CN115058742A - 一种铝电解槽用铝炭直连阳极工作组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝电解槽用铝炭直连阳极工作组，包括阳极母线、支撑杆、铝导杆、炭块基座和炭块凸台，炭块基座上端面一体成型设置长方体的炭块凸台，炭块凸台通过铝导杆连接阳极母线，阳极母线还通过两根支撑杆连接炭块基座。本发明结构简单合理，取消了传统的连接钢爪，使用时不再有阳极钢爪内弯的问题，接触压降大幅度降低，成本低廉，可推广使用。
Description
技术领域
本发明属于铝电解技术领域，具体涉及一种铝电解槽用铝炭直连阳极工作组。
背景技术
铝电解槽是进行工业铝冶炼的主要装备，是一个结构复杂的大型系统，阳极组是铝电解槽中必不可少的一部分。现在通用的铝电解槽阳极组主要是由阳极铝导杆，铝钢复合爆炸焊片、阳极钢爪、磷生铁和炭块构造而成。铝导杆与阳极钢爪的连接是通过铝导杆下端的铝钢复合爆炸片将阳极钢爪横梁与铝导杆焊接成为一体的；阳极钢爪下端通过浇铸磷生铁的方式与阳极炭块连接。电流从铝导杆上端流入，流经铝导杆、铝钢复合焊片、阳极钢爪、磷生铁和炭块，又从炭块流入电解质和铝液。这种通用的铝电解槽阳极组主要存在以下缺陷：一是阳极钢爪的热膨胀系数与阳极炭块的并不相同，尤其是在残极冷却时特别容易造成阳极钢爪横梁两端的阳极钢爪支腿向内弯曲变形；二是阳极钢爪与炭块之间的磷生铁产生的压降过大，从而增大耗电量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种铝电解槽用铝炭直连阳极工作组，该装置结构设计科学合理，使用简便，能有效降低压降减少耗电量，安全可靠，可为电解铝生产有效提高效益。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种铝电解槽用铝炭直连阳极工作组，其特征在于，包括阳极母线、支撑杆、铝导杆、炭块基座和炭块凸台，所述阳极母线为矩形板，所述炭块基座的顶面一体成型设置炭块凸台，所述炭块凸台通过铝导杆连接阳极母线，所述阳极母线通过两根支撑杆连接炭块基座，所述支撑杆与阳极母线、炭块基座之间均设置有绝缘层。
优选地，所述炭块凸台内开设有安装槽，所述安装槽内底部设置有消失模，所述铝导杆的一端插入连接槽后用铝液浇筑连接，铝导杆的另一端通过卡具和挂钩卡紧在阳极母线上。消失模为10-20mm厚的泡沫塑料长方体板，当浇筑铝液后消失模蒸发在安装槽内底部形成一块厚10-20mm的铝板与铝导杆连接，这样就能有效增加铝与炭块的接触面积从而降低工作压降。在工作时铝板会熔化呈液态，其强度和硬度接近于零，使铝板对炭块的应力作用非常小。
优选地，所述阳极母线上固定连接有两组连接扣，所述炭块基座的顶面开设有两条倒T型槽，倒T型槽为通槽，所述支撑杆的一端设置有与所述连接扣配合固定连接的连接端板，支撑杆的另一端垂直固定连接有与所述倒T型槽配合的工字杆，支撑杆为截面为矩形的碳钢杆件，连接端板为焊接在支撑杆顶端的钢板，工字杆为截面呈H型的工字钢，所述连接端板上与连接扣接触的位置包裹有绝缘层，所述工字杆与倒T型槽接触的位置包裹有绝缘层，绝缘层厚5-15mm，绝缘层优选使用陶瓷材质。
优选地，两个连接扣相对设置构成一组，一组连接扣形成支撑且连接连接端板的矩形平台，矩形平台的长为220-250mm、宽为90-100mm、高为12-15mm。
优选地，所述炭块凸台的长为250-300mm、宽为200-250mm、高为100-200mm，炭块基座的高度为710mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明结构设计科学合理，取消常规钢爪结构，直接将铝导杆和阳极炭块通过铝液浇注连接在一起，从而该装置在使用不再有阳极钢爪内弯的问题，同时也不存在铁-碳接触压降过大的问题，而是变成了铝-炭接触压降，由于铝的电阻率远小于铁的电阻率，所以接触压降也有了大幅度的降低。
2、本发明设计支撑杆来连接炭块基座与阳极母线，保证铝导杆在高温时不会发生断裂的情况。在节约大量成本的同时还可以减少工人的劳动强度，对电解铝生产带来巨大收益。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明中炭块基座的轴测立体结构示意图。
图3是本发明中支撑杆的结构示意图。
图4是本发明中支撑杆、铝导杆与炭块基座连接的局部结构示意图。
图5是本发明中支撑杆与阳极母线的连接结构示意图。
图6是本发明中铝导杆在工作状态下的温度分布云图。
图7是本发明中铝导杆在残极状态下的温度分布云图。
图8是本发明中炭块基座在工作状态下的应力分布云图。
图9是本发明中炭块基座在残极状态下的应力分布云图。
图10是本发明的电压降分布云图。
图11是常规的原始阳极结构的电压降分布云图。
附图标记说明：
1—阳极母线； 2—支撑杆； 3—铝导杆；
4—炭块凸台； 5—炭块基座； 6—安装槽；
7—连接扣； 8—倒T型槽； 9—连接端板；
10—工字杆。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明包括阳极母线1、支撑杆2、铝导杆3、炭块基座5和炭块凸台4，所述阳极母线1为矩形板，所述炭块基座5的顶面一体成型设置炭块凸台4，所述炭块凸台4通过铝导杆3连接阳极母线1，所述阳极母线1通过两根支撑杆2连接炭块基座5，所述支撑杆2与阳极母线1、炭块基座5之间均设置有绝缘层。
本实施例中，所述炭块凸台4内开设有安装槽6，所述安装槽6内底部设置有消失模，所述铝导杆3的一端插入连接槽6后用铝液浇筑连接，铝导杆3的另一端以常规连接方式通过卡具和挂钩卡紧在阳极母线上。消失模为15mm厚的泡沫塑料长方体板，当浇筑铝液后消失模蒸发在安装槽6内底部形成一块厚15mm的铝板与铝导杆连接，这样就能有效增加铝与炭块的接触面积从而降低工作压降。在工作时铝板会部分熔化呈半固态，其强度和硬度接近于零，使铝板对炭块的应力作用非常小。
本实施例中，所述阳极母线1上固定连接有两组连接扣7，所述炭块基座5的顶面开设有两条倒T型槽8，倒T型槽8为通槽，所述支撑杆2的一端设置有与所述连接扣7配合固定连接的连接端板9，支撑杆2的另一端垂直固定连接有与所述倒T型槽8配合的工字杆10，支撑杆2为截面为矩形的碳钢杆件，连接端板9为焊接在支撑杆2顶端的钢板，工字杆10为钢制，所述连接端板9上与连接扣7接触的位置包裹有绝缘层，所述工字杆10与倒T型槽8接触的位置包裹有绝缘层，绝缘层厚10mm，绝缘层优选使用陶瓷材质。
本实施例中，两个连接扣7相对设置构成一组，一组连接扣7形成支撑且连接连接端板9的矩形平台，矩形平台的长为240mm、宽为100mm、高为13mm。
本实施例中，所述炭块凸台4的长为250mm、宽为200mm、高为100mm，炭块基座5的高度为710mm。
本实施例中，所述支撑杆2的截面尺寸为100×100mm。
如图6所示，铝导杆3在正常工作状态下铝导杆3的顶部温度最低约为90.9℃，铝导杆与炭块连接部分温度最高为489℃。如图7所示，当炭块基座5和炭块凸台4消耗达最大值时即残极状态，铝导杆3与炭块凸台和炭块基座5接触的底部位置温度为596℃，而铝的熔点为660℃，故该装置在运行时铝导杆3不会发生熔断现象。消失模形成的铝板与铝导杆通过熔化后的铝液浇铸连接，使用中不会达到熔点以上温度，铝板长1200mm，宽400mm，比炭块凸台4的水平尺寸大。
如图8所示，炭块基座5在工作时受到的最大应力为2.06Mpa，铝的热膨胀系数较高会产生较大的热应力，但是此时由消失模形成的铝板所在的温度区间已经使铝板熔化变成了液态丧失了大部分强度。如图9所示，随着炭块基座5的消耗，支撑杆2的温度逐步上升使得工字杆10受热膨胀对炭块基座5产生了压应力。残极炭块基座5所受到的最大应力为8.99Mpa，已知炭块基座5的许用应力在30Mpa，则在该种结构设计下炭块基座5在使用时不会发生破环。
本发明设计合理，操作简单，在不改变现有的电解槽形状的情况下使用该装置可以有效杜绝阳极钢爪的损耗，有效降低电压降20mV以上。对本发明设计的阳极工作组进行数值模拟，压降为317.51mV，在材料属性相同的前提下，常规的原始阳极工作组的压降为346.03mV。二者电压降分布云图如图10和图11所示，有明显的压降性能差异，对电解铝生产带来巨大收益。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种铝电解槽用铝炭直连阳极工作组，其特征在于，包括阳极母线(1)、支撑杆(2)、铝导杆(3)、炭块基座(5)和炭块凸台(4)，所述阳极母线(1)为矩形板，所述炭块基座(5)的顶面一体成型设置炭块凸台(4)，所述炭块凸台(4)通过铝导杆(3)连接阳极母线(1)，所述阳极母线(1)通过两根支撑杆(2)连接炭块基座(5)，所述支撑杆(2)与阳极母线(1)、炭块基座(5)之间均设置有绝缘层。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽用铝炭直连阳极工作组，其特征在于，所述炭块凸台(4)内开设有安装槽(6)，所述安装槽(6)内底部设置有消失模，所述铝导杆(3)的一端插入连接槽(6)后用铝液浇筑连接，铝导杆(3)的另一端与阳极母线(1)导电连接。
3.根据权利要求1所述的一种铝电解槽用铝炭直连阳极工作组，其特征在于，所述阳极母线(1)上固定连接有两组连接扣(7)，所述炭块基座(5)的顶面开设有两条倒T型槽(8)，所述支撑杆(2)的一端设置有与所述连接扣(7)配合固定连接的连接端板(9)，支撑杆(2)的另一端垂直固定连接有与所述倒T型槽(8)配合的工字杆(10)，所述连接端板(9)上与连接扣(7)接触的位置包裹有绝缘层，所述工字杆(10)与倒T型槽(8)接触的位置包裹有绝缘层，绝缘层厚5-15mm。
4.根据权利要求3所述的一种铝电解槽用铝炭直连阳极工作组，其特征在于，两个连接扣(7)相对设置构成一组，一组连接扣(7)形成支撑且连接连接端板(9)的矩形平台，矩形平台的长为220-250mm、宽为90-100mm、高为12-15mm。
5.根据权利要求1所述的一种铝电解槽用铝炭直连阳极工作组，其特征在于，所述炭块凸台(4)的长为250-300mm、宽为200-250mm、高为100-200mm，炭块基座(5)的高度为710mm。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |