电解用阳极板导电横梁及制造方法与流程

1.本发明涉及电解技术，具体涉及一种电解用阳极板导电横梁及制造方法。


背景技术：

2.电解金属是将阳极板与阴极板一同置于电解槽内的电解质溶液中，通电后，根据正负极电解作用，阳离子向阴极板移动，在阴极板得到电子进而还原出金属，阴离子向阳极板移动，在阳极板失去电子从而被氧化。
3.目前，阳极板越来越多采用钛材，相较于传统的石墨阳极和铅阳极，钛阳极板具有诸多优点，包括：一、阳极尺寸稳定，电解过程中电极变形小；二、工作电压低，电能消耗小；三、工作寿命长，耐腐蚀，克服了石墨阳极和铅阳极易溶解的问题，能避免污染电解液和阴极产物；四、电极重量轻，可减轻劳动强度。阳极板的上部装置有导电横梁，导电横梁的端部设置导电块，导电块用于与电解槽母排搭接取电，导电横梁的主要功能包括：导电功能，为阳极板提供直流电；承载功能，使阳极板能够竖直安放在电解槽内。因此，导电横梁需具有良好的导电性以及足够的重量和强度。
4.现有的导电横梁主要包括如下几种：
5.一、导电横梁和阳极板通过螺栓连接，使用时螺栓易受到电解质溶液的腐蚀，不仅会影响阳极板和导电横梁的连接牢固性，而且螺栓锈蚀还会对电解液造成污染，从而影响电解生产质量。
6.二、导电横梁和阳极板之间设置过渡用连接件，导电横梁与连接件之间、连接件和阳极板之间采用焊接方式实现连接固定。为保证导电性能，导电横梁通常采用铜材，而连接件通常采用与阳极板相同的材料，例如钛，由于铜和钛的晶格类型、熔点、热导率、线胀系数及化学成分相差悬殊，会造成导电横梁和连接件在焊接时容易形成焊缝气孔，且焊接接头裂纹倾向较大、焊接接头力学性能低，使得导电横梁在长期承重后在焊接连接部位产生较大缝隙并发生断裂，严重影响电解生产正常运行。另外，导电横梁和连接件的焊接连接部位的电阻较高，不利于导电横梁的导电性能。
7.三、导电横梁采用钛包铜结构，即采用一根铜棒外热复合钛层(一般为1～1.5mm厚度)，再将钛层和钛阳极板进行连接，由于钛材具有重量较轻的特性，造成这种钛包铜导电横梁的重量较轻，使得导电横梁和电解槽母排之间的接触电阻较大，不能确保导电横梁的导电性能，而且阳极板在电解槽内会有飘动现象，为解决这一问题，部分导电横梁会采用钛包铜包钢的复合结构，即在原有钛包铜的结构中增加钢芯以增加导电横梁的重量，但该复合结构中的钢芯使用寿命较短，导电效果也较差。


技术实现要素：

8.基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种电解用阳极板导电横梁及制造方法，横梁本体与连接件通过槽体结构实现了更好的固定连接关系，并在横梁本体和连接件外侧设置包层以加强导电横梁重量和强度，能避免横梁本体与连接件之间连接部位的缝
隙，并能降低连接部位的电阻，提高导电横梁的导电性能和承重强度。
9.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
10.根据本发明的第一方面，一种电解用阳极板导电横梁，包括横梁本体和用于连接阳极板的连接件，所述横梁本体的端部设置有与电解槽母排连接的导电部，
11.所述连接件包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部包括沿所述横梁本体的长度方向延伸的槽体，所述横梁本体的中段下部设置在所述槽体内，所述第二连接部包括沿所述横梁本体的长度方向延伸的板条结构，所述第二连接部的上端与所述第一连接部的下端固接，所述第二连接部的下端用于连接阳极板；
12.所述横梁本体的中段设置若干第一孔位；所述第二连接部的上部设置若干第二孔位；
13.所述导电横梁还包括包覆在所述横梁本体的中段外侧四周、第一连接部外侧和第二连接部的至少上部外侧的包层，所述包层通过浇铸一体成型，并包括填充于所述第一孔位内和所述第二孔位内的铆固结构；
14.其中，所述横梁本体由第一材料形成，所述连接件由第二材料形成，所述包层由第三材料形成；所述第一材料、所述第二材料和所述第三材料中，所述第一材料的导电率最高，所述第二材料的耐蚀性最强，所述第三材料的密度最大。
15.优选地，所述横梁本体的中段下部与所述槽体为过盈配合，或者所述横梁本体与所述槽体通过紧固件固定连接。
16.优选地，所述第一孔位为通孔；所述若干第一孔位沿横梁本体的长度方向均匀排列；
17.所述第二孔位为通孔；所述若干第二孔位沿所述第二连接部的长度方向均匀排列。
18.优选地，所述横梁本体的横截面形状为矩形，所述第一孔位的轴截面面积占所述横梁本体横截面面积的50％以上，所述包层的材料体积为所述横梁本体的中段的材料体积的1.1倍以上。
19.优选地，所述包层的至少位于所述第二连接部两侧的下表面为斜面。
20.优选地，所述第一材料为铜；所述第二材料为钛；所述第三材料为铅。
21.根据本发明的第二方面，一种电解生产工艺，包括电解槽、阳极板组件和阴极板组件，所述阳极板组件包括阳极板和上述第一方面所述的电解用阳极板导电横梁，所述阳极板连接在所述第二连接部的下端。
22.优选地，所述第二材料为钛，所述阳极板为钛阳极板。
23.根据本发明的第三发明，一种用于制造上述第一方面所述的电解用阳极板导电横梁的方法，包括如下步骤：
24.步骤s1，制作横梁本体，并对所述横梁本体进行冲孔得到若干第一孔位；
25.步骤s2，制作第一连接部，并将横梁本体下部固定设置在所述第一连接部的所述槽体内；
26.步骤s3，制作第二连接部，对所述第二连接部进行冲孔得到若干第二孔位，然后将第一连接部和第二连接部焊接固定；
27.步骤s4，准备第一模具，用所述第一模具容纳所述横梁本体的至少中段，并对所述
横梁本体进行定位，将第三材料注入所述第一模具的内腔，使得所述第三材料充满所述第一模具的内腔并进入所述第一孔位和第二孔位；
28.步骤s5，待第一模具冷却后脱模，并在横梁本体的端部设置导电部。
29.优选地，所述步骤s2中，通过第二模具将所述横梁本体紧密压实在所述槽体内，或者通过紧固件将所述横梁本体和所述第一连接部固定连接。
30.本发明的电解用阳极板导电横梁，首先，通过在连接件上设置了槽体结构用于配合横梁本体的中段下部，无需通过焊接连接即可实现横梁本体和连接件之间的固定连接，能避免不同金属材料的横梁本体和连接件因采用焊接连接而产生的缝隙。其次，在横梁本体和连接件外侧通过浇铸方式包裹一层材料密度较高的包层，既能增加导电横梁的重量以确保导电部和电解槽母排的接触效果，又能加强导电横梁的结构强度以确保导电横梁的承重性能，有助于延长导电横梁的使用寿命。再者，通过浇注方式使得包层在横梁本体的第一孔位内和连接件的第二孔位内实现铆固结构，使得横梁本体和连接件之间的连接部位更为紧密、连接关系更为牢固，能有效避免缝隙产生，并能降低连接部位的导电电阻，亦有助于提高导电横梁的导电性能。另外，横梁本体、连接件和包层采用不同的材料，通过不同材料之间的结构配合，能确保导电横梁的导电性能、耐蚀性能、重量性能、结构强度等方面满足电解生产要求。
31.本发明的电解生产系统，采用上述电解用阳极板导电横梁，能显著提高导电横梁至阳极板的导电效果，导电横梁的结构强度也得到增强，并能避免导电横梁用于连接阳极板的部位易被电解液侵蚀等问题。
32.本发明的用于制造电解用阳极板导电横梁的方法，先将制作完成的横梁本体和第一连接部进行固定连接，通过两者之间的结构配合实现更好的固定连接关系，避免使用焊接连接方式以减少连接缝隙并降低连接部位的电阻，再将连接有横梁本体的第一连接部和第二连接部进行固定连接，并通过浇铸方式对完成连接的横梁本体、第一连接部和第二连接部的外侧实现包层包覆，以增加导电横梁的自身重量和结构强度，同时改善导电横梁的导电性能。
33.本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
34.以下将参照附图对根据本发明的电解用阳极板导电横梁的优选实施方式进行描述。图中：
35.图1为本发明的导电横梁内部结构示意图；
36.图2为图1的a-a剖面示意图；
37.图3为图1的b-b剖面示意图；
38.图4为本发明的导电横梁外部结构示意图；
39.图5为本发明的横梁本体的结构示意图；
40.图6为本发明的第一连接部的正视结构示意图；
41.图7为图6的侧视结构示意图；
42.图8为本发明的第二连接部的结构示意图；
43.图9为本发明的导电横梁和第一模具的装配示意图。
44.附图标记说明：1横梁本体，11第一孔位，2第一连接部，3第二连接部，31第二孔位，32斜面，4包层，5第一模具。
具体实施方式
45.参见图1～图4，本发明提供了一种电解用阳极板导电横梁，包括横梁本体1、用于连接阳极板的连接件和包层4。横梁本体1的端部设置有与电解槽母排连接的导电部，导电部和电解槽母排通过搭接方式取电，横梁本体1的中段是指横梁本体1除了用于连接电解槽母排的两个端部之外的部分，横梁本体1的中段用于与连接件固定连接。
46.连接件包括第一连接部2和第二连接部3，参见图6和图7，第一连接部2包括沿横梁本体1的长度方向延伸的槽体，横梁本体1的中段下部设置在槽体内。第二连接部3包括沿横梁本体1的长度方向延伸的板条结构，第二连接部3的上端与第一连接部2的下端通过焊接连接固定，第二连接部3的下端用于连接阳极板。参见图5，横梁本体1的中段设置若干第一孔位11，第一孔位11的位置与槽体侧壁错开或部分错开，即槽体侧壁不会遮挡或完全遮挡第一孔位11。参见图8，第二连接部3的上部设置若干第二孔位31。
47.包层4包覆在横梁本体1的中段外侧四周、第一连接部2外侧和第二连接部3的至少上部外侧，包层4通过浇铸一体成型并包括填充于第一孔位11内和第二孔位31内的铆固结构。
48.其中，横梁本体1由第一材料形成，连接件由第二材料形成，包层4由第三材料形成，在第一材料、第二材料和第三材料中，第一材料的导电率最高，第二材料的耐蚀性最强，第三材料的密度最大。
49.由此，横梁本体和连接件之间的固定连接无需采用焊接方式，避免了因焊接产生的缝隙问题，同时包层在第一孔位内和第二孔位内通过浇铸形成的铆固结构也有助于提高导电横梁整体的结构强度和连接紧密度。横梁本体采用的第一材料能确保导电横梁的最根本的导电性能；连接件采用第二材料能确保导电横梁接触电解液的部位能有足够的耐腐蚀性能，避免影响结构强度和污染电解液；包层采用第三材料，不仅能确保导电横梁的自身重量满足搭接取电的要求，而且能加强导电横梁的结构强度和承载性能。
50.作为可选的实施例，横梁本体1的中段下部与槽体为过盈配合，或者横梁本体1的中段下部和槽体通过紧固件实现固定连接。紧固件可以是铆钉，在槽体侧壁和横梁本体上设置若干通孔，通过铆钉实现横梁本体和槽体的连接。由此，实现了横梁本体和第一连接部之间的紧密固定连接，无论采用过盈配合还是紧固件，都能避免因采用焊接连接而造成的缝隙和连接部位电阻较高的问题，同时这样的固定连接方式易于操作，且方便拆卸和更换部件。
51.作为可选的实施例，第一孔位11为通孔，若干第一孔位11设置在横梁本体1的中段并沿横梁本体1的长度方向均匀排列，第二孔位31为通孔，若干第二孔位31设置在第二连接部3的上部并沿第二连接部3的长度方向均匀排列。由此，在包层浇铸过程中，通孔结构能使第三材料更为顺畅地进入第一孔位和第二孔位以形成铆固结构，铆固结构能较好地与横梁本体和第二连接部进行贴合，有助于减少连接结构上的缝隙，并能提高结构强度并降低导
电电阻，同时第一孔位和第二孔位的均匀排列也使得导电横梁重量分布一致且结构强度更为均衡。
52.作为可选的实施例，参见图2，横梁本体1的横截面形状为矩形，第一孔位11的轴截面面积占横梁本体1横截面面积的50％以上，包层4的材料体积为横梁本体1的中段的材料体积的1.1倍以上。考虑到横梁本体为导电率较高的第一材料，包层以及第一孔位内的铆固结构为密度较大的第三材料，为了充分利用第三材料密度大的特性，通过综合控制第一孔位内可容纳第三材料的总体积以及包层厚度，从而在兼顾导电性能的同时，亦能确保有效增加导电横梁的重量和强度。
53.作为可选的实施例，参见图2和图3，包层4的至少位于所述第二连接部3两侧的下表面为斜面32，槽体宽度大于板条厚度，由此包层4能形成向阳极板方向延伸的斜面。通过斜面结构，使得腐蚀性液体如电解质溶液不易留存在包层4的下表面，因而能显著减少电解质溶液对包层4和第二连接部3结合部位的侵蚀，亦能延长导电横梁的使用寿命。
54.作为可选的实施例，第一材料为铜，第二材料为钛，第三材料为铅。横梁本体作为主要的导电通道，选用铜材，以保证导电横梁具有优良的导电性能。连接件选用钛材，能保证连接件与钛阳极板之间的良好焊接连接，以减少焊接缺陷。包层选用铅材，密度大、材料性价比高，通过包层结构(包括填充于第一孔位内的铆固结构)在增加导电横梁重量和结构强度的同时，能减少铜材用量，有助于降低导电横梁制造成本。包层浇铸过程中，液态铅材料自然贯穿注满每个第一孔位和第二孔位。一方面，铅材质的包层能提高导电横梁的自身重量和结构强度，提高导电横梁的承重不变形能力，用于保证导电横梁的承重强度满足要求。另一方面，铆固结构与包层为一体结构，能贯穿横梁本体1和第二连接部3，使得横梁本体和连接件之间的连接关系更为紧密牢固，而且能降低连接部位的电阻，有助于改善导电横梁的导电性能。
55.本发明还提供了一种电解生产系统，包括电解槽、阳极板组件和阴极板组件，阳极板组件包括阳极板和上述实施例所述的电解用阳极板导电横梁，所述阳极板连接在第二连接部3的下端。通过采用上述电解用阳极板导电横梁，能显著提高导电横梁至阳极板的导电效果，并改善导电横梁的结构强度。
56.作为可选的实施例，第二材料为钛，阳极板为钛阳极板，由此可实现连接件和阳极板之间的良好的焊接连接，避免因不同材料进行焊接而产生的焊接缺陷。
57.本发明还提供了一种用于制造上述实施例所述的电解用阳极板导电横梁的方法，包括如下步骤：
58.步骤s1，制作横梁本体1，并对横梁本体1进行冲孔得到若干第一孔位11。
59.步骤s2，制作第一连接部2，并将横梁本体1下部固定设置在第一连接部2的槽体内。
60.步骤s3，制作第二连接部3，对第二连接部3进行冲孔得到若干第二孔位31，然后将第一连接部2和第二连接部3焊接固定。
61.步骤s4，准备第一模具5，用第一模具5容纳横梁本体1的至少中段，并对横梁本体1进行定位，将第三材料注入第一模具5的内腔，使得第三材料充满第一模具5的内腔并进入第一孔位11和第二孔位31以形成铆固结构。参见图9，第一模具5包括两部分，两部分用于形成第一模具5的内腔，用于容纳完成连接的横梁本体1、第一连接部2和第二连接部3的至少
上部。
62.步骤s5，待第一模具5冷却后脱模，并在横梁本体1的端部设置导电部，即完成导电横梁的制造。
63.由此，通过所述方法制造得到导电横梁，减少了焊接过程，通过浇铸方法实现了包层包覆以及第一孔位内和第二孔位内的铆固结构，能在横梁本体和连接件之间实现良好的紧密固定连接，有助于提高导电横梁的导电性能和结构强度。
64.作为可选的实施例，步骤s2中，通过第二模具将所述横梁本体1紧密压实在所述槽体内，或者通过紧固件将所述横梁本体1和所述第一连接部2固定连接。紧固件可以是铆钉。由此，通过这样的固定连接方式，以替代现有的焊接方法，既能保证横梁本体和第一连接部的固定连接，又能避免因不同金属材料采用焊接方法而带来的结构缺陷，且操作方法易于实现、安全有效。
65.本发明电解用阳极板导电横梁及制造方法，通过对连接件的结构改进实现了横梁本体和连接件的固定连接，避免了现有技术中采用焊接方法带来的结构缺陷和对导电横梁导电性能的不利因素，同时包层结构能增加导电横梁的重量并提高导电横梁的结构强度，以满足导电横梁的使用要求。
66.需要说明的是，本发明中采用步骤编号(字母或数字编号)来指代某些具体的方法步骤，仅仅是出于描述方便和简洁的目的，而绝不是用字母或数字来限制这些方法步骤的顺序。本领域的技术人员能够明了，相关方法步骤的顺序，应由技术本身决定，不应因步骤编号的存在而被不适当地限制。
67.本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
68.应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。