CN116837423A - 一种石墨阳极的固定连接结构及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种石墨阳极的固定连接结构及其用途，所述固定连接结构包括石墨阳极本体、连接件和固定件，石墨阳极本体的一侧设置有弧形凹槽，连接件的一侧设置有弧形凸起，弧形凸起通过螺栓和弧形凹槽可拆卸连接，弧形凸起和弧形凹槽之间填充设置有固定件。本发明通过石墨阳极本体、连接件和固定件的组合设置，使得石墨阳极本体与连接件紧密连接，增加了两者间的接触面积，降低了连接件和石墨阳极本体的接触电阻，使电解过程中阳极压降显著降低，节约能耗；且固定件的使用，进一步降低了接触电阻的同时，防止高温熔盐和高温空气对连接件的腐蚀，延长了实用寿命。
Description
技术领域
本发明属于冶金设备设计技术领域，涉及一种石墨阳极的固定连接结构及其用途。
背景技术
熔盐电解法是生产稀土金属和合金的主要工艺之一。该工艺以高纯石墨板为阳极，金属钨棒或铁棒为阴极。电解过程中，稀土金属离子在阴极上放电形成金属或合金，而含氧阴离子在石墨阳极上放电生成CO或CO2气体。
目前工业上多采用6KA熔盐电解槽，槽压约10～12V，其中阳极压降约占0.6～1.2V，主要产生于石墨阳极和阳极导电板之间的接触面。阳极导电板在高温熔盐和空气的双重侵蚀下，边缘和底面易被腐蚀而减少与石墨阳极的接触面积，且高温下阳极导电板表面产生大量氧化铁，进一步增加接触电阻，从而增加石墨阳极与导电板之间的电压降。如何降低减缓阳极导电板的氧化以及降低阳极压降是稀土熔盐电解行业的难题。因此，亟需设计开发一种石墨阳极的固定连接结构，克服现有技术缺陷，以满足实际应用需求。
本专利针对稀土熔盐电解阳极电解槽在工作过程中阳极导电板腐蚀与压降升高问题，提出了优化方法，降低导电板与石墨阳极的接触电阻，延长导电板使用时间。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种石墨阳极的固定连接结构及其用途，在本发明中，通过石墨阳极本体、连接件和固定件的组合设置，使得石墨阳极本体与连接件紧密连接，增加了两者间的接触面积，降低了连接件和石墨阳极本体的接触电阻，使电解过程中阳极压降显著降低，节约能耗；且固定件的使用，进一步降低了接触电阻的同时，防止高温熔盐和高温空气对连接件的腐蚀，延长了实用寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种石墨阳极的固定连接结构，所述固定连接结构包括石墨阳极本体、连接件和固定件，所述石墨阳极本体的一侧设置有弧形凹槽，所述连接件的一侧设置有弧形凸起，所述弧形凸起通过螺栓和所述弧形凹槽可拆卸连接，所述弧形凸起和所述弧形凹槽之间填充设置有所述固定件。
在本发明中，通过石墨阳极本体、连接件和固定件的组合设置，使得石墨阳极本体与连接件紧密连接，增加了两者间的接触面积，降低了连接件和石墨阳极本体的接触电阻，使电解过程中阳极压降显著降低，节约能耗；且固定件的使用，进一步降低了接触电阻的同时，防止高温熔盐和高温空气对连接件的腐蚀，延长了实用寿命。
作为本发明一种优选的技术方案，所述石墨阳极本体的对称两侧为弧面，所述石墨阳极本体在和所述弧面垂直的对称两侧为平面。
优选地，所述弧形凹槽设置在所述平面上。
需要说明的是，本发明中弧形凹槽设置在平面上是因为可增加电解导电板、液态金属和石墨阳极接触面积，减小接触电阻。
作为本发明一种优选的技术方案，所述弧形凹槽为阶梯式凹槽。
优选地，所述阶梯式凹槽的最大深度为8～10cm，例如可以是8cm、8.2cm、8.4cm、8.6cm、8.8cm、9cm、9.2cm、9.4cm、9.6cm、9.8cm、10cm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述阶梯式凹槽的最小深度为3～5cm，例如可以是3cm、3.2cm、3.4cm、3.6cm、3.8cm、4cm、4.2cm、4.4cm、4.6cm、4.8cm、5cm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
需要说明的是，本发明中弧形凹槽为阶梯式凹槽是因为该结构可增加电解导电板、液态金属和石墨阳极接触面积，减小接触电阻。
作为本发明一种优选的技术方案，所述阶梯式凹槽在平行于所述平面的一侧设置有开孔，所述开孔用于螺栓连接。
优选地，所述开孔设置有至少两个。
