铝电解的阳极导电装置的制作方法

本发明涉及铝电解中使用的阳极导电装置，及用于这种装置的钢-铝联接件组件。

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，由于钢与铝间无法直接焊接，现有技术是通过一个爆炸焊接形成的钢-铝连接块相连接分别将铝导杆与阳极钢爪相互联接。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。现有技术存在的另一不足是易产生构件的早期失效，其原因是爆炸焊块钢-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，但因钢-铝膨胀系数的不同会在其结合处产生剪切力，致使铝-钢焊接面局部开裂，既逐渐降低受力和导电面积，又大大增加了铝-钢焊接面处的电阻和压降，同时会使其相应位置的温升进一步提高，伴随产生铝构件的蠕变，加剧钢-铝联接件开裂的趋势。

为克服现有技术的不足，申请号为201910254491.5的中国发明专利申请提供了一种改进的铝电解阳极导电装置的制备方法，这种方法是将铝制导杆与钢制的连接件全断面焊接为一体，在铝制导杆靠近焊缝的一部分外缘和钢制连接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制连接件的外端平齐，然后再将钢制连接件的外端连同钢套下端与钢爪横梁上表面间全断面焊接，这一方法中优选的全断面焊接为摩擦焊接。并通过这一方法形成相应改进的铝电解阳极导电装置。但在相关的试验中发现，用于连接铝导杆与钢爪横梁的专用钢-铝连接块的制造过程中，在进行摩擦焊时，其中心部分约有近5%～10%的面积焊接质量相对较低，一方面造成其结合强度的不足，另一方面也可能在后期的运行中造成这部分位置导电的困难，致使导电压降过大，通过加大钢-铝连接组件的面积是可以解决这一问题，但却需要使用更大摩擦焊接设备的不足。另外，研究和试验还发现，201910254491申请的技术方案中钢件是主要的导电通路，因此也使其无功导电压降增大。

为解决201910254491申请技术方案的不足，202011197271.2专利申请公开了另一种改进的铝电解阳极导电装置，该装置包括：铝制的矩形截面导杆、由钢爪横梁和设置于钢爪横梁下的导电爪构成的阳极钢爪、及用于联接铝制导杆和钢爪横梁的钢-铝联接件，所述的钢-铝联接件包括由圆截面的且其下端部分设置有外螺纹的铝棒、其外设置有外螺纹且带有外螺纹部分的上端面与铝棒的下端面间全断面焊接固定的钢棒、及与钢棒和铝棒的外螺纹连接配合的钢制带有内螺纹的钢套构成，且钢棒位于钢套下端面外的部分与钢套的下端焊接固定；钢爪横梁的上面用全断面分别焊接固定两个钢-铝联接件的钢棒下端面，两个钢-铝联接件间的间隔等于或稍大于矩形截面的铝导杆两相对面的距离；铝导杆下部相对的两面分别各与一个钢-铝联接件上部的铝棒焊接固定，从其公开的内容可见，这一技术方案实际上是将201910254491申请技术方案中的设置一个钢-铝联接件改进为设置两根钢-铝联接件，以增大其重量承载的面积。该申请技术方案有效克服了在先技术存在的有效承载面积不足的问题，但也存在着结构相对复杂，制造成本相对偏高的问题。另外，由于该装置为两个钢套，不仅重量大，而且要求的与其外部尺寸较大，在重新放置导电爪时要求相适应的安装空间也相对较大，会造成一定的困难。

技术实现要素：

本发明提供一种可以解决现有技术不足的铝电解阳极导电装置。

本发明的一种铝电解阳极导电装置，包括：铝制的矩形截面导杆、由钢爪横梁和设置于钢爪横梁下的导电爪构成的阳极钢爪、及用于联接铝制导杆和钢爪横梁的钢-铝联接件构成，所述的钢-铝联接件由铝棒和与铝棒的下端面间全断面焊接固定的钢构件构成，钢爪横梁的上面分别用全断面焊接固定两个钢-铝联接件的钢构件下端面，两个钢-铝联接件间的间隔等于或稍大于矩形截面的铝导杆两相对面的距离，铝导杆下部相对的两面分别各与一个钢-铝联接件上部的铝棒焊接固定，其特征在于在钢爪横梁上部位于钢爪横梁对称位置的两边各固定设置有一块承重钢板的下端，承重钢板上距钢爪横梁上表面200厘米至400厘米处和铝导杆的下部分别设有用于相互联接的螺栓孔，并用联接螺栓实现相互间的联接。本发明由于是将装置的重量通过承重钢板、螺栓及设置于铝导杆上的螺栓孔承载，所以其钢-铝联接件本身不承载重力栽荷，这样钢-铝联接件的面积只需要符合其要求的导电面积即可，因此可以大大减小其尺寸，同时在作业时铝导杆上设置的螺栓孔位置工作温度大大低于铝材的蠕变温度，这样就可以完全避免在作业时因热蠕变造成铝导杆伸长产生、致其早期失效的问题。

优选地，本发明所述的一种铝电解阳极导电装置，其钢-铝联接件的钢构件厚度为20厘米至60厘米。现场的试验表明，钢构件厚度对导电性有直接的影响，其厚度每增加10mm，压降增加0.5毫伏，相应的吨铝电耗增加1.5度，本发明钢-铝联接件的这一优选厚度可以确证其电阻在最小范围，大大提升了装置的导电效率，能有效降低作业中的能耗。

优选地，本发明所述的一种铝电解阳极导电装置，其钢-铝联接件的钢构件横截面为任一种多边形。

所述的一种铝电解阳极导电装置，其特征在于钢构件横截面为六边形或八边形。

更优选地，本发明所述的任一种铝电解阳极导电装置，其导电爪由上部截面积大、下部截面积小的两段钢棒构成，两段钢棒间以全截面焊接。这种结构的钢爪可显著延长钢爪的使用寿命。在铝电解作业实践中发现，导电爪上部易产生氧化与蠕变，极容易早期失效，本发明的这种结构钢爪可显著延长钢爪的使用寿命。

本发明同时公开了可用于组装形成前述铝电解阳极导电装置使用的铝电解阳极导电装置组件，包括：由钢爪横梁和设置于钢爪横梁下的导电爪构成的阳极钢爪、及用于联接铝制导杆和钢爪横梁的钢-铝联接件，所述的钢-铝联接件由铝棒和与铝棒的下端面间全断面焊接固定的钢构件构成，钢爪横梁的上面分别用全断面焊接固定两个钢-铝联接件的钢构件下端面，两个钢-铝联接件间的间隔等于或稍大于矩形截面的铝导杆两相对面的距离，在钢爪横梁上部位于钢爪横梁对称位置的两边各固定设置有一块承重钢板的下端，承重钢板上距钢爪横梁上表面200厘米至400厘米处设有用于相互连接铝导杆的螺栓孔。

优选地，本发明所述的铝电解阳极导电装置组件，其钢-铝联接件钢构件横截面为多边形，更优选地，本发明所述的铝电解阳极导电装置组件，其钢构件为六边形或八边形。

更优选地，本发明所述的铝电解阳极导电装置组件，其导电爪由上部截面积大、下部截面积小的两段钢棒构成，两段钢棒间以全截面焊接。这种结构的钢爪可显著延长钢爪的使用寿命。

钢爪横梁上部位于钢爪横梁对称位置的两边各固定设置有一块承重钢板，这两块钢板也可以制造u型结构件，u型结构件的两侧边打有装配控，通过螺栓将铝制导杆与u型结构件固定连接。u型结构件底部与钢爪横梁焊接为一体

本发明的铝电解阳极导电装置在制造中，其全断面焊接可以用窄缝焊接或摩擦焊接实现，本发明优选采用摩擦焊接实现全断面焊接，同时由于钢-铝联接件上的钢构件的厚度较小，在进行摩擦焊接时作业夹具与钢构件间的作用面很小，因此采用了多边形的截面，这样就可以在摩擦作业中可以充分实现夹具与钢构件间相互作用，确保摩擦焊接的实现。

与201910254491和202011197271.2的技术方案相比本发明的铝电解导电装置结构明显更为简单，其制造成本也会更低，完全可以克服现有技术中的不足，同时比现有技术更为节电。

附图说明

图中：1-矩形截面的铝导杆，2-钢-铝联接件的铝棒，3-钢构件，4-钢爪横梁，5-钢爪，6-钢-铝联接件，7-钢-铝联接件的上表面，8-钢-铝联接件，9-设置于钢爪横梁对称处的承重钢板（其中图1中所示为位于铝导杆后面的一块承重钢板，而图2所示为位于铝导杆前面的一块承重钢板），10-铝导杆与钢-铝联接件间的焊接面，11-位于铝导杆处的螺栓孔及孔内的螺栓。

具体实施方式

以下为本发明的一个具体实施例。

一、阳极导电装置组件的制造

首先在钢爪横梁4的上表面以摩擦焊方式焊接一块多边形的钢构件3，本发明优选的钢构件横截面为等八边形，因为等八边形形状与其内接圆最为接近，然后再在钢构件上用摩擦焊接上铝棒2，形成一个钢-铝联接件8，然后以同样的方法焊接上第二个钢-铝联接件8，再在钢爪横梁的对称位置的两边各分别固定设置一个其上开设有连接孔的承重钢板9，承重钢板6距钢爪横梁200厘米至400厘米处开设用于穿过螺栓的孔。如此形成本发明的阳极导电装置的组件。

本发明的承重钢板固定设置方式可以通过焊接方式实现，也可以通过螺栓固定的方式实现，还可以采用在钢爪横梁上用螺栓联接或焊接方式固定一个槽形的形钢的，以槽钢的两边为承重钢板。或者用钢板制造u型结构件，u型结构件底部与钢爪横梁焊接为一体，u型结构件的两侧适当位置开设用于与铝导杆联接的装配螺栓孔，以便螺栓穿过将铝制导杆与u型结构件固定连接。

本发明的阳极导电装置的组件上的导电爪5由上部为直径较大的圆钢棒、下部为直径较小的圆钢棒构成，大直径的圆钢棒与小直径的圆钢棒间也是通过摩擦焊接实现全断面焊接。

二、阳极导电装置的组装制造

这一工序一般是在现场完成，取前制备好的阳极导电装置组件和一根其一端开设有螺栓孔的矩形铝导杆1，铝导杆一般现场浇注形成的，然后将铝导杆1位于插入阳极导电装置的组件的两个钢-铝联接件之间，再将这两个钢-铝联接件上部的铝棒2分别与铝导杆1的两边焊接固定，再用螺栓穿过承重钢板和铝导杆，实现承重钢板与铝导杆的连接。

相关的试验，采用了本发明的装置其成本仅为现有技术的60%，与现采用的爆炸焊块工艺制造的阳极导电装置比较，使用本发明吨铝可省电70度，采用本发明其工艺较现有技术更为简单，经重复使用时，本发明可降低制造成本30％以上同时可以大大延长其有效作业的寿命。