阳极组件以及相关的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种阳极组件(10)的制造方法(100)，该阳极组件被设计为用于通过电解作用生产铝的池，所述阳极组件(10)包括：阳极棒(1)；金属块(2)，所述金属块固定至所述阳极棒(1)的其中一个端部(11)，所述金属块(2)在热作用下能够在纵向方向上膨胀；碳质阳极(3)，所述碳质阳极(3)包括凹部(30)和密封区域(41)，在所述凹部中容纳所述金属块(2)用于将所述金属块(2)密封在所述碳质阳极(3)处，所述密封区域填充有在所述金属块(2)和所述碳质阳极(3)之间延伸的密封材料，其特征在于所述方法(100)包括在所述碳质阳极(3)内部形成至少第一腔(42)的步骤(102)，所述至少第一腔(42)与所述凹部(30)一起形成所述碳质阳极(3)内部的第一减小厚度区域(43)，所述第一减小厚度区域(43)能够在所述金属块(2)的纵向方向上的膨胀作用下变形或断裂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阳极组件以及相关的制造方法
本专利技术涉及一种用于被设计为通过电解作用生产铝的池的阳极组件，以及这样的阳极组件的制造方法。本专利技术特别适用于带有预焙阳极的电解池。
技术介绍
铝主要是通过对溶解在冰晶石浴中的氧化铝的电解作用而生产的。允许这种操作的电解池由一个钢箱构成并且内部衬有耐火绝缘产品。由碳质块形成的阴极被放置在箱中。它由插入冰晶石浴中的一个阳极或多个碳质阳极或碳质阳极块覆盖。这个(或这些)碳质阳极逐渐被氧化铝分解产生的氧气氧化。电流流动是穿过通过焦耳效应而被维持在液体状态中的冰晶石浴从阳极到阴极。池的通常操作温度在930℃到980℃之间，生产的铝是液体并且因重力而被沉积在阴极上。定期地，通过浇注包提取产生的铝或产生的铝的一部分并且将其转移到铸造炉。一旦阳极被耗尽，就用新的阳极替换它们。为了允许处理及其供电，每个阳极通常与一个结构相关联以形成阳极组件。这种结构一般由以下部分组成：-阳极棒，该阳极棒由具有高电导率的材料(诸如铝或铜)制成，以及-连接装置，该连接装置由对使用阳极时遇到的升高的温度耐受的材料(诸如钢)制成。连接装置通常包括成形为一个一体横杆的多足件(multipode)，该多足件位于与多个有利的圆柱形块相关联的棒的基部，所述圆柱形块的轴线平行于该棒。块被部分地引入在阳极的上表面上形成的凹部内，并且块和凹部之间存在的间隙通过浇铸熔融金属(通常是铸铁)来填充。如此制造的金属圆柱体可以确保棒和阳极之间的良好机械紧固和良好电连接。然而，在现有技术中已经发现，块的存在引起阳极连接中的欧姆降，以及通过阳极组件的热损失。因此，文件WO2012/100340提出一种阳极组件，其中由横杆和块构成的组件被纵向连接杆代替。密封时，该连接杆被引入在阳极上表面上形成的纵向凹部中。然后将熔融铸铁沉积在连接杆的外围以填充连接棒和凹部之间的空间。该解决方案可以改善阳极内的电流分布，减少碳和铸铁之间接触处的欧姆降并限制热损失，如文件FR1,326,481中已经教导的那样，该文件提出了一种与WO2012/100340相同的解决方案。然而，如果现有技术的阳极组件优选地包括圆柱形块，则主要是为了限制由于在将阳极引入温度为930℃至980℃之间的冰晶石浴过程中连接装置所经历的膨胀而导致的阳极劣化风险。事实上，与圆柱形块的膨胀会导致在阳极上施加径向热膨胀力不同，金属杆的热膨胀会导致在阳极上施加横向和纵向力，这可能会使阳极破裂。在FR1,326,481或WO2012/100340中没有提出针对该破裂问题的解决方案。在文件WO2015/110906中，提出了针对该破裂问题的解决方案。该解决方案包括在连接杆的其中一个纵向端部处提供至少一个没有密封材料的空间，所述空间有利地能够衬有可压缩的填充材料，例如耐火纤维。因此，在连接杆的膨胀期间，耐火纤维吸收由连接杆纵向施加的力，从而防止阳极中在所述力的作用下而破裂。然而，该解决方案的缺点是需要在浇注密封材料之前手动放置耐火纤维。因此，这增大了成本和制造时间。此外，一旦进行电解，就必须从阳极组件中取出耐火纤维，以便能够回收碳。该操作还增加了成本和回收时间。本专利技术的一个目的是提出一种制造方法，其比文件WO2015/110906中提出的方法成本更低且复杂性更低。这种用于形成阳极组件的制造方法在连接杆的热膨胀的作用下具有较低的阳极破裂风险。本专利技术的另一个目的是提供一种可通过所述制造方法获得的阳极组件。
技术实现思路
为此目的，本专利技术提出一种阳极组件的制造方法，所述阳极组件用于通过电解作用生产铝的池，所述阳极组件包括：阳极棒；金属块，所述金属块固定至所述阳极棒的其中一个端部，所述金属块在热作用下能够在纵向方向上膨胀；碳质阳极，所述碳质阳极包括凹部和密封区域，在所述凹部中容纳所述金属块用于将所述金属块密封在所述碳质阳极处，所述密封区域填充有在所述金属块和所述碳质阳极之间延伸的密封材料，其特征在于，所述方法包括在所述碳质阳极内部形成至少第一腔的步骤，所述至少第一腔与所述凹部一起形成所述碳质阳极内部的第一减小厚度区域，所述第一减小厚度区域能够在所述金属块的纵向方向上的膨胀作用下变形或断裂。如此配置，根据本专利技术的制造方法使得可以形成在金属块的膨胀的作用下呈现出碳质阳极破裂风险较小的阳极组件。实际上，金属块在其纵向方向上的膨胀期间施加到阳极的力的一部分被减小厚度区域和腔所吸收。有利地，本专利技术的方法可以进一步包括在所述碳质阳极内部形成至少第二腔的步骤，所述至少第二腔与所述凹部一起形成所述碳质阳极内部的第二减小厚度区域，所述第二减小厚度区域能够在在所述金属块的纵向方向上的膨胀作用下变形或断裂。在替代实施方案中，所述金属块具有特别地由四个纵向表面限定的大致平行六面体形状，所述纵向表面由两个横向表面连接，所述至少第一减小厚度区域以及相应的所述至少第二减小厚度区域被放置为平行于所述横向表面之一并且通过所述密封区域与该横向表面分开。在阳极组件包括两个减小厚度区域的情况下，每个减小厚度区域将有利地延伸到金属块的相应纵向端部。然后减小厚度区域将分布在阳极棒的两侧上，这一方面将允许膨胀期间更好地分布力的强度，另一方面更好地平衡阳极组件的质量。在实施方案的变体中，形成所述至少第一腔，相应地所述至少第二腔的步骤可以包括以下步骤：将插入件放置在用于形成所述碳质阳极的模具中，以便在所述模具内部限定至少一个突出部分，所述突出部分被设计为形成所述至少第一腔以及相应地所述至少第二腔。在实施方案的另一个变体中，形成所述至少第一腔，相应地所述至少第二腔的步骤可以包括对所述碳质阳极机加工的步骤。本专利技术还涉及一种用于通过电解作用生产铝的池的阳极组件，所述阳极组件包括：阳极棒；金属块，所述金属块固定至所述阳极棒的其中一个端部，所述金属块在热作用下能够在纵向方向上膨胀；碳质阳极，所述碳质阳极包括凹部和密封区域，在所述凹部中容纳所述金属块用于将所述金属块密封在所述碳质阳极处，所述密封区域填充有在所述金属块和所述碳质阳极之间延伸的密封材料，其特征在于，所述碳质阳极包括至少第一腔，所述至少第一腔与所述凹部一起形成所述碳质阳极内部的第一减小厚度区域，所述第一减小厚度区域能够在所述金属块的纵向方向上的膨胀作用下变形或断裂。阳极组件的优选但非限制性方面如下：-所述碳质阳极包括至少第二腔，所述至少第二腔与所述凹部形成所述碳质阳极内部的第二减小厚度区域，所述第二减小厚度区域能够在所述金属块的纵向方向上的膨胀作用下变形或断裂；-所述金属块具有特别地由四个纵向表面限定的大致平行六面体形状，所述纵向表面由两个横向表面连接，所述至少第一减小厚度区域以及相应的所述至少第二减小厚度区域被放置为平行于所述横向表面之一并且通过所述密封区域与该横向表面分开；所述第一腔以及相应的第二腔从所述凹部的横向内侧壁的纵向投影横向且竖直地突出，超出优选小于5cm；-所述第一减小厚度区域以及相应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.阳极组件(10)的制造方法(100)，所述阳极组件被设计为用于通过电解作用生产铝的池，所述阳极组件(10)包括：阳极棒(1)；金属块(2)，所述金属块固定至所述阳极棒(1)的其中一个端部(11)，所述金属块(2)在热作用下能够在纵向方向上膨胀；碳质阳极(3)，所述碳质阳极(3)包括凹部(30)和密封区域(41)，在所述凹部中容纳所述金属块(2)用于将所述金属块(2)密封在所述碳质阳极(3)处，所述密封区域填充有在所述金属块(2)和所述碳质阳极(3)之间延伸的密封材料，其特征在于，所述方法(100)包括在所述碳质阳极(3)内部形成至少第一腔(42)的步骤(102)，所述至少第一腔(42)与所述凹部(30)一起形成所述碳质阳极(3)内部的第一减小厚度区域(43)，所述第一减小厚度区域(43)能够在所述金属块(2)的纵向方向上的膨胀作用下变形或断裂。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181220 FR 18/735801.阳极组件(10)的制造方法(100)，所述阳极组件被设计为用于通过电解作用生产铝的池，所述阳极组件(10)包括：阳极棒(1)；金属块(2)，所述金属块固定至所述阳极棒(1)的其中一个端部(11)，所述金属块(2)在热作用下能够在纵向方向上膨胀；碳质阳极(3)，所述碳质阳极(3)包括凹部(30)和密封区域(41)，在所述凹部中容纳所述金属块(2)用于将所述金属块(2)密封在所述碳质阳极(3)处，所述密封区域填充有在所述金属块(2)和所述碳质阳极(3)之间延伸的密封材料，其特征在于，所述方法(100)包括在所述碳质阳极(3)内部形成至少第一腔(42)的步骤(102)，所述至少第一腔(42)与所述凹部(30)一起形成所述碳质阳极(3)内部的第一减小厚度区域(43)，所述第一减小厚度区域(43)能够在所述金属块(2)的纵向方向上的膨胀作用下变形或断裂。