需要说明的是，本发明对开孔的形状、大小和尺寸不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，开孔可以是圆形、方形等，个数可以是2个、3个、4个、6个、8个等，在此不做穷举。
作为本发明一种优选的技术方案，所述连接件为连接导杆。
优选地，所述连接导杆的材质为不锈钢。
需要说明的是，本发明中连接导杆的材质为不锈钢，是因为不锈钢材质耐腐蚀，且价格低廉。
作为本发明一种优选的技术方案，所述连接导杆包括导电板和导杆，所述导杆的一端固定连接有所述导电板。
优选地，所述导杆的一端焊接有所述导电板的一端。
优选地，所述导电板和所述导杆垂直连接。
需要说明的是，本发明中导电板和导杆的结构之所以是垂直焊接固定，是因为与现有电解槽阳极相匹配，方面更换电极。
需要说明的是，本发明中的导电板的材质可以是不锈钢，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。
作为本发明一种优选的技术方案，所述导电板和所述导杆垂直且远离所述导杆的一侧面上设置有通孔，所述通孔用于和所述开孔配合进而螺栓连接。
优选地，所述通孔设置有至少两个。
需要说明的是，本发明对通孔的形状、大小和尺寸不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。通孔主要是用于引导液态金属进入石墨阳极本体的阶梯式凹槽与导电板连接缝隙中，使其紧密连接。
优选地，所述导电板沿垂直与所述导杆的方向设置有导流孔，所述导流孔用于引导固定件进行缝隙填充。
优选地，所述导电板的厚度小于所述弧形凹槽的深度。
需要说明的是，本发明中导电板的厚度小于弧形凹槽的深度，以便组装时，导电板可以完全没入弧形的石墨阳极本体顶端的弧形凹槽内。
作为本发明一种优选的技术方案，所述固定件包括液态金属和炭糊。
需要说明的是，本发明中石墨阳极本体和连接导杆使用螺栓连接后，在导电板中央的小孔处导入液态金属，并在导电板上表面涂覆炭糊进行封装，以防止导电板和螺栓被高温熔盐和高温空气腐蚀。
优选地，所述液态金属为Sn、Ga和Pb中的任意一种或两种及以上的组合，所述液态金属用于填充所述石墨阳极本体和所述连接件的连接缝隙。
需要说明的是，本发明中的液态金属为Sn、Ga和Pb中的任意一种或两种及以上的组合，用于导入石墨阳极本体的顶端的弧形凹槽内，降低石墨阳极本体与导电板的接触电阻。
作为本发明一种优选的技术方案，所述炭糊由粘结剂和骨料融合组成，所述炭糊用于填充所述石墨阳极本体和所述连接件的连接后的所述弧形凹槽的缝隙。
优选地，所述粘结剂为沥青。
优选地，所述骨料由电煅无烟煤、冶金焦和石墨碎块组成。
需要说明的是，本发明中的炭糊主要由沥青、煤焦油、电煅无烟煤和冶金焦等材料混合制备的冷捣糊和热捣糊，用于涂覆于导电板上层，保护导电板和螺栓不被高温熔盐和高温空气腐蚀。
需要说明的是，本发明中的固定连接结构的使用方法包括：
连接导杆的导电板与石墨阳极本体顶端的弧形凹槽相配合，两者之间的缝隙由液态金属填充，保证导电板与石墨阳极本体之间具有良好的导电性能；螺栓贯穿通孔，与石墨阳极本体顶端的弧形凹槽底部的开孔配合，将石墨阳极本体和连接导杆装配固定。
装配后，导电板上表面低于石墨阳极本体的顶端的弧形凹槽上沿，用炭糊将导电板完全封装到石墨阳极本体顶端的弧形凹槽中，以防止高温空气和高温熔盐对导电板的腐蚀；导电板与阳极导杆通过焊接连接，当导电板被腐蚀失效时，方便更换。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的固定连接结构的用途，所述固定连接结构用于稀土金属生产设备领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在本发明中，通过石墨阳极本体、连接件和固定件的组合设置，使得石墨阳极本体与连接件紧密连接，增加了两者间的接触面积，降低了连接件和石墨阳极本体的接触电阻，使电解过程中阳极压降显著降低，节约能耗；且固定件的使用，进一步降低了接触电阻的同时，防止高温熔盐和高温空气对连接件的腐蚀，延长了实用寿命。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供石墨阳极的固定连接结构的整体结构示意图；
图2为本发明一个具体实施方式提供石墨阳极的固定连接结构的石墨阳极本体的示意图；
图3为本发明一个具体实施方式提供石墨阳极的固定连接结构的连接件示意图；
图4为本发明一个具体实施方式提供石墨阳极的固定连接结构的组装示意图；
