一种铝电解槽阳极及其制造方法

本技术涉及铝电解槽阳极，尤其是涉及一种铝电解槽阳极及其制造方法。

背景技术：

1、铝电解槽阳极是电解铝生产的重要原料之一，它作为导体将直流电导入电解质层，同时作为炭素材料参与电解的阳极反应。目前每生产一吨电解铝大约耗电能13000～14000kwh，加上主要原材料及生产过程耗能每生产一吨电解铝要消耗6～8吨标准煤。随着国家对电解铝企业的节能减排要求越来越严格，节能降耗成为电解铝企业亟需解决的问题。

2、现有技术中，铝电解槽阳极由阳极导杆组和阳极炭块组成。阳极导杆组主要包括阳极导杆、阳极钢爪和将阳极导杆与阳极钢爪焊接在一起的钢铝复合连接结构。其中，钢铝复合连接结构通常为钢-铝爆炸焊块，采用钢-铝爆炸焊块过渡焊接的方式将阳极导杆与阳极钢爪的横梁焊接在一起。阳极钢爪通常包括钢爪梁和焊接在钢爪梁底部的多个爪部，各爪部间隔设置。阳极炭块上开设有与各爪部一一对应的炭碗，阳极钢爪的爪部通过磷生铁浇铸在阳极炭块的炭碗内。

3、上述现有技术中的铝电解槽阳极在实际使用过程中存在的问题是：铝电解槽阳极在电解铝生产过程中，阳极钢爪导电会受热膨胀，阳极炭块受热也会膨胀。由于阳极钢爪的爪部浇铸在阳极炭块的炭碗中，且阳极炭块的热膨胀系数小于阳极钢爪，所以阳极钢爪的横梁的膨胀长度大于阳极炭块，从而导致阳极钢爪的横梁上拱，阳极钢爪的爪部内弯，对阳极炭块造成损坏。

技术实现思路

1、本技术提供一种铝电解槽阳极及其制造方法，以解决上述现有技术中的铝电解槽阳极在实际使用过程中存在的阳极钢爪受热膨胀变形容易对阳极炭块造成损坏的技术问题。

2、第一方面，本技术提供的铝电解槽阳极采用如下技术方案：

3、一种铝电解槽阳极，包括阳极导杆、钢铝复合连接件、阳极炭块和阳极钢爪，钢铝复合连接件具有与阳极导杆焊接的铝焊接面以及与阳极钢爪焊接的钢焊接面，所述阳极钢爪为长板状结构，阳极钢爪的底部开设有供阳极钢爪膨胀变形的变形缝，阳极炭块的上表面开设有炭碗，炭碗为沿直线方向延伸贯通炭块相对两侧面的通槽结构，阳极钢爪的底部插装在炭碗中，变形缝的上端高于炭碗的碗口，阳极钢爪与阳极炭块通过磷生铁连接。

4、其有益效果在于：变形缝的设置能够为阳极钢爪在导电受热膨胀时提供一定的应力变形空间，减少阳极钢爪的膨胀变形应力，防止阳极钢爪膨胀对炭块造成损坏。通过将炭碗设置为沿直线方向延伸贯通炭块相对两侧面的通槽结构，能够使得阳极钢爪导电受热在通槽延伸方向膨胀时不会受到阳极炭块的阻挡，从而不会挤压阳极炭块，能够进一步减小对阳极炭块造成的破坏。另外，通过将传统的多点钢爪结构改为长板状结构，简化了阳极钢爪的生产制造，优化了阳极钢爪的结构，改善了阳极钢爪的导电性和电流分布均匀性，进一步降低了压降及电耗。

5、可选的，所述钢铝复合连接件包括多个层叠紧密排列设置的钢铝复合片，钢铝复合片包括紧密复合在一起的钢片和铝片，各钢片的用于与阳极钢爪焊接的侧面共同形成所述钢焊接面，各铝片的用于与阳极导杆焊接的侧面共同形成所述铝焊接面。

6、其有益效果在于：钢铝复合连接件包括多个层叠紧密排列设置的钢铝复合片，在使用钢铝复合片焊接阳极导杆与阳极钢爪时，能够使得钢铝复合连接件与阳极导杆、阳极钢爪均具有较大的焊接面积，从而使得阳极导杆与阳极钢爪的实际接触面积增大，能够降低阳极导杆与阳极钢爪之间的压降，降低压降能够减少通电时的电阻热从而使得阳极钢爪工作时的温度明显降低，阳极钢爪的温度降低能够使得阳极钢爪的受热膨胀变形量减小，与阳极炭块的受热膨胀变形量接近，从而防止阳极钢爪膨胀变形过大导致阳极炭块受到损坏。

7、可选的，所述钢铝复合片上开设有沿钢铝复合片厚度方向贯通的通孔，层叠紧密排列设置的各钢铝复合片的通孔共同形成了用于安装阳极导杆的导杆安装孔，导杆安装孔的由各铝片形成的孔壁形成所述铝焊接面，阳极导杆的一端为插装端，插装端插装在导杆安装孔中，且插装端的周向侧面与铝焊接面焊接；阳极钢爪的侧面上靠近顶部的位置与钢焊接面焊接。

8、其有益效果在于：通过将阳极导杆插装在导杆安装孔内，并将插装端的周向侧面与导杆安装孔的孔壁上的铝焊接面焊接，能够增加阳极导杆的焊接面积，从而进一步提高导电效率，降低了压降，并且提高了焊接强度。另外，将阳极钢爪的侧面上靠近顶部的位置与钢焊接面焊接，能够使得导电时电流在阳极钢爪上的流通路径变短，从而降低压降。

9、可选的，所述钢片和铝片的形状一致，钢片的横截面为“工”字形，钢片包括第一连接部、第二连接部和中间连接部，中间连接部将第一连接部与第二连接部连接，所述通孔贯通中间连接部，第一连接部和第二连接部的侧面用于与阳极钢爪焊接，阳极钢爪焊接有至少两个。

10、其有益效果在于：能够实现多个阳极钢爪的焊接，适用性更强。

11、可选的，所述钢铝复合片的厚度为4-10mm。

12、可选的，所述变形缝沿阳极导杆的长度方向延伸。

13、可选的，所述变形缝的延伸长度至少为阳极钢爪高度的二分之一。

14、第二方面，本技术提供的上述铝电解槽阳极的制造方法采用如下技术方案：

15、铝电解槽阳极的制造方法，包括以下步骤：s1、准备阳极钢爪、钢铝复合连接件、阳极炭块和阳极导杆；

16、s2、将钢铝复合连接件的铝焊接面与阳极导杆焊接，将钢铝复合连接件的钢焊接面与阳极钢爪焊接；

17、s3、在阳极钢爪的变形缝内设置填充物，填充物填满变形缝且在阳极钢爪的厚度方向上凸出阳极钢爪，填充物凸出阳极钢爪的部分形成凸出部，填充物为弹性耐火材料；

18、s4、将带有填充物的阳极钢爪的底部插装在炭碗中，并使得变形缝的上端高于炭碗的碗口，填充物两侧的凸出部与炭碗两侧的槽壁抵触，然后在炭碗贯通的炭块的相对两侧面设置封堵侧板，两侧的封堵侧板将炭碗的两端封堵，阳极钢爪与炭碗之间的间隙形成用于浇铸磷生铁的空间，在阳极钢爪长度方向上各凸出部将用于浇铸磷生铁的空间分隔形成多段浇铸空间，向各段浇铸空间内分别浇铸熔融磷生铁；

19、s5、在浇铸的熔融磷生铁冷却凝固后，从变形缝的上端取出变形缝内的填充物，并将两侧的封堵侧板拆卸下来。

20、其有益效果在于：在变形缝内填充炉窑保温棉或陶瓷纤维棉后，再将阳极钢爪的底部插装在炭碗中浇铸熔融磷生铁，填充物能够阻止浇铸的熔融磷生铁进入到变形缝内，从而防止熔融磷生铁冷却凝固后占据变形缝，减少阳极钢爪的变形空间。在浇铸的熔融磷生铁冷却凝固后，由于炉窑保温棉或陶瓷纤维棉不会和磷生铁结合，能够取出变形缝内的炉窑保温棉或陶瓷纤维棉，能够避免填充物对阳极钢爪受热膨胀产生阻碍，为阳极钢爪提供更大的变形空间，从而在一定程度上减少阳极钢爪膨胀对炭块的破坏。而且，各凸出部将用于浇铸磷生铁的空间分隔形成多段浇铸空间，在各段浇铸空间内的熔融磷生铁冷却凝固后，将炉窑保温棉或陶瓷纤维棉取出后会形成供磷生铁变形的缝隙，从而能够为磷生铁在导电受热膨胀时提供一定的应力变形空间，从而在一定程度上减少磷生铁膨胀对阳极炭块的破坏。

21、可选的，所述步骤s2中，钢铝复合连接件为钢铝复合片，阳极导杆的一端为插装端，焊接时将一片钢铝复合片通过通孔套装在阳极导杆的插装端上，然后将通孔的由铝片形成的孔壁与插装端的周向侧面焊接；将第一阳极钢爪的侧面上靠近顶部的位置与第一连接部的远离第二连接部的侧面焊接，使得变形缝位于钢铝复合片以下位置；将第二阳极钢爪的侧面上靠近顶部的位置与第二连接部的远离第一连接部的侧面焊接，使得变形缝位于钢铝复合片以下位置；继续焊接下一片钢铝复合片，并使得各钢铝复合片层叠紧密排列设置，直至堆叠焊接足够数量的钢铝复合片使得阳极导杆和阳极钢爪能够连接牢靠。