嵌铜钢棒、电解槽阴极、电解槽的制作方法

本申请涉及铝工业，尤其涉及电解制铝。

背景技术：

1、铝电解工业是我国战略性基础原材料工业，原铝产量和消费量连续多年达到全球总量的50～59％。同时它也是工业领域“电老虎”和碳排放大户，消耗电力约占我国发电总量的7％，碳排放约占全国的5％。其碳排放中80％以上是因消耗电力而导致的间接排放，因此降低铝电解过程的电能消耗是铝电解工业的降低碳排放的重要手段。

2、目前，预焙炭阳极铝电解槽仍然是铝电解工业的主流生产设备，降低槽电压、提高电流效率是降低铝电解槽电能消耗的两个主要方向。由于铝电解反应中氧化铝分解电压无法改变，降低槽电压主要是降低发热电压。在铝电解槽的发热电压中，电解质压降和阴极压降占比70％以上，降低潜力较大，是近年来铝电解槽深度节能技术的主要研究对象。研究结果表明：电解质压降的大小主要由极距大小决定，而极距大小又由铝水波动大小决定。铝水波动越小，极距就能够降的越低，电解质压降就会越低；铝液波动的大小又与铝电解槽的垂直磁场强度和铝液中水平电流大小相关。对于已经建成的铝电解槽，垂直磁场强度基本无法改变，而水平电流则可以通过优化阴极和阴极钢棒的导电性来降低。通过增加阴极钢棒的导电性，来降低铝水和阴极中的水平电流、减少铝液波动，从而降低极距、降低电解质压降、降低阴极压降，是实现铝电解槽大幅节能的主要措施之一。

3、铜的导电性好于钢铁，相同条件下电导率是钢铁的6倍左右，但铜的价格也远远高于钢铁。为了能提高阴极钢棒的导电性又不大幅提高成本，在阴极钢棒中嵌铜，成为提高阴极钢棒导电性的一个重要手段。本领域存在将铜与阴极钢棒进行结合的现有技术，但主要通过铜与钢棒表面的直接物理压接连接，或通过焊接连接。尽管铜的导电性好，但铜的膨胀系数高于钢铁，而铝电解槽正常运行期间，铝电解槽阴极钢棒内端上部区域的温度通常在900℃以上，这导致铜与钢棒大面积焊接时，会因膨胀系数不同导致大面积焊接的接触面移动错位，存在焊接连接失效的风险。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种嵌铜钢棒、电解槽阴极、电解槽，以解决铜与钢棒直接物理压接连接容易错位的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种嵌铜钢棒，所述嵌铜钢棒包括：

3、具有嵌入槽的钢制棒材；

4、与所述嵌入槽形状吻合的铜棒；

5、密封压板，所述密封压板与所述嵌入槽的槽口可拆卸密封连接；

6、填充料，所述填充料填充在所述铜棒与所述嵌入槽的槽壁之间，所述填充料为碳材料粉末和金属粉末的混合物。

7、在本申请的一些实施例中，所述碳材料粉末为石墨烯粉末。

8、在本申请的一些实施例中，所述碳材料粉末和所述金属粉末的质量比为1:10～20。

9、在本申请的一些实施例中，所述金属粉末包括银粉、铜粉、镍粉中的至少一种。

10、在本申请的一些实施例中，所述铜棒的形状为三棱柱。

11、在本申请的一些实施例中，所述嵌铜钢棒还包括预焊块，所述预焊块与所述嵌入槽形状相吻合，所述预焊块的一端为铜块，并与所述铜棒的一端焊接；所述预焊块的另一端为钢块，并与所述嵌入槽的槽壁焊接。

12、在本申请的一些实施例中，所述嵌入槽的槽壁上还设置有涂层，所述涂层的材料为所述填充料；和/或，

13、所述铜棒的表面还设置有涂层，所述涂层的材料为所述填充料。

14、第二方面，本申请实施例提供一种电解槽阴极，所述电解槽阴极包括第一方面任一实施例所述的嵌铜钢棒。

15、在本申请的一些实施例中，所述电解槽阴极包括：

16、阴极块，所述阴极块上设置有若干连接槽；

17、嵌铜钢棒，所述嵌铜钢棒的形状与所述连接槽的形状相吻合，所述嵌铜钢棒与所述阴极块通过所述连接槽机械连接和电连接。

18、第三方面，本申请实施例提供一种电解槽，所述电解槽包括第二方面任一实施例所述的电解槽阴极。

19、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

20、本申请实施例提供的嵌铜钢棒，通过嵌入式方法连接铜棒与钢制棒材，通过密封压板将铜棒限位在嵌入槽内，不会因铜棒膨胀导致连接错位；在铜棒和嵌入槽之间设置填充料，填充料为碳材料粉末和金属粉末的混合物，在保证铜棒与钢制棒材的电连接、保证自身抗氧化能力的同时，相比于单一的金属粉末还具有更好的可压缩性，为铜棒的形变提供足够的空间。

技术特征：

1.一种嵌铜钢棒，其特征在于，所述嵌铜钢棒包括：

2.根据权利要求1所述的嵌铜钢棒，其特征在于，所述碳材料粉末为石墨烯粉末。

3.根据权利要求1所述的嵌铜钢棒，其特征在于，所述碳材料粉末和所述金属粉末的质量比为1:10～20。

4.根据权利要求1所述的嵌铜钢棒，其特征在于，所述金属粉末包括银粉、铜粉、镍粉中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的嵌铜钢棒，其特征在于，所述铜棒的形状为三棱柱。

6.根据权利要求1所述的嵌铜钢棒，其特征在于，所述嵌铜钢棒还包括预焊块，所述预焊块与所述嵌入槽形状相吻合，所述预焊块的一端为铜块，并与所述铜棒的一端焊接；所述预焊块的另一端为钢块，并与所述嵌入槽的槽壁焊接。

7.根据权利要求1所述的嵌铜钢棒，其特征在于，所述嵌入槽的槽壁上还设置有涂层，所述涂层的材料为所述填充料；和/或，

8.一种电解槽阴极，其特征在于，所述电解槽阴极包括权利要求1～7中任意一项所述的嵌铜钢棒。

9.根据权利要求8所述的电解槽阴极，其特征在于，所述电解槽阴极包括：

10.一种电解槽，其特征在于，所述电解槽包括权利要求9所述的电解槽阴极。

技术总结本申请涉及一种嵌铜钢棒，所述嵌铜钢棒包括：具有嵌入槽的钢制棒材；与所述嵌入槽形状吻合的铜棒；密封压板，所述密封压板与所述嵌入槽的槽口可拆卸密封连接；填充料，所述填充料填充在所述铜棒与所述嵌入槽的槽壁之间，所述填充料为碳材料粉末和金属粉末的混合物。本申请提供的嵌铜钢棒，通过嵌入式方法连接铜棒与钢制棒材，通过密封压板将铜棒限位在嵌入槽内，不会因铜棒膨胀导致连接错位；在铜棒和嵌入槽之间设置填充料，填充料为碳材料粉末和金属粉末的混合物，在保证铜棒与钢制棒材的电连接、保证自身抗氧化能力的同时，相比于单一的金属粉末还具有更好的可压缩性，为铜棒的形变提供足够的空间。技术研发人员：侯光辉,包生重,罗英涛,李冬生,陈开斌,王怀江,马军义受保护的技术使用者：中铝郑州有色金属研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27