CN108971675A - 一种电解铝阴极的机械装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解铝阴极的机械装配方法,包括计算预留间隙、钢棒‑磷生铁组件加工、钢棒‑磷生铁组件装配、捣固。本发明具有以下有益效果:本发明采用机械的装配方法组装电解铝阴极,省去了传统磷生铁浇铸阴极中整体加热和融化铁水浇铸的流程,在达到磷生铁浇铸阴极的节能效果的同时,省去了阴极加热炉、中频炉等设备的投入,大幅度降低成本;可靠性更高,磷生铁层、钢棒、阴极炭块的尺寸能够精确控制,避免炭块损坏;节能环保,减少污染,更有利于铝行业的节能减排。
Description
技术领域
本发明属电解铝装置技术领域,特别是涉及一种电解铝阴极的机械装配方法。
背景技术
近些年来,电解铝行业为实现大幅降低铝电解电能消耗,逐步在行业内推广了一些新的节能技术,其中效果最明显的当属磷生铁浇铸阴极组装技术,采用该技术后炉底压降普遍控制在220-240mv,节能效果明显,已经逐步被业内人士所认同,并开始大面积推广。
此种组装方式需先将阴极炭块与钢棒进行位置组装,组装后再进行整体加热,在一定温度下浇铸磷生铁铁水,以达到组装目的。但是在实际操作中,此种方式会消耗大量能源。以500KA电解槽阴极炭块为例,在进行整体加热至550℃的过程中,每个炭块消耗60Nm³的天然气或等热值的其他能源,同时在融化铁水、阴极预热以及铁水浇铸的过程中,会产生大量的烟气,对环境造成一定程度的影响。而且针对国内普遍应用较多的30%及50%高石墨质阴极,此种组装方式对加热设备、浇铸温度、铁水成分要求较高,在实际浇铸过程中不可避免的会出现炭块损坏报废的情况,造成一定程度的经济损失。此外其组装成本也比较高,限制了此项技术的推广。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有的技术问题,提供了一种电解铝阴极的机械装配方法。
本发明是采用以下技术方案进行:
一种电解铝阴极的机械装配方法,包括以下步骤:
步骤一,计算预留间隙:
电解铝阴极主要包括阴极炭块、多个钢棒-磷生铁组件;所述阴极炭块延长度方向有两个燕尾槽;所述钢棒-磷生铁组件包括钢棒、磷生铁层;所述磷生铁层位于钢棒外;所述燕尾槽的左部分、右部分中均插入有一个钢棒-磷生铁组件;
所述预留间隙为钢棒-磷生铁组件位于燕尾槽中心位置时与燕尾槽侧壁之间的间隔;
预留间隙 ;
其中b为预留间隙;α为钢棒的膨胀系数;a为钢棒的宽度;t为电解铝阴极的工作环境温度;
步骤二,钢棒-磷生铁组件加工:对钢棒-磷生铁组件进行精确加工;保证钢棒-磷生铁组件的磷生铁层在燕尾槽内时与燕尾槽两侧内壁的距离均为b;
步骤三,钢棒-磷生铁组件装配:将钢棒-磷生铁组件放入冷冻室进行冷却;冷却完成后将钢棒-磷生铁组件取出,在组装平台上将钢棒-磷生铁组件推入到燕尾槽中;静置等待钢棒-磷生铁组件恢复至室温;
步骤四,捣固:在每个燕尾槽中心部位添加糊料;在每个燕尾槽左右两端使用捣打料进行捣固。
优选的,所述钢棒-磷生铁组件中的磷生铁层通过浇铸形成,包括以下步骤:
步骤一,根据电解铝阴极组装要求以及阴极炭块燕尾槽的尺寸预制好磷生铁层的浇铸模型;
步骤二,将钢棒除锈后加入模型中,将磷生铁注入模型后,磷生铁与钢棒粘接;冷却后将模型卸下,得到钢棒-磷生铁工件;
步骤三,将钢棒-磷生铁工件放置在铣床上对钢棒-磷生铁工件进行铣面加工,铣面加工后的尺寸保证磷生铁层在燕尾槽内时与燕尾槽两侧内壁的距离均为b。
优选的,所述磷生铁层上有凹槽;所述凹槽内左右两侧有键槽;所述钢棒左右两侧有键槽;所述凹槽宽度与钢棒宽度一致;所述磷生铁层与钢棒之间有固定键;
所述钢棒-磷生铁组件装配过程包括以下步骤:
步骤一,根据机械组装而成的钢棒-磷生铁组件的结构,加工出磷生铁层;磷生铁层的凹槽宽度与钢棒宽度一致,磷生铁层宽度则符合预留间隙b;
步骤二,将钢棒除锈后送入冷冻室进行冷却;
步骤三,将冷却后的钢棒插入到磷生铁层的凹槽内;将固定键插入到钢棒与磷生铁层的键槽内进行加固;静置到室温后得到钢棒-磷生铁组件。
本发明的作用原理如下:
本发明是电解铝阴极的机械装配方法,该机械装配的主要点在于电解铝阴极上的钢棒、磷生铁、阴极炭块三者之间的结合。
传统的电解铝阴极组装是将钢棒放置在阴极炭块的燕尾槽内,将磷生铁浇铸入燕尾槽中,通过磷生铁将钢棒、磷生铁、阴极炭块三者粘结在一起。此种方法中需要用到许多的加热设备进行整体加热和融化铁水浇铸,耗能巨大。其次由于现在对环保要求严格,此种加工方法中燃气、中频炉、浇铸过程中产生的很多污染物,对于污染物的排放与处理并不容易解决。最后在实际浇铸过程中,由于热量冲击,很容易造成阴极炭块崩裂损坏的情况,对电解铝阴极的组装过程造成原材料的浪费,同时对电解铝阴极的生产效率也造成影响,造成一定程度的经济损失。
本发明的组装方式属于机械组装。
首先对于预留间隙的设置,根据电解铝阴极使用环境的特殊情况,以及阴极炭块、磷生铁、钢棒本身的特点来进行设计加工。预留间隙的存在一方面是在常温组装中,方便钢棒-磷生铁组件安装入阴极炭块的燕尾槽内,另一方面则是在电解铝阴极的工作环境为高温环境,在高温环境下钢棒会膨胀。若留的间隙过小,膨胀量过大时,会有撑裂损坏阴极炭块的状况;若留的间隙过大,钢棒-磷生铁组件与阴极炭块直接无法紧密结合会造成电阻过大的情况,会浪费较多电量。因此本发明中对预留间隙的计算给出了一个计算公式:
预留间隙,
该公式中对考虑到钢棒的膨胀量,又减去了0.15的常数。该常数的存在为了使钢棒-磷生铁组件在工作环境的高温下,在不损坏阴极炭块的前提下,尽可能的贴合阴极炭块。本数据根据实际使用情况,以及高温下阴极炭块也会有一定发红软化,能够承受一定的钢棒-磷生铁组件的膨胀量得出的较优常数。
本发明的钢棒-磷生铁组件的加工方式也分为两种。
第一种,钢棒-磷生铁组件的磷生铁层通过浇铸与钢棒组合。此种组装方式方便快捷,磷生铁与钢棒浇铸件完全可以通过专业的铸造企业或机械加工企业加工定制,省去了传统磷生铁浇铸阴极中整体加热和融化铁水浇铸的流程。对于电解铝阴极的进行组装时,可直接根据阴极炭块对钢棒-磷生铁组件进行再次加工后进行组装。
第二种,钢棒-磷生铁组件通过机械装配组装而成。此种组装方式中,磷生铁层可以通过专业的铸造企业或机械加工企业加工定制,然后再进行磷生铁层、钢棒、阴极炭块之间的组装。该机械组装的过程,优势在于磷生铁层、钢棒均为单独的,通过过盈配合以及固定件结合在一起,可拆卸,操作更加灵活。
本发明的电解铝阴极的机械转配方法具有以下几个优点,
首先,具有更好的经济性,在达到磷生铁浇铸阴极的节能效果的同时,省去了阴极加热炉、中频炉等设备的投入,只需要简单的组装平台和冷却设备,均可完成组装工作,同时人工成本将大幅降低。
其次,具有更好的可靠性,其中各种材料的加工精度完全可以满足组装要求,尺寸的控制方便可靠,对消除了直接浇铸铁水对阴极炭块形成的热冲击,同时组装完成后对炭块不存在应力作用,可避免炭块损坏。
最后,更加节能环保,此种方式省去了整体加热所需的能源消耗,同时也避免了燃气、中频炉、浇铸过程中产生的污染物排放,将传统磷生铁浇铸的铸造工序全部简化为机械加工工序,更有利于铝行业的节能减排。
本发明具有以下有益效果:
本发明采用机械的装配方法组装电解铝阴极,省去了传统磷生铁浇铸阴极中整体加热和融化铁水浇铸的流程,在达到磷生铁浇铸阴极的节能效果的同时,省去了阴极加热炉、中频炉等设备的投入,大幅度降低成本;可靠性更高,磷生铁层、钢棒、阴极炭块的尺寸能够精确控制,避免炭块损坏;节能环保,减少污染,更有利于铝行业的节能减排。
