阳极导杆与阳极钢爪连接结构的制作方法

阳极导杆与阳极钢爪连接结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种阳极导杆与阳极钢爪连接结构，包括阳极导杆和阳极钢爪，所述阳极导杆的端部设有钢套，所述钢套与阳极钢爪的凸台之间无过渡焊接在一起。该阳极导杆与阳极钢爪连接结构，由于在阳极导杆的端部焊接了钢套，阳极导杆端部焊接的钢套与与阳极钢爪上部凸台的之间无过渡焊接，使导电功能与机械联接分开，导电功能实现面积最大，机械功能实现结合强度最大化。提高了阳极导杆与阳极钢爪的联接强度，增大了导电面积，实现节能降耗的效果。降低阳极钢爪在使用过程中的电耗，提高导电性能，又可提高其总体的机械强度。
【专利说明】阳极导杆与阳极钢爪连接结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种阳极炭块的上部结构，尤其涉及一种阳极导杆与阳极钢爪连接结构。
【背景技术】
[0002]目前，阳极炭块的阳极导杆与阳极钢爪之间的联接方式都是采用爆炸焊块过渡，阳极导杆与爆炸焊块的铝电焊，爆炸焊块的钢与阳极钢爪电焊，即同材质材料采用电焊方法，由于电焊只能形成焊缝而无法实现整体无焊缝焊接，因而机械强度低，导电面积小。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种机械强度高、导电面积大的阳极导杆与阳极钢爪连接结构。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是:
[0005]一种阳极导杆与阳极钢爪连接结构，包括阳极导杆和阳极钢爪，所述阳极导杆的端部设有钢套，所述钢套与阳极钢爪的凸台之间无过渡焊接在一起。
[0006]所述阳极导杆的端部与钢套之间通过铝-钢焊接装置焊接在一起，所述钢套与阳极钢爪的凸台之间通过钢-钢焊接装置焊接在一起。
[0007]所述铝-钢焊接装置包括由方形框架构成的主体平台，所述主体平台的下部框架上设有弹力装置，V型杠杆固定在所述主体平台的下部框架上，一侧与所述弹力装置相连接，另一侧与电液推杆相连接，所述电液推杆与所述主体平台的侧部框架相连接；所述主体平台上部的一侧设有放置在移动小车上的惰性电极升降装置，上部的另一侧设有与所述弹力装置位置相对应的导杆装夹孔；所述导杆装夹孔的两侧对称设有阳极导杆固定板，所述弹力装置的上部固定连接有铜排。
[0008]所述惰性电极升降装置包括惰性电极立柱，所述惰性电极立柱上设有上升下降装置，底部固定连接在移动小车上；所述惰性电极立柱的上下部分别与两根丝杆支架的一端相连接，两根丝杆支架的另一端之间设有上下传动丝杆；所述上下传动丝杆的上部与第一电机相连接；所述上下传动丝杆与所述上升下降装置的一侧相连接，上升下降装置的另一侧通过伸缩臂与惰性电极抱箍相连接；所述惰性电极抱箍的下部与惰性电极相连接；所述伸缩臂上安装有第二电机；电源分别与所述惰性电极和铜排相连接。
[0009]所述钢-钢焊接装置包括第二主体平台，所述第二主体平台上依次设有放置在第二移动小车上的自耗电极升降装置、阳极钢爪小车、干式模具夹持装置、两个滚动轮和第二电液推杆。
[0010]所述自耗电极升降装置包括自耗电极立柱，所述自耗电极立柱上设有第二上升下降装置，底部固定连接在第二移动小车上；所述自耗电极立柱的上下部分别与第二丝杆支架的一端相连接，两根第二丝杆支架的另一端之间设有第二上下传动丝杆，所述第二上下传动丝杆的上部与第三电机相连接；所述第二上下传动丝杆与所述第二上升下降装置的一侧相连接，第二上升下降装置的另一侧通过第二伸缩臂与自耗电极抱箍相连接；所述自耗电极抱箍的下部分别与两根自耗电极相连接；所述第二伸缩臂上设有第四电机；第二电源分别与两根自耗电极相连接。
