专利名称：阴极悬挂棒的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电解金属时耐用阴极用的悬挂棒的制造方法，其中悬挂棒是一个刚性金属外套，内侧附加上高电导性芯体。用这种方法，在外套和芯体之间可以实现良好的连接。这种连接可以用拉拔、镦锻、熔融或铸造工艺得到。
在电解金属时传统的方法是用始极板，它是最早在母板的表面生长形成的。当用始极板作阴极时，它和被沉积的金属应是同一种材料，例如铜，这种方法正在受到弃用，尤其考虑新的投入时。在新建电解车间时，一般倾向于使用耐用阴极且其板状部件常常是用耐酸钢或钛做的。
耐用阴极可用多种不同的方法制造，基本区别在于阴极悬挂棒的结构和板状部件相对于悬挂棒的固定。悬挂棒的结构及板状部件的附加是有困难的，其问题在于为了把大电流导入板状部件，在悬挂棒上就要有足够的铜。因为耐酸钢是不良导体，不能把它唯一地用作棒的材料。
现有技术中有几种方法可在制造耐用阴极的悬挂棒时用来解决铜和其他金属的结合问题。在行业上有两种结构占支配地位。第一种使用全铜的悬挂棒，再用一种特殊的合金焊丝焊上一块耐酸钢板部件。这种方法的缺点之一在于用整铜制成的悬挂棒的柔度，结果使这种棒易于变形，尤其用于阴极重量较大时。因短路而引发的温升使这个问题更趋恶化。
这种全铜悬挂棒的缺点之二在于难于使分立的吊环足够稳固地附加于悬挂棒，因为根据材料处理工艺的要求，吊环是位于悬挂棒顶部的。其缺点之三是耐酸钢板部件和铜悬挂棒之间的特定合金焊接在耐蚀这一点上和阴极的其他部位是不完全一致的。这种结构的优点是这种耐用阴极的制作快，投入低而且对加工现场没有特定要求。其他优点是在悬挂棒内铜的断面积大，导致在现行的这种耐用阴极结构中电阻小，能耗低。
在第二种广泛使用的耐用阴极悬挂棒结构中，管状的悬挂棒芯体是用不锈或耐酸钢制的。把耐酸钢板部件用普通焊丝焊到这些材料上。焊完后，悬挂棒和板状部件最上部焊缝上再电解电镀铜以便使具有足够的电导性。镀铜也是为了防止焊缝受环境的影响。这种方法例如见于英国专利2,040,311。
上述方法最明显的缺点是电解电镀耗时长，要几天时间，产出工时大大增加而且在电镀设备上投入也大。电镀还要求生产线必须位于最靠近电解车间的地方。在这种结构中，铜的断面积要比上述全铜悬挂棒的小。反过来又使现述这种结构的耐用阴极其电阻略有增高，随之其能耗也要比用全铜悬挂棒的大些。另一方面，钢芯悬挂棒的耐用性好。因此，即使阴极很重它也不会变形，也不会发生短路使得阴极的寿命成问题。它也更易使上述分立的吊环连接到这种结构上。吊环是在电镀前牢固地焊接到这种棒的不锈钢芯体上的，从而使这种结构牢固而耐用。在本设计中，所有焊缝都是在不锈钢和镀铜之下部分之间形成的，因而使这种结构既牢固又耐用。
美国专利4,647,358描述了另一种耐用阴极，其中，悬挂棒最上部是用钢管制成的，它与板状部件相焊接。在悬挂棒钢管内部有一根空心铜管，它可以比钢管长些，也可以把钢管的端部局部打开以便使电流通过悬挂棒的内铜管流动。钢带内径差不多就是铜管的外径以便于彼此紧密连接。外套管的制造方法，根据专利所述，轴向最初是打通的以便于把内管装进去，在装入内管后，再把外套管和内管沿轴向相焊，悬挂棒的内管和外套管在棒的端部是彼此相焊的。
上述方法的优点是悬挂棒的强度高而且阴极板部件和独立的吊环两者可直接焊到用同样金属做的外套管部位。但是其缺点是为了实现适当的接触需要在外套管和芯体之间单独焊接和/或遮没。结果在大批量生产时难于保持棒质量的一致性。另外的缺点还在于外套管和芯体在端部是焊在一起的，使得这种结构密闭而且不暴露受腐蚀，因为外套管和芯体之间的任何电解产物对棒的长期耐用性都是不好的。而且产品众多的工艺步骤使其难以实现自动化，以致成本上升，而且人们也已注意到压倒一切的是要保证质量的一致性。