附图说明
图1为实施例1的电解铝阴极的俯视图;
图2为图1沿A-A线的剖视图;
图3为实施例2的电解铝阴极的俯视图;
图4为图3沿B-B线的剖视图。
图中:1、阴极炭块;2、钢棒-磷生铁组件;3、燕尾槽;4、钢棒;5、磷生铁层;6、糊料;7、捣打料;8、凹槽;9、键槽;10、固定键。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步描述,在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种电解铝阴极的机械装配方法,包括以下步骤:
步骤一,计算预留间隙:
电解铝阴极主要包括阴极炭块、四个钢棒-磷生铁组件;阴极炭块延长度方向有两个燕尾槽;钢棒-磷生铁组件包括钢棒、磷生铁层;磷生铁层位于钢棒外;燕尾槽的左部分、右部分中均插入有一个钢棒-磷生铁组件;
预留间隙为钢棒-磷生铁组件位于燕尾槽中心位置时与燕尾槽侧壁之间的间隔;钢棒宽度为150mm;钢棒的膨胀系数为1.2×10-5/℃;电解铝阴极的工作环境温度800℃;
预留间隙;
步骤二,钢棒-磷生铁组件加工:根据电解铝阴极组装要求以及阴极炭块燕尾槽的尺寸预制好磷生铁层的浇铸模型;将钢棒除锈后加入模型中,将磷生铁注入模型后,磷生铁与钢棒粘接;冷却后将模型卸下,得到钢棒-磷生铁工件;将钢棒-磷生铁工件放置在铣床上对钢棒-磷生铁工件进行铣面加工,铣面加工后的尺寸保证磷生铁层在燕尾槽内时与燕尾槽两侧内壁的距离均为0.57mm;
步骤三,钢棒-磷生铁组件装配:将钢棒-磷生铁组件放入冷冻室进行冷却;冷却完成后将钢棒-磷生铁组件取出,在组装平台上将钢棒-磷生铁组件推入到燕尾槽中;静置等待钢棒-磷生铁组件恢复至室温;
步骤四,捣固:在每个燕尾槽中心部位添加糊料;在每个燕尾槽左右两端使用捣打料进行捣固。
如图1、图2所示,图1为本实施例电解铝阴极的俯视图的,图2为图1沿A-A线的剖视图。电解铝阴极主要包括阴极炭块1、四个钢棒-磷生铁组件2;阴极炭块1延长度方向有两个燕尾槽3;钢棒-磷生铁组件包括钢棒4、磷生铁层5;磷生铁层5位于钢棒4外;燕尾槽3的左部分、右部分中均插入有一个钢棒-磷生铁组件2。每个燕尾槽3中心部位添加糊料6;在每个燕尾槽3左右两端有捣打料7。
实施例2
一种电解铝阴极的机械装配方法,包括以下步骤:
步骤一,计算预留间隙:
电解铝阴极主要包括阴极炭块、四个钢棒-磷生铁组件;阴极炭块延长度方向有两个燕尾槽;钢棒-磷生铁组件包括钢棒、磷生铁层;磷生铁层位于钢棒外;所述燕尾槽的左部分、右部分中均插入有一个钢棒-磷生铁组件;
预留间隙为钢棒-磷生铁组件位于燕尾槽中心位置时与燕尾槽侧壁之间的间隔;钢棒宽度为150mm;钢棒的膨胀系数为1.2×10-5/℃;电解铝阴极的工作环境温度800℃;
预留间隙;
步骤二,钢棒-磷生铁组件加工:
磷生铁层上有凹槽;凹槽内左右两侧有键槽;钢棒左右两侧有键槽;凹槽宽度与钢棒宽度一致;磷生铁层与钢棒之间有固定键;
根据钢棒-磷生铁组件的结构,加工出磷生铁层;磷生铁层的凹槽宽度与钢棒宽度一致,磷生铁层宽度则符合预留间隙0.57mm;
将钢棒除锈后送入冷冻室进行冷却;将冷却后的钢棒插入到磷生铁层的凹槽内;将固定键插入到钢棒与磷生铁层的键槽内进行加固;静置到室温后得到钢棒-磷生铁组件;
步骤三,钢棒-磷生铁组件装配:将钢棒-磷生铁组件放入冷冻室进行冷却;冷却完成后将钢棒-磷生铁组件取出,在组装平台上将钢棒-磷生铁组件推入到燕尾槽中;静置等待钢棒-磷生铁组件恢复至室温;
步骤四,捣固:在每个燕尾槽中心部位添加糊料;在每个燕尾槽左右两端使用捣打料进行捣固。