[0011]采用本实用新型提供的阳极导杆与阳极钢爪连接结构，由于在阳极导杆的端部焊接了钢套，阳极导杆端部焊接的钢套与与阳极钢爪上部凸台的之间无过渡焊接，使导电功能与机械联接分开，导电功能实现面积最大，机械功能实现结合强度最大化。提高了阳极导杆与阳极钢爪的联接强度，增大了导电面积，实现节能降耗的效果。降低阳极钢爪在使用过程中的电耗，提高导电性能，又可提高其总体的机械强度。该阳极导杆与阳极钢爪连接结构，使阳极导杆与阳极钢爪形成一个整体，在阳极钢爪吊装转运和现场使用时起保护作用，而且大大提高了阳极钢爪的机械强度，使阳极钢爪使用周期较现有的组装方法阳极钢爪提高4倍。
[0012]在电解铝生产过程中，阳极钢爪承载巨大的直流电流，阳极导杆阳极钢爪产生电阻热，一般温度在300?400°C之间，阳极导杆和钢套均会产生热胀现象，由于铝、钢膨胀系数相差迥异，几乎达到1:2.5的比例，即铝在300?400°C的条件下，铝膨胀系数是钢的2.5倍，这样阳极导杆与钢套之间会产生一个很大的膨胀力，根据物理学原理，这样会增加阳极导杆与阳极钢爪的导电性能，同时阳极钢爪组件机械强度也会增加。
【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的结构示意图。
[0014]图2是铝-钢焊接装置的主视结构示意图。
[0015]图3是钢-钢焊接装置的主视结构示意图。
[0016]图4是铝-钢焊接装置的侧视结构示意图。
[0017]图5是钢-钢焊接装置的侧视结构示意图。
[0018]图6是阳极导杆与钢套连接的示意图。
[0019]图7是铝-钢焊接中钢套与阳极导杆焊接的示意图。
[0020]图8是金属模具的结构示意图。
[0021]图9是钢-钢焊接中钢套与阳极钢爪凸台焊接的示意图。
[0022]图中，1-主体平台，2-上升下降装置，3-阳极导杆，4-弹力装置，5-V型杠杆，6-惰性电极，7-电液推杆，8-移动小车,9-上下传动丝杆，10-金属模具，11-钢套，12-阳极导杆固定板，13-电源，14-上电缆，15-下电缆，16-惰性电极抱箍，17-第一电机,18-第二电机，19-丝杆支架，20-惰性电极立柱，21-伸缩臂，22-导杆装夹孔，23-铜排，24-还原剂膜，25-进水管，26-出水管，27-助热剂，28-惰性电极升降装置，29-自耗电极升降装置，31-第二主体平台，32-自耗电极，33-阳极导杆钢套焊接组件，34-第二上升下降装置，35-第二上下传动丝杆，36-阳极钢爪，37-自耗电极抱箍，38-第三电机，39-第四电机，40-第二电液推杆，41-滚动轮，42-阳极钢爪小车，43-第二移动小车，44-第二电源，45-电缆,46-自耗电极立柱，47-第二丝杆支架，48-第二伸缩臂，49-干式模具夹持装置，50-干式模具。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例及其附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0024]如图1所示，本实用新型提供的阳极导杆与阳极钢爪连接结构，包括阳极导杆3和阳极钢爪36，阳极导杆3的端部焊接有钢套11，钢套11与阳极钢爪36的凸台之间无过渡焊接。该阳极导杆与阳极钢爪连接结构，使阳极导杆3与阳极钢爪36形成一个整体，在阳极钢爪吊装转运和现场使用时起保护作用，而且大大提高了阳极钢爪的机械强度，使阳极钢爪使用周期较现有的组装方法阳极钢爪提高4倍。
[0025]如图2和图4所示，铝-钢焊接装置将阳极导杆3的端部与钢套11的内部熔焊在一起。铝-钢焊接装置包括由方形框架构成的主体平台1，在主体平台I的下部框架上安装有弹力装置4，V型杠杆5通过转轴固定在主体平台I的下部框架上，V型杠杆5的右侧与弹力装置4相连接，左侧与电液推杆7相连接，电液推杆7通过干式夹头与主体平台I左侧框架相连接。电液推杆7驱动V型杠杆5，V型杠杆5驱动弹力装置4的压紧及放松，实现阳极导杆3松紧及放松移动。