一種陽極導杆組件及其製作方法與流程

2023-05-21 15:20:46 1

本發明屬於鋁冶煉技術領域，尤其涉及一種陽極導杆組件及其製作方法。

背景技術：

鋁是應用最廣的有色金屬材料，現代鋁工業普遍採用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法生產，經直流電流由陽極導杆鋼爪導入，通過消耗與陽極導杆鋼爪連接的碳素材料陽極塊，在陰極作用下產生鋁液，鋁液澆鑄成鋁錠，型材等。陽極的大量使用，使得鋁電解陽極消耗成為鋁產品一項不容忽視的成本，更是電解鋁過程的一項重要隱性能耗。鋁用陽極塊被譽為「電解的心臟」，而作為陽極組裝質量的主要指標鐵碳壓降的高低，在一定程度上決定著噸鋁電耗的高低。

在現今鋁冶煉過程中，全世界鋁工業陽極導杆均採用鋁導杆、爆炸片(鋁跟鋼通過炸藥爆破連接)、鋼爪間的焊接形成的陽極導杆組件；在日常的工作中，各大鋁廠對組裝陽極塊的考核指標只有鐵碳壓降，並沒有把鋁碳壓降作為一個重要指標來進行考核，究其原因，均採用傳統的焊接模式，無法逾越傳統思維，即鋼爪與爆炸片電焊焊接、爆炸片與鋁導杆採用氬氟焊焊接慣有模式。

該模式生產出的產品，存在以下缺陷：

1、生產成本高，即爆炸片、電耗、焊接設備、鋁焊絲等；

2、人工成本高，即要打磨拋光、電焊工、氬氟焊工都是特殊工種技術含量高工資待遇就高；

3、維修成本高且維修量大，即爆炸片開裂更換成本、鋁鋁焊開裂焊接成本；

4、職業危害大，即產生的粉塵、噪音、有害氣體和輻射較多；

5、產量低廢品率高，即一個人兩個小時才能完成一組導杆，焊接高溫易使爆炸片開裂造成廢品；

6、使用周期短，一搬鋁鋁焊在電解使用4-5個周期就開始開裂需要維修；

7、現有技術中的陽極導杆組件在生產過程中還存在能耗高(即電耗高)的缺陷。

爆炸焊塊是鋼鋁合成，眾所周知鋼的導電性能差、電阻高，爆炸片質量好壞決定電耗高低，在日常生產測量中鐵碳壓降在60mv左右，而鋁碳壓降在120-200mv之間，差異如此巨大，究其原因：主要是爆炸焊塊的導電性能差和焊接質量造成，對鋁電解生產來說如果每噸鋁降低1mv電壓即節約3.3度電，大大節約用電成本。目前，就如何降低陽極導杆壓降成為世界性的難題，各企業及科研機構正在不斷努力創新，尋找好辦法。

技術實現要素：

鑑於現有技術所存在的問題，本發明提供一種陽極導杆組件及其製作方法，通過合理的設置，本發明所述陽極導杆組件及其製作方法具有連接更緊密、更牢固、生產效率高、用工成本低、生產成本更節約、維修量基本不存在、無汙染、節能降耗等優點。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種陽極導杆組件，包括陽極導杆、連接件和鋼爪組件；連接件的底部與鋼爪組件的上部固定連接；連接件具有槽狀結構，陽極導杆的底部位於槽狀結構內並通過澆鑄的方式與槽狀結構連接。

本發明的有益效果是：

本發明是採用鋼爪組件通過連接件與陽極導杆澆鑄而成的產品，與傳統的組件需要爆炸塊焊接不同，在原有的鋼爪組件上增加連接件與陽極導杆底部相連接。本發明與現有技術相比，構件結構不同、連接方式方法不同，使用效果不同。

現有技術中採用爆炸塊進行連接，存在上述背景技術中涉及的諸多缺陷；本發明取消了爆炸塊焊塊及焊接程序，採用連接件和澆鑄工藝進行連接，可以避免現有技術中存在的缺陷，使陽極導杆與鋼爪組件連接更緊密更牢固，生產效率高，用工成本低，生產成本更節約，並且還具有維修量基本不存在，無汙染；將陽極導杆與鋼爪組件通過連接件和澆鑄工藝直接連接，降低用爆炸片的電壓降60-140mv左右。本發明還可以杜絕不合格的陽極導杆組件進入後續工序,減少檢驗人員,生產更直觀，產量更高，提高車間的生產成品率，為企業節能降耗實現科技創新等優點。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述連接件整體呈箱式結構，連接件的內部中空形成槽狀結構，槽狀結構用於容納陽極導杆的底部及澆鑄時用的澆鑄液，連接件的上端具有供陽極導杆穿過的第一開口，連接件的前後以及左右兩側均具有第二開口。

採用上述進一步方案的有益效果是：

槽狀結構的作用為用於容納陽極導杆的底部，並且在澆鑄時，可以容納一定量的澆鑄用的澆鑄液(例如：鋁溶液)。

位於上表面的第一開口和位於側面的第二開口的作用為便於注入澆鑄液，同時起到澆鑄液冷卻後加強陽極導杆與槽狀結構緊密連接作用。

進一步，在槽狀結構的內部，所述槽狀結構的底面上具有向上凸起的凸臺，陽極導杆的底部與凸臺的頂部接觸。

採用上述進一步方案的有益效果是：凸臺的設置，一方面具有隔熱的效果，另一方面有利於在用澆鑄液澆鑄時，澆鑄液可以在凸臺周圍流通，使澆鑄後連接件與陽極導杆的連接更緊密，提高連接件與陽極導杆的連接性能。

進一步，在槽狀結構的內部，所述槽狀結構的底面上具有第一凹槽。

採用上述進一步方案的有益效果是：第一凹槽的設置，有利於提高澆鑄後連接件與陽極導杆的連接性能。

進一步，所述陽極導杆的靠近底部處的側壁具有第二凹槽。

採用上述進一步方案的有益效果是：方便澆鑄澆鑄液，有利於提高連接件與陽極導杆的連接性能。

進一步，在固定連接後，連接件通過墊板、螺栓與陽極導杆進行二次固定連接。

採用上述進一步方案的有益效果是：採用墊板、螺栓與陽極導杆二次固定連接，可以進一步提高連接件與陽極導杆之間的連接性能，使它們連接更牢固。

進一步，所述連接件的材質為鋼。

進一步，所述陽極導杆的材質為鋁。

進一步，澆鑄時採用的澆鑄液為鋁溶液。

採用上述方案的有益效果是：使用過程中，連接件的溫度一般在100-600℃之間，採用該材質具有耐高溫的優點；鋁材質的陽極導杆熔化溫度偏低，鋁製品熔化溫度一般為650℃左右，固採用材質為鋁的陽極導杆，且鋁陽極導杆具有導電性能好等優點。

進一步，所述鋼爪組件包括鋼爪梁和至少一個與鋼爪梁底部固定連接的鋼爪；所述鋼爪梁的上部與連接件的底部為澆鑄成一體成型的結構或所述鋼爪梁的上部與連接件的底部焊接在一起。

採用上述進一步方案的有益效果是：

在具體設置時鋼爪的數量可以為一個也可以為多個，例如：鋁行業中常用的三爪、四爪、六爪、八爪等。

本發明採用連接件進行連接，取消了現有技術中採用爆炸塊焊塊及鋁鋁焊接程序，可以避免現有技術中存在的缺陷，本發明具有使陽極導杆與鋼爪組件連接更緊密更牢固，生產效率高，用工成本低，生產成本更節約，並且還具有維修量基本不存在，無汙染；將陽極導杆與鋼爪組件連接，降低用爆炸片的電壓降60-140mv左右。本發明還可以杜絕不合格的陽極導杆組件進入後續工序,減少檢驗人員,生產更直觀，產量更高，提高車間的生產成品率，為企業節能降耗實現科技創新等優點。

本發明還提供一種上述陽極導杆組件的製作方法，包括以下步驟：將連接件的底部與鋼爪組件的上部固定連接，將陽極導杆的底部放入連接件的槽狀結構內並通過澆鑄的方式將其與連接件連接。

採用上述進一步方案的有益效果是：

本發明所述的陽極導杆組件在製作時，可以將陽極導杆、連接件和鋼爪組件澆鑄而成，具有使陽極導杆與鋼爪組件連接更緊密更牢固，生產效率高，用工成本低，生產成本更節約，並且還具有維修量基本不存在，無汙染；將陽極導杆與鋼爪組件連接，降低用爆炸片的電壓降60-140mv左右。本發明還可以杜絕不合格的陽極導杆組件進入後續工序,減少檢驗人員,生產更直觀，產量更高，提高車間的生產成品率，為企業節能降耗實現科技創新等優點。

對於已經對已經投入生產的企業，考慮到原有導杆鋼爪組件整體改造投入的成本高的問題，可以在原有的鋼爪組件上焊接連接件，再將陽極導杆與連接件連接在一起，具有節省改造投資成本的優點。

進一步，還包括以下步驟：將陽極導杆的靠近底部處的側壁銑切出第二凹槽，在陽極導杆的底部放入連接件的槽狀結構內之前，將陽極導杆的靠近底部處的側壁銑切出第二凹槽，將陽極導杆的底部插入連接件的槽狀結構中，之後套模，再之後利用鋁溶液澆鑄將陽極導杆與連接件連接。

採用上述進一步方案的有益效果是：通過銑切導杆組件，並用鋁溶液澆鑄，具有節省改造投資成本等優點。

附圖說明

圖1為本發明所述連接件和鋼爪組件的主視圖；

圖2為本發明所述連接件和鋼爪組件的俯視圖；

圖3為本發明所述連接件和鋼爪組件的側視圖；

圖4為本發明所述陽極導杆的主視圖；

圖5為本發明所述連接件的主視圖；

圖6為本發明所述連接件的俯視圖；

圖7為圖3的連接件的局部放大圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1、陽極導杆，11、第二凹槽，2、連接件，21、槽狀結構，22、第一開口，23、第二開口，24、凸臺，25、第一凹槽，26、凸臺，3、鋼爪組件，31、鋼爪梁，32、鋼爪。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。

如圖1-7所示，一種陽極導杆組件，包括陽極導杆1、連接件2和鋼爪組件3；連接件2的底部與鋼爪組件3的上部固定連接，固定連接的方式可以為將連接件2和鋼爪組件3整體澆鑄，也可以將連接件2和鋼爪組件3焊接在一起；連接件2具有槽狀結構21，槽狀結構21可以位於連接件2的中部，陽極導杆1的底部位於槽狀結構21內並通過澆鑄的方式與槽狀結構21連接。在具體使用時，所述連接件2的材質可以為鋼；所述陽極導杆1為鋁陽極導杆；澆鑄時採用的澆鑄液可以為鋁溶液。在具體設置時，連接件2可以位於鋼爪組件3的中部。

如圖1所示，所述鋼爪組件3包括鋼爪梁31和與鋼爪梁31的底部固定連接的鋼爪32；鋼爪32可以根據具體的使用情況設置成一個或多個。例如：適用於冶煉鋁行業的三爪、四爪、六爪、八爪等。相應的，本發明所述的陽極導杆組件也適用於鋁行業三爪、四爪、六爪、八爪等陽極導杆組件。

對於新生產的陽極導杆組件，所述鋼爪梁31的上部與連接件2的底部為澆鑄成一體成型的整體結構；對於已經生產的鋼爪梁31，在原生產的鋼爪梁31的基礎上進行改造，將所述鋼爪梁31的上部與連接件2的底部焊接在一起，有利於節省改造投資成本。

連接件2在具體設置時，可以採用下面的設置方式。

如圖1、2、3、5、6、7所示，所述連接件2整體呈箱式結構，連接件2的內部中空形成槽狀結構21，槽狀結構21用於容納陽極導杆1的底部及澆鑄時使用的澆鑄液，連接件2的上端具有供陽極導杆1穿過的第一開口22，連接件2的側面具有第二開口23，優選的，連接件2的前後以及左右兩側均具有第二開口23。當利用鋁溶液澆鑄連接件2和陽極導杆1時，鋁溶液可以從第一開口22注入，也可以從第二開口23注入。

使用時，陽極導杆1的底部可以從第一開口22放入槽狀結構21內，為了保證上述過程的順利實施，第一開口22的面積可以大於陽極導杆1的底部的面積。槽狀結構21的內表面(優選為槽狀結構21的底部的內表面)可以具有向上凸起的凸臺24，當把陽極導杆1放入槽狀結構21後，陽極導杆1的底部與凸臺24的頂部接觸。陽極導杆1的底部的面積可以比凸臺24的頂面的面積大，有利於鋁溶液的流通，澆鑄完成後，可以使陽極導杆1與連接件2的連接更緊密。

槽狀結構21的內表面(優選槽狀結構21底部的內表面)具有第一凹槽25。第一凹槽25可以為一個，也可以為多個。

在符合本發明的其中一個實施例中，連接件2整體呈方形的箱式結構，包括前後左右這四個側壁、一個底面26和一個上表面。上表面的開口為第一開口22，箱式結構的前後左右這四個側壁均具有第二開口23。底面與鋼爪梁31澆鑄成一體或焊接在一起。為了連接的牢固，底面26的邊長可以大於上表面的邊長，底面26可以部分或全部位於鋼爪梁31內。

前後左右這四個側壁、一個底面26和一個上表面圍成的箱式結構的內部是中空的，該中空的結構形成了容納陽極導杆1的底部及澆鑄液的槽狀結構21。陽極導杆1的底部可以從第一開口22置於槽狀結構21內。