如图3、图4所示,图3为本实施例电解铝阴极的俯视图的,图4为图3沿B-B线的剖视图。电解铝阴极主要包括阴极炭块1、四个钢棒-磷生铁组件2;阴极炭块1延长度方向有两个燕尾槽3;钢棒-磷生铁组件包括钢棒4、磷生铁层5;磷生铁层5位于钢棒4外;燕尾槽3的左部分、右部分中均插入有一个钢棒-磷生铁组件2。每个燕尾槽3中心部位添加糊料6;在每个燕尾槽3左右两端有捣打料7。钢棒-磷生铁组件2的磷生铁层5上有凹槽8;凹槽8内的左右两侧有键槽9;钢棒4左右两侧有键槽9;凹槽8宽度与钢棒4宽度一致;磷生铁层5与钢棒4之间有固定键10。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制,凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形,均落入本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种电解铝阴极的机械装配方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,计算预留间隙:
电解铝阴极主要包括阴极炭块、多个钢棒-磷生铁组件;所述阴极炭块延长度方向有两个燕尾槽;所述钢棒-磷生铁组件包括钢棒、磷生铁层;所述磷生铁层位于钢棒外;所述燕尾槽的左部分、右部分中均插入有一个钢棒-磷生铁组件;
所述预留间隙为钢棒-磷生铁组件位于燕尾槽中心位置时与燕尾槽侧壁之间的间隔;
预留间隙;
其中b为预留间隙;α为钢棒的膨胀系数;a为钢棒的宽度;t为电解铝阴极的工作环境温度;
步骤二,钢棒-磷生铁组件加工:根据电解铝阴极组装要求以及阴极炭块燕尾槽的尺寸预制好磷生铁层的浇铸模型;将钢棒除锈后加入模型中,将磷生铁注入模型后,磷生铁与钢棒粘接;冷却后将模型卸下,得到钢棒-磷生铁工件;将钢棒-磷生铁工件放置在铣床上对钢棒-磷生铁工件进行铣面加工,铣面加工后的尺寸保证磷生铁层在燕尾槽内时与燕尾槽两侧内壁的距离均为b;
步骤三,钢棒-磷生铁组件装配:将钢棒-磷生铁组件放入冷冻室进行冷却;冷却完成后将钢棒-磷生铁组件取出,在组装平台上将钢棒-磷生铁组件推入到燕尾槽中;静置等待钢棒-磷生铁组件恢复至室温;
步骤四,捣固:在每个燕尾槽中心部位添加糊料;在每个燕尾槽左右两端使用捣打料进行捣固。
2.一种电解铝阴极的机械装配方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,计算预留间隙:
电解铝阴极主要包括阴极炭块、多个钢棒-磷生铁组件;所述阴极炭块延长度方向有两个燕尾槽;所述钢棒-磷生铁组件包括钢棒、磷生铁层;所述磷生铁层位于钢棒外;所述燕尾槽的左部分、右部分中均插入有一个钢棒-磷生铁组件;
所述预留间隙为钢棒-磷生铁组件位于燕尾槽中心位置时与燕尾槽侧壁之间的间隔;
预留间隙;
其中b为预留间隙;α为钢棒的膨胀系数;a为钢棒的宽度;t为电解铝阴极的工作环境温度;
步骤二,钢棒-磷生铁组件加工:
所述磷生铁层上有凹槽;所述凹槽内左右两侧有键槽;所述钢棒左右两侧有键槽;所述凹槽宽度与钢棒宽度一致;所述磷生铁层与钢棒之间有固定键;
根据钢棒-磷生铁组件的结构,加工出磷生铁层;磷生铁层的凹槽宽度与钢棒宽度一致,磷生铁层宽度则符合预留间隙b;
将钢棒除锈后送入冷冻室进行冷却;将冷却后的钢棒插入到磷生铁层的凹槽内;将固定键插入到钢棒与磷生铁层的键槽内进行加固;静置到室温后得到钢棒-磷生铁组件;
步骤三,钢棒-磷生铁组件装配:将钢棒-磷生铁组件放入冷冻室进行冷却;冷却完成后将钢棒-磷生铁组件取出,在组装平台上将钢棒-磷生铁组件推入到燕尾槽中;静置等待钢棒-磷生铁组件恢复至室温;
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