在主体平台I的左上部，在移动小车8上安装有惰性电极升降装置28，惰性电极升降装置28包括惰性电极立柱20，惰性电极立柱20上安装有上升下降装置2，惰性电极立柱20的底部螺栓连接在移动小车8上，移动小车8可以在主体平台I上进行移动。惰性电极立柱20的上下部分别与两根丝杆支架19的一端焊接，两根丝杆支架19的另一端之间安装有上下传动丝杆9，上下传动丝杆9的上部与第一电机17相连接。上下传动丝杆9通过丝杆螺母及螺母座与上升下降装置2的左侧相连接，上升下降装置2的右侧通过伸缩臂21与惰性电极抱箍16相连接，惰性电极抱箍16的下部与惰性电极6相连接。伸缩臂21上安装有第二电机18，第二电机18驱动惰性电极6进行上下及伸缩运动。主体平台I的右上部开设有与弹力装置4位置相对应的导杆装夹孔22，阳极导杆3穿过导杆装夹孔22与弹力装置4上部的铜排23相连接，在导杆装夹孔22的两侧对称安装有阳极导杆固定板12。电源13的正极通过上电缆14与惰性电极6相连接，电源13的负极通过下电缆15与铜排23相连接，铜排23用螺栓连接在弹力装置4的上部，阳极导杆3放置在铜排23上。
[0026]如图4所示，根据企业生产的需要，在主体平台I中可以安装多个铝-钢焊接工位，本实施例安装有四组弹力装置4、V型杠杆5、电液推杆7、导杆装夹孔22和阳极导杆固定板12，这4个铝-钢焊接工位共用一个惰性电极升降装置28。
[0027]如图3和图5所示，钢-钢焊接装置将钢套11的外部与阳极钢爪36的凸台熔焊在一起。钢-钢焊接装置包括第二主体平台31，第二主体平台31上依次安装有放置在第二移动小车43上的自耗电极升降装置29、阳极钢爪小车42、干式模具夹持装置49、两个承载滚动轮41和第二电液推杆40，第二移动小车43可以在第二主体平台31上进行移动。阳极钢爪36放置在阳极钢爪小车42上，可以沿第二主体平台31横向进行移动。两个承载滚动轮41上可以放置有经铝-钢焊接装置焊接后的阳极导杆钢套焊接组件33，第二电液推杆40给阳极导杆钢套焊接组件33施加5T左右的作用力。自耗电极升降装置29包括自耗电极立柱46，自耗电极立柱46上安装有第二上升下降装置34，自耗电极立柱46的底部螺栓连接在第二移动小车43上，自耗电极立柱46的上下部分别与第二丝杆支架47的一端焊接，两根第二丝杆支架47的另一端之间安装有第二上下传动丝杆35，第二上下传动丝杆35的上部与第三电机38相连接。第二上下传动丝杆35通过丝杆螺母及螺母座与第二上升下降装置34的左侧相连接，第二上升下降装置34的右侧通过第二伸缩臂48与自耗电极抱箍37相连接，自耗电极抱箍37的下部与两根自耗电极32相连接。第二伸缩臂48上安装有第四电机39，第四电机39驱动惰性电极32进行上下及伸缩运动。第二电源44的正负极分别通过电缆45与两根自耗电极32相连接，第二电源44还与第二主体平台31相连接，作为中性线，起稳定电流的作用。
[0028]如图5所示，根据企业生产的需要，第二主体平台31中可以安装多个钢-钢焊接工位，本实施例安装有四组阳极钢爪小车42、干式模具夹持装置49、两个承载滚动轮41和第二电液推杆40，这4个钢-钢焊接工位共用一个自耗电极升降装置29。
[0029]阳极导杆与阳极钢爪的无过渡焊接装置的焊接方法，包括以下步骤:
[0030]步骤1，阳极导杆3的处理:先将阳极导杆3矫直，然后采用锯床将阳极导杆3的端头锯平，用铣床把阳极导杆3四周铣平。阳极导杆3有不同的规格型号，可以是分别适用200kA或400kA铝电解系列的阳极导杆，小阳极导杆的尺寸是140 X 140 X 2300mm,大阳极导杆的尺寸是170X200X2300mm。本实施例选择170X200X2300mm的大阳极导杆。
[0031]步骤2，制作钢套:按照铣床加工后的阳极导杆3的具体尺寸，制作一个尺寸为185X315X 130的钢套11。在钢套11的内部用车床加工出深Imm左右的螺旋凹槽，钢套11的四周开设有V型坡口。