本发明关注于电解金属所用的耐用阴极悬挂棒的制造方法，其悬挂棒用一根刚性金属外套管制成，内部中用拉、锻、熔或铸的方法放入高电导率芯体。这些技术的目的是在没有任何附加工艺步骤下于外套管和芯体之间实现足够良好的电连接和坚固性。最优选地是在棒各部件之间实现冶金结合。因而，在把外套管和芯体连接好以后，只要外套管至少在一端局部地开口便可在阴极悬挂棒和电解槽汇流排之间形成良好的电接合。其基本特征将在有关的专利权项中明确。
本文主要以铜作为高电导性芯体金属，但也可用铝。刚性金属外套管最好用精炼钢制成，使其为耐酸或不锈钢。
当悬挂棒用拉拔工艺制作时，棒状高电导性芯体是通过把事先准备在外套管内的铜拉拔而成。当外套管若是用精炼钢制成时，最容易的方法是把它预先做好，因精炼钢难以拉拔。最可取的是与外套管内径相应的管状型坯是铜制的。把该坯件放进钢外套管中，在拉拔机中，一个心轴进行拉拔通过铜坯件孔口中，使铜紧紧地贴在钢外套管的表面。钢棒也可用作心轴拉拔或压进铜坯的孔口，如果需要还可把它留在已成形的棒内。在加工时，如有必要，还可从外部给钢外套管加以支撑以防止其变形。铜的成形和它与钢之间的结合可通过调节加工温度而影响。
耐用阴极悬挂棒也能用镦锻工艺制成，据此可把一个合适的芯体放入外套管内对其端部加压以使它至少能在端部等重要部位紧密挤压外套管。调整加工温度有利铜的成形，如同拉拔中一样。调好使用温度可在外套管和芯体间用拉拔或镦锻工艺形成冶金接合。
悬挂棒也能用熔融工艺制得，先把一个用铸造、拉拔成加工工艺得到的铜芯型坯以固态放入钢外套管内，然后加热外套管和芯体型坯使其熔融。熔融可在垂直位置进行，此时较佳地把钢管低端堵住。钢管此时同时支撑芯体型坯并包含熔融的铜在外套管内。在热处理时外套管仍充分保持在固态。钢与铜之间的接合可用温度和时间调节而铜处于熔融状态，用适当的组合便可得到冶金接合。
在用铸造工艺制作悬挂棒时，要把钢外套管作铸模，直接在其内把铜芯体铸出。但是，外套管要充分保持在固体状态。要防止铜与铜外套管表面间可能发生的粘结，可以用例如石墨溶液处理也可用其他涂覆方法。通过向固态钢外套管内浇铸熔融的铜，能在钢和铜之间形成可靠的冶金接合。
铸造工艺本身例如可以是向一个低端封闭的竖式钢管内浇铸熔融的芯体金属。它先要用大功率预热钢外套管或者在熔融金属浇铸完后对整棒(外套管十芯体)进行额外加热。最主要的是要使外套管和熔融铜金属在足够长时间内保持有效接触以便在外套管和芯体间有时间去形成冶金结合。若外套管事先并未预热，或者整棒在浇铸时或浇铸后未加热，将不会有断裂发生，但芯体金属却在外套管的冷内壁快速固化则无法形成接合。
填注金属外套管的另外一种方法就是可以把外套管用足够长的时间浸入熔融金属铜中，此时预热可完全不必要。浸没可在管处于水平状态下进行，在浸入前事先把钢外套管两端堵住而且要在管的上侧开足够多的孔以便注入铜并排除空气。孔的数量例如以在管的一端开一个为宜。管也可保持在倾斜位置以保证熔融金属可装填在内。浸入当然也可取竖式的，此时在浸没前只把钢外套管的低端堵住。例如，浸没约一分钟便足够得到满意结果了。
如上所揭示的，在耐用阴极和电解槽汇流排之间希望出现良好导电性的金属接触以使它们间的电流损失小。例如可用诸如拉拔、镦锻、熔融或铸造芯体就可方便地达到目的，在把棒的各部件都连接好以后，可把钢外套从棒的两端或一端的一边取出，离开铜芯体的端面有适当长度。同时棒的铜接触断面也能按所需形状形成，例如弧形曲面。
用精炼钢制的分立的吊环按照需要直接焊在悬挂棒的钢外套管上的。同样，阴极板状部件也是直接焊到钢外套上，板部件和吊环可以在铜芯体附加前或之后附加到钢外套管上，焊缝常常在用同一种金属焊接中形成，这样既容易焊又耐用。
权利要求
1．一种电解金属时耐用阴极用的悬挂棒的制造方法，其中，悬挂棒是由刚性金属外套管和位于其内的高电导性内部件构成的，之后，外套管从棒的至少一端取走，其特征在于精炼钢的外套管和高电导性芯体是彼此紧密接触的，其中，上述棒的各部件可用拉拔、镦锻、熔融或铸造彼此相连结。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的高电导性芯体是铜。
3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的高电导性材料是铝。
4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于芯体是通过在外套管内放入芯体型坯并在拉拔机上拉拔一个心轴通过该坯件的方法而与外套管相连接的。
5．根据权利要求4所述的方法，其特征在于将钢棒用作心轴。
6．根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述的钢棒是留在高电导性芯体内的。
7．根据权利要求1所述的方法，其特征在于芯体是通过在外套管内放入芯体型坯并在芯体端部加压以使芯体紧贴外套管挤压的方法与外套管相连接的。
8．根据权利要求1所述的方法，其特征在于为了在芯体和外套管间获得冶金接合，芯体是通过将其熔融状态浇铸进固态外套管中而与外套管连接的。
9．根据权利要求8所述的方法，其特征在于铸造用的铸模是外套管，其内浇注的是熔融状态的芯体金属。
10．根据权利要求1所述的方法，其特征在于为了在外套管和芯体间获得冶金接合，芯体型坯是固态下放入外套管内的，然后芯体在外套管内熔融，外套管充分维持在固态形式。
11．根据权利要求8或10所述的方法，其特征在于所述的外套管在接合前预热。
12．根据权利要求8或10所述的方法，其特征在于所述的外套管和芯体在接合时是受到加热的。
13．根据权利要求8或10所述的方法，其特征在于所述的外套管和芯体在接合后是受到加热的。
14．根据权利要求8或10所述的方法，其特征在于所述的外套管保持在垂直位置，当芯体金属放入外套管时其底端是封闭的。
15．根据权利要求8所述的方法，其特征在于铸造是通过把外套管浸入到熔融的芯体金属中进行的。
16．根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述的外套管基本上是以水平位置浸没在熔融金属中的，其中外套管的端部是封住的且在外套管的上部开有多个用于注入熔融金属和排气用的孔。
17．根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述的外套管基本上是以垂直位置浸没在熔融金属中的，其中外套管的底端是封住的。
全文摘要
本发明涉及一种电解金属时耐用阴极用的悬挂棒的制造方法,其中悬挂棒是由刚性金属套管和与其内附加的高电导性芯体形成的。这种连接方法可在外套管和芯体间实现牢固的连接,这种连接可以通过拉拔、镦锻、熔融或铸造制成。
文档编号B22D19/00GK1319147SQ99811329
公开日2001年10月24日 申请日期1999年9月23日 优先权日1998年9月24日
发明者托姆·马迪拉 申请人:奥托库姆普联合股份公司