其中，1-石墨阳极本体；101-弧形凹槽；102-开孔；2-连接导杆；201-导电板；202-导杆；203-导流孔；204-通孔；205-弧形凸起；3-液态金属；4-螺栓；5-炭糊。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种石墨阳极的固定连接结构，如图1、图2、图3和图4所示，所述固定连接结构包括石墨阳极本体1、连接件和固定件，石墨阳极本体1的一侧设置有弧形凹槽101，连接件的一侧设置有弧形凸起205，弧形凸起205通过螺栓4和弧形凹槽101可拆卸连接，弧形凸起205和弧形凹槽101之间填充设置有固定件。
在本发明中，通过石墨阳极本体1、连接件和固定件的组合设置，使得石墨阳极本体1与连接件紧密连接，增加了两者间的接触面积，降低了连接件和石墨阳极本体1的接触电阻，使电解过程中阳极压降显著降低，节约能耗；且固定件的使用，进一步降低了接触电阻的同时，防止高温熔盐和高温空气对连接件的腐蚀，延长了实用寿命。
石墨阳极本体1的对称两侧为弧面，石墨阳极本体1在和弧面垂直的对称两侧为平面，弧形凹槽101设置在平面上。
弧形凹槽101为阶梯式凹槽，阶梯式凹槽的最大深度为8～10cm，阶梯式凹槽的最小深度为3～5cm。阶梯式凹槽在平行于平面的一侧设置有开孔102，开孔102用于螺栓4连接，开孔102设置有至少两个。需要说明的是，本发明对开孔102的形状、大小和尺寸不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，开孔102可以是圆形、方形等，个数可以是2个、3个、4个、6个、8个等，在此不做穷举。
连接件为连接导杆2，连接导杆2的材质为不锈钢，连接导杆2包括导电板201和导杆202，导杆202的一端固定连接有导电板201，导杆202的一端焊接有导电板201的一端，导电板201和导杆202垂直连接。
导电板201和导杆202垂直且远离导杆202的一侧面上设置有通孔204，通孔204用于和开孔102配合进而螺栓4连接，通孔204设置有至少两个。需要说明的是，本发明对通孔204的形状、大小和尺寸不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。通孔204主要是用于引导液态金属3进入石墨阳极本体1的阶梯式凹槽与导电板201连接缝隙中，使其紧密连接。
导电板201沿垂直与导杆202的方向设置有导流孔203，导流孔203用于引导固定件进行缝隙填充，导电板201的厚度小于弧形凹槽101的深度。需要说明的是，本发明中导电板201的厚度小于弧形凹槽101的深度，以便组装时，导电板201可以完全没入弧形的石墨阳极本体1顶端的弧形凹槽101内。
固定件包括液态金属3和炭糊5。需要说明的是，本发明中石墨阳极本体1和连接导杆2使用螺栓4连接后，在导电板201中央的小孔处导入液态金属3，并在导电板201上表面涂覆炭糊5进行封装，以防止导电板201和螺栓4被高温熔盐和高温空气腐蚀。
液态金属3为Sn、Ga和Pb中的任意一种或两种及以上的组合，液态金属3用于填充石墨阳极本体1和连接件的连接缝隙。需要说明的是，本发明中的液态金属3为Sn、Ga和Pb中的任意一种或两种及以上的组合，用于导入石墨阳极本体1的顶端的弧形凹槽101内，降低石墨阳极本体1与导电板201的接触电阻。
炭糊5由粘结剂和骨料融合组成，炭糊5用于填充石墨阳极本体1和连接件的连接后的弧形凹槽101的缝隙，粘结剂为沥青，骨料由电煅无烟煤、冶金焦和石墨碎块组成。需要说明的是，本发明中的炭糊5主要由沥青、煤焦油、电煅无烟煤和冶金焦等材料混合制备的冷捣糊和热捣糊，用于涂覆于导电板201上层，保护导电板201和螺栓4不被高温熔盐和高温空气腐蚀。
实施例1
本实施例提供了一种石墨阳极的固定连接结构，其中：
固定连接结构包括石墨阳极本体1、连接件和固定件，石墨阳极本体1的一侧设置有弧形凹槽101，连接件的一侧设置有弧形凸起205，弧形凸起205通过螺栓4和弧形凹槽101可拆卸连接，弧形凸起205和弧形凹槽101之间填充设置有固定件。
石墨阳极本体1的对称两侧为弧面，石墨阳极本体1在和弧面垂直的对称两侧为平面，弧形凹槽101设置在平面上。弧形凹槽101为阶梯式凹槽，阶梯式凹槽的最大深度为10cm，阶梯式凹槽的最小深度为5cm。阶梯式凹槽在平行于平面的一侧设置有开孔102，开孔102用于螺栓4连接，开孔102设置有两个。
连接件为连接导杆2，连接导杆2的材质为不锈钢，连接导杆2包括导电板201和导杆202，导杆202的一端固定连接有导电板201，导杆202的一端焊接有导电板201的一端，导电板201和导杆202垂直连接。
导电板201和导杆202垂直且远离导杆202的一侧面上设置有通孔204，通孔204用于和开孔102配合进而螺栓4连接，通孔204设置有两个。导电板201沿垂直与导杆202的方向设置有导流孔203，导流孔203用于引导固定件进行缝隙填充，导电板201的厚度小于弧形凹槽101的深度。
固定件包括液态金属3和炭糊5。液态金属3为Sn、Ga和Pb的组合，液态金属3用于填充石墨阳极本体1和连接件的连接缝隙。炭糊5由粘结剂和骨料融合组成，炭糊5用于填充石墨阳极本体1和连接件的连接后的弧形凹槽101的缝隙，粘结剂为沥青，骨料由电煅无烟煤、冶金焦和石墨碎块组成。
综上，本发明通过石墨阳极本体1、连接件和固定件的组合设置，使得石墨阳极本体1与连接件紧密连接，增加了两者间的接触面积，降低了连接件和石墨阳极本体1的接触电阻，使电解过程中阳极压降显著降低，节约能耗；且固定件的使用，进一步降低了接触电阻的同时，防止高温熔盐和高温空气对连接件的腐蚀，延长了实用寿命。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种石墨阳极的固定连接结构，其特征在于，所述固定连接结构包括石墨阳极本体、连接件和固定件，所述石墨阳极本体的一侧设置有弧形凹槽，所述连接件的一侧设置有弧形凸起，所述弧形凸起通过螺栓和所述弧形凹槽可拆卸连接，所述弧形凸起和所述弧形凹槽之间填充设置有所述固定件。
2.根据权利要求1所述的固定连接结构，其特征在于，所述石墨阳极本体的对称两侧为弧面，所述石墨阳极本体在和所述弧面垂直的对称两侧为平面；
优选地，所述弧形凹槽设置在所述平面上。
3.根据权利要求1或2所述的固定连接结构，其特征在于，所述弧形凹槽为阶梯式凹槽；
优选地，所述阶梯式凹槽的最大深度为8～10cm；
优选地，所述阶梯式凹槽的最小深度为3～5cm。
4.根据权利要求3所述的固定连接结构，其特征在于，所述阶梯式凹槽在平行于所述平面的一侧设置有开孔，所述开孔用于螺栓连接；
优选地，所述开孔设置有至少两个。
5.根据权利要求1-4任一项所述的固定连接结构，其特征在于，所述连接件为连接导杆；
优选地，所述连接导杆的材质为不锈钢。
6.根据权利要求5所述的固定连接结构，其特征在于，所述连接导杆包括导电板和导杆，所述导杆的一端固定连接有所述导电板；
优选地，所述导杆的一端焊接有所述导电板的一端；
优选地，所述导电板和所述导杆垂直连接。
7.根据权利要求6所述的固定连接结构，其特征在于，所述导电板和所述导杆垂直且远离所述导杆的一侧面上设置有通孔，所述通孔用于和所述开孔配合进而螺栓连接；
优选地，所述通孔设置有至少两个；
优选地，所述导电板沿垂直与所述导杆的方向设置有导流孔，所述导流孔用于引导固定件进行缝隙填充；
优选地，所述导电板的厚度小于所述弧形凹槽的深度。
8.根据权利要求1-7任一项所述的固定连接结构，其特征在于，所述固定件包括液态金属和炭糊；
优选地，所述液态金属为Sn、Ga和Pb中的任意一种或两种及以上的组合，所述液态金属用于填充所述石墨阳极本体和所述连接件的连接缝隙。
9.根据权利要求8所述的固定连接结构，其特征在于，所述炭糊由粘结剂和骨料融合组成，所述炭糊用于填充所述石墨阳极本体和所述连接件的连接后的所述弧形凹槽的缝隙；
优选地，所述粘结剂为沥青；
优选地，所述骨料由电煅无烟煤、冶金焦和石墨碎块组成。
10.一种权利要求1-9任一项所述的固定连接结构的用途，其特征在于，所述固定连接结构用于稀土金属生产设备领域。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310501546.4A CN116837423A (zh) | 2023-05-06 | 2023-05-06 | 一种石墨阳极的固定连接结构及其用途 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310501546.4A CN116837423A (zh) | 2023-05-06 | 2023-05-06 | 一种石墨阳极的固定连接结构及其用途 |
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| CN116837423A true CN116837423A (zh) | 2023-10-03 |
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Family Applications (1)
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