[0032]步骤3，在钢套11内涂刷铝钢界面还原剂:如图6所示，用毛刷在钢套11的顶端内部涂敷铝钢界面还原剂，形成厚度为0.5mm的还原剂膜24。铝钢界面还原剂由质量百分比为100:5的白色固体石腊和锌粉混合而成,锌粉的粒度为500目。
[0033]步骤4，阳极导杆3与钢套11的熔焊:利用铝-钢焊接装置，将处理过的阳极导杆3的端部与钢套11的内部焊接在一起。
[0034]①如图2所示，将阳极导杆3穿过导杆装夹孔22，放置在弹力装置4上部的铜排23上，阳极导杆3的下部压在铜排23上。
[0035]②如图7所示，先将步骤3得到的涂刷有还原剂膜24的钢套11，套接在经过处理的阳极导杆3的上部端头，然后在钢套11的外部再套接一个方形的金属模具10。如图8所示，金属模具10为方形框状结构，外壁为钢板，内壁为紫铜，在侧壁上设置有进水管25和出水管26，便于对金属模具10进行冷却。
[0036]③通过电液推杆7驱动V型杠杆5，V型杠杆5驱动弹力装置4，给阳极导杆3施加30吨左右的压力，使阳极导杆3与钢套11压紧。
[0037]④铝-钢焊接装置利用惰性电极6进行预热式焊接。惰性电极6通过惰性电极升降装置28进行位置的调整。电源13的正极通过上电缆14与惰性电极6相连接，电源13的负极通过下电缆15与铜排23相连接。在方形金属模具10与钢套11的顶部之间，倒入熔化的助热剂27，助热剂由质量份40% 二氧化硅、5%氧化镁、30%氧化铝和25%氧化钙混合--? 。
[0038]通过惰性电极6加热助热 剂27，助热剂27将热量传递给钢套11和阳极导杆3，当钢套11变红以后，阳极导杆3也变软。助热剂27快速升温，使套接在钢套10内的阳极导杆3的上端部熔化，熔化的铝液在封闭的状态下快速膨胀产生高压，压力达到250~350MPa。金属模具10的温度可以达到1200~1300°C，可以通过进水管25和出水管26，对金属模具10进行冷却。高温高压的阳极导杆3的上端部与高温的钢套11的内表面，相互作用，使阳极导杆3上端部的铝液焊接在钢套11内部的加工齿纹和钢套的坡口里。[0039]所得到的1200?1300°C高温环境和250?350MPa高压力环境，高温铝液与高温钢面在高压力的作用下实现剧烈的渗透，使铝原子在钢界面形成原子键的结合，从而实现铝钢的高强度结合，获得铝-钢原子键结合的界面。阳极导杆3与钢套11焊接完成后，构成铝钢焊接体，得到阳极导杆钢套焊接组件33。
[0040]阳极导杆3的尺寸不同，所采用的加热电流大小不一样，本实施例中，阳极导杆3的尺寸为170X200X2300mm，400kA电解槽用阳极导杆的加热电流为3.5?4.0kA，熔焊时间为18分钟左右。200kA电解槽用阳极导杆的加热电流为2.0?2.5kA，熔焊时间为10分
钟左右。
[0041]步骤5，阳极钢爪36凸台的处理:用铣床加工阳极钢爪36的凸台，使凸台平整。
[0042]步骤6，阳极导杆钢套焊接组件与阳极钢爪36凸台的熔接:利用钢-钢焊接装置进行阳极导杆钢套焊接组件33与阳极钢爪36之间的熔焊。
[0043]①如图3所示，将步骤4得到的阳极导杆钢套焊接组件33吊装到两个承载滚动轮41上。
[0044]②将加工好的阳极钢爪36吊入到钢爪小车42上，通过钢爪小车42使阳极钢爪36的凸台与阳极导杆钢套焊接组件33的端部钢套11对齐，它们之间的间距为50mm左右。
[0045]③如图9所示，在阳极钢爪36的凸台与阳极导杆钢套焊接组件33之间的两侧部，利用干式模具夹持装置49用螺栓固定连接干式模具50，干式模具50为两块长方体的石墨碳块，尺寸是220X 100X40mm。干式模具50放置在阳极钢爪36的凸台与钢套11之间的前后两侧，同时在阳极钢爪36的凸台与钢套11之间的底部放置一块6_厚的钢板垫块，它们之间围成一个腔体。钢板垫块的底部用槽钢支座支撑，槽钢支座在使用时放置在第二主体平台31上。
[0046]在干式模具50所形成的腔体内倒入助熔剂27，助热剂由质量份40% 二氧化硅、5%氧化镁、30%氧化招和25氧化韩%混合而成。
