铝电解阳极导电装置的制备方法及装置与流程

本发明涉及一种铝电解中使用的导电阳极装置的制备方法，以及用这种方法制备的铝电解阳极导电装置。

背景技术：

电解铝工业现使用的阳极导电装置由上部铝导杆和下部为钢制的阳极钢爪构成，钢与铝间无法直接焊接，两者间通过一个爆炸焊块相连接。爆炸焊块是运用爆炸焊接技术将钢—铝两种不同材料焊接在一起的，在制作阳极导电装置时，爆炸焊块铝部分通过氩弧焊与阳极导电装置的上部铝导杆部分焊接，爆炸焊块钢制连接件通过气保焊与阳极导电装置的下部阳极钢爪横梁扁钢焊接，其联接方式是中国专利申请2010100007746的附图1公开的内容且不设置加强装置结构。现有的这种阳极导电装置在铝导杆底部与阳极钢爪横梁扁钢顶部间形成铝-铝焊，铝-钢爆炸焊，钢-钢焊。现有技术中除铝-钢爆炸焊是全截面焊接外，铝-铝焊和钢-钢焊在现有技术下，只能实现坡口环焊。现有技术的用爆炸焊块相连接制作的阳极钢爪铝导杆底部与钢爪横梁顶部冷态压降测试数据如下：负荷电流99.8a，冷态压降0.3mv，冷态电阻3.5u欧姆，这部分压降属于电解铝生产中的无功电压，降低了电流效率。

现有的采用爆炸焊块的阳极导电装置，其爆炸焊块与钢爪横梁间是通过坡口环焊，而环焊的结构中只有焊接部位因冶金联接有较好的导电性，环焊缝之外的部分只能是相互接触，其导电性显然是劣于焊缝处的。这可能是造成其电压降过高的主要因素。

另一方面在铝电解生产过程中，爆炸焊块钢-铝结合处在电解作业中既承受重力载荷，同时又要传导电解时的大电流，因此爆炸焊块钢-铝结合处会因作业温度的作用产生膨胀。钢-铝间的热膨胀系数是不同的，根据测试铝的热膨胀系数为同等温度下钢膨胀系数的2倍左右。因此在电解作业中因钢-铝膨胀系数不同造成爆炸焊块的钢-铝结合处产生剪切力，致使铝-钢焊接面局部开裂，因铝-钢焊接面的开裂降低了承受力面积和导电面积，同时又大大增加了铝-钢焊接面处的电阻和压降，会使其相应位置的温升进一步提高。当开裂失效面积达到相应比例时，铝-钢焊接面或在炭块、钢爪的重量作用产生断裂，或因电阻过大而发热烧毁铝-钢焊接面，造成失效，这是现阶段铝电解作业中导电装置的失效主要原因。

技术实现要素：

本发明提供一种可解决现有技术不足的铝电解阳极导电装置的制备方法和由这一方法制备的铝电解阳极导电装置。

本发明的铝电解阳极导电装置的制备方法是：将铝制导杆与钢制的连接块全断面焊接为一体，再在铝制导杆与连接块焊接缝的一部分外缘和连接块的外缘制出一段外螺纹，所述外螺纹与一段钢套的内螺纹结合，并使钢套的下端与连接块的外端平齐，然后再将连接块的外端连同钢套下端与钢爪横梁上表面间全断面焊接。

本发明的铝电解阳极导电装置的制备方法还可以是：将一段铝棒与钢制的连接块全断面焊接为一体得到钢-铝连接块组件，再在钢-铝连接块组件的外缘制出一段外螺纹，所述外螺纹与一段钢套的内螺纹结合，并使钢套的下端与钢-铝连接块组件的钢制连接件外端平齐，然后再将钢-铝连接块组件的钢制连接件外端连同钢套下端与钢爪横梁上表面间全断面焊接，钢-铝连接块组件的铝棒上端与铝导杆全断面联接。

优选地，本发明的铝电解阳极导电装置的制备方法是在前述方法中，将钢-铝连接块组件的铝棒的外端全断面焊接一块铝板，再将铝板与铝导杆全断面联接。采用这种方法及这种结构将方便与铝导杆焊接。

优选地，本发明的铝电解阳极导电装置的制备方法，所述的与钢爪横梁上表面的全断面焊焊接为摩擦爆焊。更优选地是本发明的铝电解阳极导电装置的制备方法中，其所述的全断面焊焊接均可采用摩擦焊接。

以前所述的任一方法可制备出本发明的铝电解阳极导电装置。

以前述的方法还可用于制备一种用于连接铝导杆与钢爪横梁的专用钢-铝连接块，这一钢-铝连接块包括：钢-铝连接组件和与其配合的钢套，其中的钢-铝连接组件由一段铝棒与和铝棒全断面联接的一段钢制连接件构成，钢-铝连接块组件的外缘设置有外螺纹，所述的外螺纹与钢套的内螺纹连接，且钢套的下端与钢-铝连接组件的钢制连接件下端近似平齐；或者，这一用于连接铝导杆与钢爪横梁的钢-铝连接块包括：钢-铝连接组件和与其配合的钢套，其中的钢-铝连接组件由一段铝棒与和铝棒全断面联接的一段钢制连接件构成，钢-铝连接块组件的外缘设置有外螺纹，所述的外螺纹与钢套的内螺纹连接，且钢套的下端与钢-铝连接组件的钢制连接件下端近似平齐，钢-铝连接的铝棒上端全断面联接一块铝板。在具体的应用中可将铝导杆与钢-铝连接块联接形成铝电解阳极导电装置。

本发明的铝电解阳极导电装置中，铝制导杆与钢-铝连接块间全断面联接为一体，特别是采用摩擦焊联接为一体，所有的联接面完全是全断面的冶金联接，因此其导电面积与导电效果明显要优于现有技术。另一方面，在铝制导杆与钢制的连接块间设置有一个用螺纹连接的钢套，这一钢套即可承载导电装置的重力载荷，同时可以充分约束铝-钢连接面的铝部件在作业时产生大于钢制连接件的热膨胀量，大大减小了钢-铝结合处产生剪切力，因此会明显延长其作业寿命。

附图说明

附图1为本发明的方法制备铝电解中使用的导电阳极装置示意图，图2为本发明的钢-铝连接块的一种实施例的示意图。图中：1为铝制导杆，2为钢套，3为钢制连接块，4为钢爪，5为钢制连接块与钢爪横梁间的全断面连接部分，6为铝制导杆与钢制连接块间的全断面连接部分，7为铝棒，8为铝板，9为外螺纹部份，10为铝棒7与铝板8间的全断面联接部份，11为钢爪横梁。

具体实施方式

本发明结合附图和实施例进行详细解说。

实施例1

本发明实施例1的制备方法是：首先将铝导杆1与钢制连接块3用全断面焊焊接为一体，这里的全断面焊接可以是现有技术的爆炸焊接，但更好可采用摩擦焊。然后在铝制导杆1与连接块外缘靠近焊接缝的一部分和钢制连接件的外缘车制出一段外螺纹。同时制备钢制的外套2，在钢外套2内车制出与前述外螺纹相配合内螺纹。将钢外套2旋紧固定于铝导杆与钢制连接件外，并使钢外套2的下端面与钢制连接块3下表面基本上保持平齐。再采用全断面焊将钢外套2的下端面、钢制连接块3的下表面与钢爪横梁11的上表面焊合为一体，而这一全断面焊最好采用摩擦焊。由本实施例制备的铝电解阳极导电装置结构见附图1。

实施例2

本实施例与前一实施例基本上是相同的，不同仅在于与钢制的连接块相联接的是一段铝棒，而将这一段铝棒再与名导杆联接，其具体的制备方法为：将一段铝棒与钢制的连接块全断面焊接为一体得到钢-铝连接块组件，再在钢-铝连接块组件的外缘制出一段外螺纹。制备钢制的外套，在钢外套内车制出与前述外螺纹相配合内螺纹。将钢外套旋紧固定于铝导杆与连接块外，并使钢套的下端与钢-铝连接块组件的钢制连接件外端平齐。然后再将钢-铝连接块组件的钢制连接件外端连同钢套下端与钢爪横梁上表面间全断面焊接，钢-铝连接块组件的铝棒上端与铝导杆全断面联接。这里所述的全断面焊接建议也采用摩擦焊接。本实施例所制备的铝电解阳极导电装置结构可参考附图1。

实施例3

本实施例与前一实施例基本上是相同的，不同仅在于铝棒上加设了一块用于与铝导杆联接的铝板。本实施例的具体制备方法是：将一段铝棒与钢制的连接块全断面焊接为一体得到钢-铝连接块组件，再在钢-铝连接块组件的外缘制出一段外螺纹。制备钢制的外套，在钢外套内车制出与前述外螺纹相配合内螺纹。将钢外套旋紧固定于铝导杆与连接块外，并使钢套的下端与钢-铝连接块组件的钢制连接件外端平齐，然后再将钢-铝连接块组件的钢制连接件外端连同钢套下端与钢爪横梁上表面间全断面焊接，钢-铝连接块组件的铝棒上端全断面焊接一块铝板。再将铝板与铝导杆全断面联接。采用这种结构将更方便铝导杆与铝导杆间的焊接。

本发明在铝电解作业时，钢外套、钢制连接件与钢爪间全断面冶金联接，其重力载荷通过螺纹的相互作用，由钢外套与导杆和钢制连接件承载；而导电则通过钢制连接件与铝导杆间的全断面冶金联接面实现，很显然这一联接的效果要优于现有技术。电解作业中因发热造成铝-钢结合面产生膨胀时，由于钢外套的束缚使结合面上的铝膨胀量被显著约束，这样就大大降低了钢-铝结合面上因热膨胀产生的剪切力。因此本发明的装置其作业寿命及可靠性将明显优于现有技术。

以下的实施例所提供的是一种用于制备铝电解阳极导电装置的专用钢-铝连接块，其制备方法可参考前述各实施例。

实施例5

本实施例的钢-铝连接块包括：钢-铝连接组件和与其配合的钢套。其中的钢-铝连接组件由一段铝棒与和铝棒全断面联接的一段钢制连接件构成，钢-铝连接块组件的外缘设置有外螺纹，所述的外螺纹与钢套的内螺纹连接，且钢套的下端与钢-铝连接组件的钢制连接件下端近似平齐。

实施例6

本实施例与前一实施例基本上是相同的，本实施例的钢-铝连接块中包括：钢-铝连接组件和与其配合的钢套2，其中的钢-铝连接组件由一段铝棒7与和铝棒7全断面联接的一段钢制连接件3构成，钢-铝连接块组件的外缘设置有外螺纹9，所述的外螺纹9与钢套2的内螺纹连接，且钢套2的下端与钢-铝连接组件的钢制连接件3下端近似平齐，钢-铝连接的铝棒7上端全断面联接一块铝板8。本实施例的专用钢-铝连接块结构参见附图2。

上述的实施例5和6的钢-铝连接块在实际使用时需要事先将其与铝电解钢爪和铝导电杆间进行联接，其联接的方法也建议采用摩擦焊。