一种节能型铝电解用阳极导电装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种节能型铝电解用阳极导电装置及其制造方法，上述阳极导电装置包括阳极导杆、中间铝块、碳块和阳极钢爪，上述阳极钢爪上开设有轴孔孔，中间铝块与阳极钢爪通过轴孔以过盈配合方式连接，阳极导杆下表面采用焊接的方式连接于中间铝块顶部，最后再对铝

【技术实现步骤摘要】
一种节能型铝电解用阳极导电装置及其制造方法


[0001]本专利技术涉及有色金属冶金领域，尤其涉及一种节能型铝电解用阳极导电 装置及其制造方法。

技术介绍

[0002]电解铝工业中阳极导电装置是由阳极铝导杆和阳极钢爪构成。在工业应 用中，阳极装置处于高温高腐蚀性的工作环境，既要传导大电流，又要承受 钢爪和碳块的重力载荷，因此对铝
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钢连接接头性能要求极高。
[0003]现有技术是将铝
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钢爆炸焊块分别与铝导杆和阳极钢爪沿接触区域四周 进行焊接，能有效避免铝
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钢焊接时产生脆性金属间化合物，但铝和钢的膨 胀系数差别较大，在高温和大电流的作用下，复合焊块结合处产生剪切力， 导致焊接面开裂，从而使导电面积降低、电阻升高，进一步加剧接头处的断 裂趋势。
[0004]专利CN109338412A公开了一种通过焊接和支杆螺栓连接的阳极钢爪及 其装配方法，该专利通过螺栓连接提高了铝导杆和钢爪之间的连接强度，但 其存在加工工艺复杂且导杆上加工通孔易导致阳极电流分布不均的问题，同 时螺栓处更易受电流和高温腐蚀，增加设备的维护保养成本；专利 CN109518229A公开了一种通过摩擦焊连接阳极导杆和钢爪的方法，其虽然 使用寿命得到较大提高，但通过摩擦焊获得的铝
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钢连接接头在维修或更换 过程中会因摩擦而导致阳极导杆缩短，不利于阳极导杆的回收再利用，同时 摩擦焊设备昂贵，企业生产成本过高，难以在工业中推广。
[0005]专利CN216304001U、专利CN214937862U和专利CN216141636U所公 开的铝电解用阳极导电装置是由铝制导杆、阳极钢爪、钢
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铝联接件构成， 通过导杆下部侧面和钢
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铝联接件上部的铝棒焊接固定、钢爪横梁上面和钢
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铝联接件的钢棒下端面焊接固定实现阳极导杆和阳极钢爪的连接，从其公开 的内容可见，这种技术方案存在结构复杂、生产制造成本高的问题，通过铝 棒和导杆侧面焊接，导电面积受限，要想提高装置的导电面积就要增加钢
‑ꢀ
铝联接件数量，而钢
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铝联接件采用钢套提高强度，使装置整体重量和尺寸 过大，进一步增加了装置维修更换的难度，不利于企业降低生产成本。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，为降低阳极导电装置的生产、维修和使用成本，本专利技术 提供了一种节能型铝电解用阳极导电装置及其制造方法，以采用过盈配合和 铝
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铝同种材料焊接相结合的方法实现阳极导杆和阳极钢爪的连接，从而提 供一种低成本、高连接强度、结构简单的连接方法。
[0007]具体技术方案如下：
[0008]本专利技术的第一个方面是提供一种节能型铝电解用阳极导电装置的制造 方法，具有这样的特征，包括以下步骤：
[0009]1)获取阳极导杆外径，以阳极导杆外径减去过盈量获得轴孔内径；
[0010]2)以阳极导杆和阳极钢爪的相关性能参数建立铝
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钢圆柱面过盈连接设 计计算模型，获得过盈量与接触应力关系式；根据铝
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钢过盈连接的实际工 况，利用有限元分析软件建立铝
‑
钢过盈连接有限元模型，根据实际装配工 况设定模型边界条件；
[0011]3)在相同过盈量的条件下分别获取计算模型的第一平均接触应力值和 有限元模型的第二平均接触应力值，计算获取第一应力值与第二应力值的偏 差值以验证仿真模型的计算准确性；
[0012]4)根据实际工况中阳极钢爪和碳块自重G、阳极导杆及阳极钢爪的摩 擦系数μ和轴孔内径d0，计算得到最小结合长度l
min
；
[0013]5)根据1)中轴孔尺寸于阳极钢爪上开设轴孔，再根据最小结合长度l
min
×ꢀ
(3～500)加工中间铝块，以过盈配合方式通过轴孔将中间铝块装配于阳极 钢爪上，将阳极导杆焊接于中间铝块上，再将碳块装配于阳极钢爪上；
[0014]6)在阳极导杆、中间铝块及阳极钢爪的结合处喷涂金属粉末，以提高 铝