位於上表面的第一開口22呈整體為「十」字型的開口。第一開口22將連接件2的上表面平均分成四個部分，在第一開口22處還具有一個方形的開口，相應的，陽極導杆1的底部優選為方形，方形的開口的中心與上表面的開口的中心位於同一處。位於側壁的第二開口23呈條形，沿著側壁的高度方向設置。第二開口23與第一開口22連通。所述連接件2的底面26上具有向上凸起的凸臺24，當陽極導杆1的底部插入槽狀結構21後，陽極導杆1的底部與凸臺24的頂部接觸，所述連接件2的底面上具有第一凹槽25，通過凸臺24以及第一凹槽25的設置，有利於在澆鑄後，連接件2與陽極導杆1連接的更緊密。本發明對於凸臺24以及第一凹槽25的形狀、尺寸並無特別限制，本領域技術人員可以根據具體的使用需求進行適當選擇，例如：凸臺24為方形，數量為一個，第一凹槽25為圓形，數量為四個，四個第一凹槽25均勻分布在凸臺24周圍。

如圖3和圖4所示，所述陽極導杆1的整體呈杆狀結構，例如：圓柱形的杆或稜柱形的杆。

為了方便澆鑄鋁溶液，陽極導杆1的靠近底部處的側壁具有第二凹槽11，本發明對於第二凹槽11的形狀以及數量並無特殊的限制。例如：第二凹槽11可以為圈狀，第二凹槽11沿著陽極導杆1的側壁周向設置，可以為圓圈狀也可以為方形圈狀，如果陽極導杆1的底部尺寸夠長，也可以增加一道第二凹槽11。在第二凹槽11處的陽極導杆1的直徑要小於其他部分的直徑，第二凹槽11的設置有利於容納澆鑄用的鋁溶液，有利於澆鑄。使用時，可以將陽極導杆1的底部從第一開口22插入連接件2的槽狀結構21內。第二凹槽11可以位於槽狀結構21內，可以位於槽狀結構21外，也可以剛好位於槽狀結構21的上表面處，第二凹槽11與槽狀結構21可以保留一定空間，從而方便鋁溶液的灌入。優選的，第二凹槽11位於槽狀結構21內，第二凹槽11與槽狀結構21頂面的距離可以為2cm左右，有利於鋁溶液的注入。

考慮到進一步提高鑄鐵與鋁的粘接的緊密性，在固定連接後，連接件2還可以通過墊板、螺栓與陽極導杆1進行二次固定連接。墊板可採用鋁製板。具體連接的方法可以為：在連接件的外側面，例如前側面、後側面、左側面和右側面加裝墊板，墊板的大小可以略小於連接件的側面，可中間鑽通陽極導杆、連接件和墊板，利用螺栓依次穿過墊板、連接件和陽極導杆，擰緊螺栓即可，從而保證墊板四周與連接件側面鑽眼固定。

上述的陽極導杆組件可以通過以下方法製作：將連接件2的底部與鋼爪組件3的上部通過澆鑄的方式一體成型或焊接在一起，將陽極導杆1的底部放入連接件2的槽狀結構21內並通過澆鑄的方式將其與連接件2連接。

在具體實施時，還可以進行如下操作：將連接件2的底部與鋼爪組件3的上部通過澆鑄的方式一體成型或焊接在一起，將陽極導杆1的靠近底部處的側壁銑切出第二凹槽11，將陽極導杆1的底部插入槽狀結構21中，之後套模，再之後利用鋁溶液澆鑄將陽極導杆1與連接件2連接。

本發明在研發時主要考慮鋁碳壓降，即組裝成品陽極、鋁陽極導杆跟陽極碳塊之間的電壓降。本發明提出製作方法或生產程序，是一種陽極組裝車間陽極導杆鋼爪組件的生產工序，該工序涉及結構型鋼爪(即具有連接件的鋼爪組件，連接件與鋼爪組件整體澆鑄而成)、結構型鋁陽極導杆(鋁陽極導杆底部經過銑切處理)、套模、鋁溶液澆鑄直接連接。

本發明在研究時取消了爆炸焊塊及焊接工序，使鋁陽極導杆、鋼爪組件連接跟緊密更牢固，生產效率高，用工成本低，生產成本更節約，維修量基本不存在，無汙染；主要是使鋁陽極導杆與鋼爪通過連接件和澆鑄工藝直接連接降低用爆炸焊塊的電壓降60-140mv左右，為企業節能降耗實現科技創新。

本發明是一種採用鋼爪組件通過連接件與導杆構件澆鑄而成的產品，與傳統的組件焊接不同，在原有的鋼爪組件上增加連接件，並將連接件與陽極導杆底部的通過澆鑄的方式相連接，與現有技術相比，構件結構不同、連接方式方法不同，使用效果不同。

對於已用陽極導杆鋼爪的企業，在改造時，只需要將連接件與鋼爪梁的中部進行焊接，再與結構型鋁陽極導杆(鋁陽極導杆底部具有切割構造)、套模、鋁溶液澆鑄直接連接，即可。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。