电极及其制作方法
【专利说明】电极及其制作方法
[0001]本申请是基于申请号为200980104432.4、申请日为2009年2月2日、发明名称为“电极及其制作方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及电极及其制作方法。尤其是本发明涉及用于铝的电解生产的预烘干电极，且它能够被应用于阳极(正电极)及阴极(负电极)两者。
【背景技术】
[0003]通常，预烘干阳极被固定于形成阳极吊钩一部分的柱头螺栓(stud)上。该阳极有预先形成的能让柱头螺栓进入的孔。柱头螺栓与阳极之间的固定是通过在每个单独的柱头螺栓与阳极中对应孔之间的环形空间中浇注熔融的铸铁实现的。
[0004]类似地，对阴极块中集电条的固定，在该块中有预先形成的能让该条进入的狭缝。狭缝壁和条之间的空间被用熔融的铸铁填充。
[0005]熔融铸铁的使用，对例如能够熔化铸铁的熔炉和相应的分配和浇注系统的投资(investment)来说，有些牵连。此外，在把铸铁饶注进阴极中凹口之前，由于恪融金属与电极(室温)之间温度的巨大差别，电极和集电条必须预热。对于阳极，柱头螺栓在一些技术中是被预热的。其他涉及把集电条嵌入接触膏(contact paste)中的技术，将导致在阴极的预热或加热下蒸汽和烟雾会被排出。
[0006]由于组成阳极的碳材料的消耗，预烘干阳极在池中一般约30天后被耗损，其后它必须被更换。已耗损的阳极(残电极)被输送到某种设施，在那里通过移除阳极的余下材料连同铸铁残留物，阳极吊钩的柱头螺栓被清洁。通常，这一步是通过机械捆牢工具(frapping tool)的使用实施的。
[0007]新阳极的组装和移除已耗损阳极的残电极的操作是费时和昂贵的。类似的操作将应用于使用时间更长的阴极块，这里集电条和碳材料在丢弃或再利用前必须分离。
[0008]US 4，574，019涉及一种工艺，用于通过粘结物质的使用把阳极块附着在阳极悬挂装置上。该物质至少在900°C和100tC之间的温度中有一定的机械强度并有良好的导电性能。该粘结物质能够是固体、结合剂和固化剂的混合物。该固体能够由诸如铁、铜或铝的金属粉末代表。该金属的粒子大小最大应当是1mm。这种类型的接触物质在EP O 027 534中有进一步的描述。
【发明内容】
[0009]按照本发明，有施加的导电粒子在电极中的电流引线和煅烧碳质材料之间作为填入材料。没有硬化基质的导电粒子的使用，有利于导电粒子的再使用。此外，已经发现应用本发明的阴极的电阻要比通常使用接触膏的有所改进。按照本发明的阳极已经被测量到类似的改进结果。
[0010]如在所附的权利要求书中被定义的，这些和更多的优点将被本发明获得。
【附图说明】
[0011]本发明将在下面通过图和例子进一步描述，其中:
[0012]图1公开通过柱头螺栓的剖面图，该柱头螺栓被嵌入有第一固定装置的阳极内的孔中；
[0013]图2公开通过柱头螺栓的剖面图，该柱头螺栓被嵌入有第二固定装置的阳极内的孔中；
[0014]图3公开通过轭铁的剖面图，该轭铁即将被嵌入有第三固定装置的阳极内的孔中；
[0015]图4a公开按照本发明的阴极单元；
[0016]图4b公开图4a的阴极单元、电流和电压测量机构；
[0017]图5以图解方式公开阴极中在集电条与碳材料之间被周期地测量的电阻(微欧姆)；
[0018]图6a_b公开一种有向前的固定装置的、即将被组装的阳极；
[0019]图7a_b公开在中间的固定位置的图6a_b的阳极；
[0020]图8公开在其最后固定位置的图6a_b的阳极；
[0021]图9以端视图方式公开按照本发明的阴极单元的第二实施例；
[0022]图10公开在惯用的铸铁粘结处和图8所示粘结处的电压降。
【具体实施方式】
[0023]如在图1中所示，通过柱头螺栓I的剖面被公开，该柱头螺栓I被嵌入阳极3内的孔2中。该孔比柱头螺栓的对应尺寸更宽，且柱头螺栓与孔之间的环形空间被用导电固体或粒子4填充，该固体或粒子在本实施例中是钢珠。长钉5或诸如此类零件通过孔6穿透柱头螺栓并进一步进入阳极3内的孔7中，以便使各部分机械地彼此固定。另外，长钉能够被刻螺纹的螺栓代替以便对柱头螺栓和孔更好地紧固抓牢。该螺栓可以方便地有螺栓头用于更简单的组装/拆除(未画出)。
[0024]如在图2中所示，通过柱头螺栓I'的剖面图被公开，该柱头螺栓I'被嵌入有第二固定装置的阳极3'内的孔2'中。该孔有向下散开的圆锥段8'。柱头螺栓与孔之间的空间被用导电粒子4'填充，导电粒子在本实施例中是钢珠。在部分填充的高度上，大量钢珠被适当的焊接工具9'焊接到柱头螺栓上，使柱头螺栓被相对于孔固定。
[0025]如在图3中所示，通过与杆113连接的轭铁111的剖面图被公开。轭铁与杆两者有允许柱101及102被强迫与柱103及104分开的狭缝112。当轭铁被强迫分开时，轭铁能够被放到阳极130中的位置。当强迫力被消除时，柱102及103上的槽口(122，123)能够被装配进阳极130内的孔中被预先机械加工的凹口(132，133)。
[0026]图4a公开按照本发明的阴极单元20，这里该阴极单元临时放置在两块支承木材(28，29)上。该单元有两条让集电条21、22插入的纵向狭缝23、24。每一集电条与对应的狭缝之间的空间被用导电粒子(未画出)填充。封盖25、26在单元的一端把该空间密封，同时类似的盖也同样被应用于底部以及阴极单元的另一端(未画出)。临时的固定系统保持各个单元在适当位置直到在电解池中最后组装。
[0027]在图4b中被公开的是在实验中如何完成电压和电流的测量。电阻是由测量的电压除以测量的电流计算的。
[0028]在图5中被公开的是在阴极块中一条集电条与煅烧碳材料之间测量的电阻，所述集电条已经被嵌入阴极块中。在实验中，已经按照本发明原理完成两种平行的测量。
[0029]从该图可见，按照本发明的原理对被嵌入的集电条测量的电阻，由两条最下面的曲线(301,302)表示。
[0030]从该块的顶部到钢的端部对四条钢测量的电阻在50到60 μ Ω之间，该值在测量设备精度之内。这些实验持续约8个月，而从该图解可见，电阻是相对稳定的。在这些曲线之上的曲线涉及同一铝池中用接触膏作接触介质的对比阴极。
[0031]在图6a中，设有一组固定装置222、223的轭铁部分211 (这里没有画出它的悬杆)被公开，该组固定装置222、223与阳极块中制成的凹口 234对应。图6b是图6a的侧视图，公开了在其相对侧有一个类似的固定装置222'的固定装置222。类似的固定装置应用于固定装置223上，但这里没有画出。从图6b可见，轭铁部分211能够被允许进入凹口 234，而固定装置222、223被分别布置成与凹口 235、235^配对。
[0032]还见图7a，这里轭铁211已经被放进234，且固定装置222、223已经分别被放进敞开的顶部凹口 232、233中。图7b公开阳极230中分别在凹口 235、235^内就位的固定装置222及其相对的固定装置222'。
[0033]在图8中，轭铁211已经相对阳极230被横向移动，而固定装置222、223已经被移动到凹口 235的一部分，该凹口 235对固定装置222、223是顶部被封闭的。这种固定原理能够被称为滑动装配(put-slide)。
[0034]然后，轭铁211与凹口 234未被占用部分之间的空间被用诸如钢丸的导电粒子填充。
[0035]应当理解，凹口 234、235、235^可以呈燕尾形状，即有根切的形状。
[0036]在上面例子中的固定装置222、223由圆柱形棒组成，圆柱形棒被送进通过轭铁部分211的孔。这些棒能够通过压配合布置被固定，并被布置成易于撤除和替换。
[0037]在替代方案中，固定装置的形状能够是平坦的，即具有靠在阳极中的凹口上起作用的更扩展的平表面。
[0038]凹口的主部分可以在阳极处于其未经处理的条件下，即在它被煅烧之前被形成。然后，凹口能够被旋转处理工具校正，该旋转处理工具要么具有与凹口最后形状互补的形状，要么具有的尺寸小于(mince than)最后形状的尺寸。该工具能够被布置成适应CNC机器或诸如此类的机器，从而该机械加工(处理)将按自动化方式被