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钢连接处的结合强度、增大导电面积。
[0015]上述的制造方法，还具有这样的特征，步骤3)中偏差值与第一平均接 触应力值之比低于5％，则仿真模型及第二平均接触应力值可信。
[0016]上述的制造方法，还具有这样的特征，步骤4)中最小结合长度需满足： 在过盈量下固定阳极导杆后在阳极钢爪及碳块自身重力共同作用下阳极钢 爪和阳极导杆不发生相对滑动。
[0017]上述的制造方法，还具有这样的特征，步骤5)中可直接在现有型号阳 极钢爪的横梁上开设轴孔。
[0018]上述的制造方法，还具有这样的特征，步骤5)中可在一体铸造形成的 带凸台的阳极钢爪的凸台上开设轴孔。
[0019]上述的制造方法，还具有这样的特征，步骤5)中可先在现有型号阳极 钢爪的横梁上装配凸台，再在凸台上开设轴孔。
[0020]上述的制造方法，还具有这样的特征，步骤5)中可先将阳极导杆下端 面打磨后再与中间铝块通过自蔓延焊接的方式进行连接，以实现高效快速全 熔化焊接。
[0021]上述的制造方法，还具有这样的特征，步骤6)中金属粉末选自但不限 于铝粉、铜粉或锌粉中的一种或多种。
[0022]本专利技术的第二个方面是提供一种节能型铝电解用阳极导电装置，具有这 样的特征，根据上述制造方法制造获得。
[0023]上述方案的有益效果是：
[0024]1)本专利技术通过数学计算模型和有限元仿真模型相结合以获得过盈量和 平均接触应力关系，从而设计轴孔尺寸和结合长度，以避免进行大量的装配 和测试试验，有效降低设计成本；
[0025]2)相较于传统铝电解用阳极导电装置，本专利技术铝
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钢过盈配合的连接方 式避免了铝
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钢异种材料焊接时接头处产生的脆性金属相，从而提高连接处 的强度；
[0026]3)相较于目前的三接触面焊接制造工艺，本专利技术提供的导电装置具有 结构简单、工艺简化、可大大降低制造和维修成本的优点；
[0027]4)相较于爆炸焊块、钢套等传统连接方法，本专利技术焊缝数量减少，且 由原来的钢
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钢、钢
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铝、铝
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铝三个结合面简化为钢
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铝机械连接、铝
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铝同种 材料焊接两个结合面，有效降低阳极导杆和阳极钢爪连接处的压降，以实现 节能减排；
[0028]5)本专利技术可在钢爪横梁上加工出凸台，一方面通过凸台大幅度提高过 盈配合的接触面积，保证整个阳极导电装置的导电性和力学性能；
[0029]6)本专利技术设置中间铝块来进行过盈配合连接，大大提高了这种导电结 构的工业应用性，节省了人力物力，毕竟整体加热钢爪或者整体冷却导杆在 工业生产中费时费力，消耗大量能源，而中间铝块的冷却是一件非常容易的 事情，因而容易实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种节能型铝电解用阳极导电装置的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取阳极导杆外径，以阳极导杆外径减去过盈量获得轴孔内径；2)以阳极导杆和阳极钢爪的相关性能参数建立铝
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钢圆柱面过盈连接设计计算模型，获得过盈量与接触应力关系式；根据铝
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钢过盈连接的实际工况，利用有限元分析软件建立铝
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钢过盈连接有限元模型，根据实际装配工况设定模型边界条件；3)在相同过盈量的条件下分别获取计算模型的第一平均接触应力值和有限元模型的第二平均接触应力值，计算获取第一应力值与第二应力值的偏差值以验证仿真模型的计算准确性；4)根据实际工况中阳极钢爪和碳块自重G、阳极导杆及阳极钢爪的摩擦系数μ和轴孔内径d0，计算得到最小结合长度l
min
；5)根据1)中轴孔尺寸于阳极钢爪上开设轴孔，再根据最小结合长度l
min
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(3～500)加工中间铝块，以过盈配合方式通过轴孔将中间铝块装配于阳极钢爪上，将阳极导杆焊接于中间铝块上，再将碳块装配于阳极钢爪上；6)在阳极导杆、中间铝块及阳极钢爪的结合处喷涂金属粉末，以提高铝
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【专利技术属性】
技术研发人员：张国栋，李孟钊，周怡成，黄龙，龚寅卿，汪昌顺，李成林，梅青松，杨兵，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：