2.根据权利要求1所述的制造方法(100)，还包括在所述碳质阳极(3)内部形成至少第二腔(42)的步骤(102)，所述至少第二腔(42)与所述凹部(30)一起形成在所述碳质阳极(3)内部的第二减小厚度区域(43)，所述第二减小厚度区域(43)能够在所述金属块(2)的纵向方向上的膨胀作用下变形或断裂。


3.根据权利要求1或2中任一项所述的制造方法(100)，其中所述金属块(2)具有特别地由四个纵向表面(22-24)限定的大致平行六面体形状，所述纵向表面由两个横向表面(21)连接，所述至少第一减小厚度区域(43)被设置为平行于所述横向表面(21)之一并且通过所述密封区域(41)与该横向表面分开。


4.根据权利要求1或3中任一项所述的制造方法(100)，其中形成所述至少第一腔(42)的步骤(102)可以包括以下步骤：将插入件放置在用于形成所述碳质阳极(3)的模具中，以便在所述模具内部限定至少一个突出部分，所述突出部分被设计为形成所述至少第一腔(42)。


5.根据权利要求1或3中任一项所述的制造方法(100)，其中形成所述至少第一腔(42)的步骤(102)包括对所述碳质阳极(3)机加工的步骤。


6.根据权利要求1或5中任一项所述的制造方法(100)，其中所述至少第一腔(42)形成为从所述凹部(30)的横向内侧壁(31)的纵向投影横向且竖直地突出，超出优选小于5cm。


7.为通过电解作用生产铝的池设计的阳极组件(10)，所述阳极组件(10)包括：阳极棒(1)；金属块(2)，所述金属块固定至所述阳极棒(1)的其中一个端部(11)，所述金属块(2)在热作用下能够在纵向方向上膨胀；碳质阳极(3)，所述碳质阳极(3)包括凹部(30)和密封区域(41)，在所述凹部中容纳所述金属块(2)用于将所述金属块(2)密封在所述碳质阳极(3)处，所述密封区域填充有在所述金属块(2)和所述碳质阳极(3)之间延伸的密封材料，其特征在于，所述碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：JL·阿贝尔，
申请(专利权)人：力拓艾尔坎国际有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA