，有效延长阳极导杆的使用寿命，减少了维修费用和使用成本。

Description

一种铝电解预焙阳极导杆与钢爪的连接结构和制作方法

技术领域

本发明涉及一种铝电解预焙阳极导杆与钢爪的连接结构和制作方法。

技术背景

我国现有铝电解槽单槽容量已达350kA左右，电解槽容量和控制水平的提高，使我国电解铝生产的吨铝直流电耗降到13500kWh左右，但电解铝生产耗能量与理论电耗值仍相差较远。电解铝生产所用的电能50％以上被铝电解槽和生产过程中的电场、磁场和热场所消耗，电解铝生产还有很大的节能潜力。铝电解节能不仅是将我国电解铝产业推向世界强国的必经之路，也是缓解我国相对紧张的电力资源，降低企业生产成本的必然要求。

对电解槽进行以节能为主要目的的细化设计和技术改造，追求电解铝生产的节能降耗，是在国家对电解铝行业进行宏观调控的市场背景下，铝电解企业存在日益激烈的市场竞争中立于不败之地的客观需求；也是企业提高生产技术水平、降耗增效的必要手段。

阳极钢爪是铝电解槽重要的导电部件，目前国内外电解铝企业使用的阳极钢爪都为铸钢型，在工艺上，阳极组装就是采用磷生铁水，将阳极导杆、铸钢爪和预焙阳极炭块组合为一体，如图1所示。

原来铝导杆与钢爪连接方式：首先采用爆炸焊接把铝和钢焊接制备好，再采用铝—铝焊和钢—钢焊接，把铝导杆与钢爪连接起来，具体结构如图2所示，这种连接方式存在较多的不足和缺点，主要表现在：

1、连接点较多，且必须与爆炸焊片配套使用，电阻率高，阳极电压损耗较多；

2、铝-铝焊接点容易断裂，使用寿命短，增加了铝导杆的修理成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝电解预焙阳极导杆与钢爪的连接结构和制作方法，其强度高、变形量小，大大降低了铝导杆铝焊接点的脱焊率，有效延长阳极导杆的使用寿命。

铝电解生产供电系统是直流、低电压、大电流回路，在电解槽供电回路中采用低电阻值设计。现在通用的铝电解阳极钢爪是采用低碳铸钢铸造而成，采用铝钢复合爆炸焊片过渡，与铝导杆焊接组合成为阳极导电装置，主要起传导电流和承载阳极碳块重量的作用。

根据欧姆定律，导体的电阻值与截面积成反比，即：接触截面积越大，通过导体的电流密度越小，电阻值也就越小，电能消耗也就越少。因此，在经济技术条件允许的情况下，铝导杆和阳极钢爪的设计，应多采用增大接触截面积，减小电流密度，降低电阻值的设计思路。作为主要导电装置之一的阳极钢爪和铝导杆的电阻值应越小越好，只有这样才能降低电流在传导过程中的损耗。

本发明打破了传统的铝导杆与钢爪的连接方式，从另外角度对原来的阳极导杆钢爪连接进行全新的设计—铝—钢铸造连接法，替代传统的铝导杆铝—钢爆炸焊块连接，从而取消原钢爪横梁的上部共有的铝—铝焊、铝—钢、钢-钢爆炸焊三个连接点。该技术方案为：

根据金属相间的热学物理性能，在750～800℃的温度下，采用铝液或者铝铜合金液(铜占0.3％)对钢爪空心斗进行浇铸，使得导杆与钢爪连接为一个整体，钢爪空心斗为铸铝钢斗。

具体制作方法：

1、铸铝前将钢斗内部清理、除锈；

2、使用防氧剂对钢壁进行保护，防止被氧化；

3、铸铝前将钢斗及铝导杆预热到500～600℃，为了使铝—钢结合界面能够产生金属分子结合，需要对两界面进行加热产生足够的热能，以激活两界面的金属分子；

4、为了使铝液或者其铜合金液分子对钢斗内壁界面具有很好的结合性，因此，需要对铝或者铝铜合金加热750～800℃，使其成为液体，再进行浇铸；

5、将铝液或者铝铜合金液浇铸在钢爪空心斗内，浇筑完后，为了使合金晶相更加均质，对其进行保温一段时间，使铸铝后保温合金化。

铝热膨胀系数(23×10^-6/℃)大约是钢热膨胀系数(12×10^-6/℃)的两倍。高温铸造(700℃)降温过程中，由于两种金属由于热膨胀系数的巨大差异，冷却时铝的收缩远大于钢的收缩，会在铝钢金属接触面产生收缩缝。固体相铝导杆和液体铸造铝液之间，由于冷却速度的差异，也可能产生收缩缝。收缩缝的存在会大大增加了连接面的电阻。为了克服收缩缝的存在，降低各连接面的接触电阻，特设计了铸铝钢斗内带凸出的燕尾结构，铝导杆铸造头部分带燕尾槽：铸铝钢斗下部与钢爪连为一体。这种铸铝钢斗和导杆铸造头部加工特殊结构，使得铸造后冷却过程中，由于铝的收缩大于钢斗的收缩，虽然在钢斗内壁会产生收缩缝，但铸铝的收缩应力会将铸铝紧紧地压在燕尾钢结构的三个面上，从而大大降低整个连接件的电阻。

本发明与现有技术比较具有以下积极效果：

1、本发明的铝电解预焙阳极导杆与钢爪的连接方法，能适应铝电解的生产要求，其性能可靠，属国内外首创。

2、降低阳极工作电压15mv左右。该技术取消原钢爪各焊接点，充分利用了铝的良好导电性能，使阳极钢爪电压损耗降低10～20mv左右。

3、强度高、变形量小。由于采用可靠的制造工艺，铝—钢界面合金层结合稳定，横梁的强度高、变形量小，大大降低了铝导杆铝铝焊接点和爆炸焊接点的脱焊率，有效延长阳极导杆的使用寿命。

4、便于修理。该产品的横梁和钢爪头之间采用焊接连接方式，在钢爪头磨损、烧损后只需更换钢爪头。而铝导杆和横梁可以反复使用无需更换，从而减少了维修费用和使用成本。

附图说明

图1是现有技术的预焙阳极组装示意图。

图2是现有技术的预焙阳极铝导杆钢爪结构示意图。

图3是本发明的阳极导杆与钢爪的连接结构示意图。

图4是本发明的阳极导杆与钢爪连接部份放大图。

图中，1-阳极导杆，2-阳极炭块，3-铝铝焊，4-钢钢焊，5-钢爪，6-铝钢爆炸焊，7-铸铝钢斗，8-铸造铝液，A-此三面铸造后冷却过程中被收缩应力牢牢压紧，B-此面铸造后冷却过程中产生收缩。

具体实施方式

根据金属相间的热学物理性能，在750～800℃的温度下，采用铝液或者铝铜合金液(铜占0.3％)对钢爪空心斗(铸铝钢斗)进行浇铸，使得导杆与钢爪连接为一个整体。如图4所示，铸铝钢斗内带凸出的燕尾结构，铝导杆铸造头部分带燕尾槽：铸铝钢斗下部与钢爪连为一体。

具体制作方法：

1、铸铝前将钢斗内部清理、除锈；

2、在钢斗的内壁涂覆一薄层松香或者焊锡膏，防止钢斗内壁被氧化；

3、铸铝前将钢斗及铝导杆预热到500～600℃；

4、将铝或者铝铜合金(铜占0.3％)加热到750～800℃，对钢斗进行浇铸；

5、将铝液或者铝铜合金液浇铸在钢爪空心斗内，浇筑完后，为了使合金晶相更加均质，对其进行保温3～5小时，使铸铝后保温合金化。

Claims

1.一种铝电解预焙阳极导杆与钢爪的连接结构，其特征在于在500～600℃的温度下，采用温度在750～800℃的铝液或铝铜合金液对钢爪空心斗进行浇铸，使得导杆与钢爪连接为一个整体。

2.根据权利要求1所述的铝电解预焙阳极导杆与钢爪的连接结构，其特征在于钢爪空心斗为铸铝钢斗，铸铝钢斗带凸出的燕尾结构，铝导杆铸造头部分带燕尾槽。

3.权利要求1所述的铝电解预焙阳极导杆与钢爪连接的制作方法，其特征在于按以下进行：

1)将钢斗内部清理、除锈；

2)在钢斗内壁涂覆一薄层防氧剂松香或者焊锡膏，防止钢斗内壁被氧化；

3)将铸铝钢斗及铝导杆预热到500～600℃，并将两者配合；

4)将铝液或铝铜合金液加热至750～800℃，对钢斗进行浇铸；

5)在浇筑完后，为了使合金晶相更加均质，对其进行保温3～5小时。