[0047]④通过第二电液推杆40，给阳极导杆钢套焊接组件33施加5吨左右的侧部推力，使阳极导杆与钢套之间的压力恒定。
[0048]⑤通过第三电机38驱动第二上下传动丝杆35，第二上下传动丝杆35驱动第二上升下降装置34，控制两根自耗电极32上下移动。两根自耗电极32伸入到干式模具50所形成的腔体内。
[0049]⑥把熔化好的助热剂27倒入到干式模具50中，助热剂由质量份40% 二氧化硅、5%氧化镁、30%氧化招和氧化韩25%的混合而成。
[0050]⑦钢-钢焊接装置采用双极串联工艺方式，将第二电源44通过电缆45分别与两根自耗电极32连接，两根自耗电极32的下部伸入到干式模具50之间，两根自耗电极32作用于干式模具50内，与助热剂熔池及干式模具形成49回路。两根自耗电极32等速向助热剂熔池给进，同时熔化。启动第二电源44，电流从一根自耗电极32经过助热剂层和金属熔池再流过另一根自耗电极32，将电流控制在2000A，保持干式模具50内的熔焊5分钟左右，待熔焊至200mm高的设定高度，关闭第二电源44，焊接结束，将阳极钢爪与阳极导杆钢套焊接组件焊接在一起。阳极导杆钢套焊接组件33与阳极钢爪36实现全截面冶金结合，实现阳极导杆3与阳极钢爪36之间的无过渡焊接。
【权利要求】
1.一种阳极导杆与阳极钢爪连接结构，包括阳极导杆(3)和阳极钢爪(36)，其特征在于，所述阳极导杆(3)的端部设有钢套(11)，所述钢套(11)与阳极钢爪(36)的凸台之间无过渡焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的阳极导杆与阳极钢爪连接结构，其特征在于，所述阳极导杆(3)的端部与钢套(11)之间通过铝-钢焊接装置焊接在一起，所述钢套(11)与阳极钢爪(36)的凸台之间通过钢-钢焊接装置焊接在一起。
3.根据权利要求2所述的阳极导杆与阳极钢爪连接结构，其特征在于，所述铝-钢焊接装置包括由方形框架构成的主体平台(1)，所述主体平台(I)的下部框架上设有弹力装置(4)，V型杠杆(5)固定在所述主体平台(I)的下部框架上，一侧与所述弹力装置(4)相连接，另一侧与电液推杆(7)相连接，所述电液推杆(7)与所述主体平台(I)的侧部框架相连接；所述主体平台(I)上部的一侧设有放置在移动小车(8)上的惰性电极升降装置(28)，上部的另一侧设有与所述弹力装置(4)位置相对应的导杆装夹孔(22);所述导杆装夹孔(22)的两侧对称设有阳极导杆固定板(12)，所述弹力装置(4)的上部固定连接有铜排(23)。
4.根据权利要求3所述的阳极导杆与阳极钢爪连接结构，其特征在于，所述惰性电极升降装置(28 )包括惰性电极立柱(20 )，所述惰性电极立柱(20 )上设有上升下降装置(2 )，底部固定连接在移动小车(8)上；所述惰性电极立柱(20)的上下部分别与两根丝杆支架(19)的一端相连接，两根丝杆支架(19)的另一端之间设有上下传动丝杆(9);所述上下传动丝杆(9)的上部与第一电机(17)相连接；所述上下传动丝杆(9)与所述上升下降装置(2)的一侧相连接，上升下降装置(2)的另一侧通过伸缩臂(21)与惰性电极抱箍(16)相连接；所述惰性电极抱箍(16)的下部与惰性电极(6)相连接；所述伸缩臂(21)上安装有第二电机(18);电源(13)分别与所述惰性电极(6)和铜排(23)相连接。
5.根据权利要求2所述的阳极导杆与阳极钢爪连接结构，其特征在于，所述钢-钢焊接装置包括第二主体平台(31)，所述第二主体平台(31)上依次设有放置在第二移动小车(43)上的自耗电极升降装置(29)、阳极钢爪小车(42)、干式模具夹持装置(49)、两个滚动轮(41)和第二电液推杆(40)。
6.根据权利要求5所述的阳极导杆与阳极钢爪连接结构，其特征在于，所述自耗电极升降装置(29)包括自耗电极立柱(46)，所述自耗电极立柱(46)上设有第二上升下降装置(34)，底部固定连接在第二移动小车(43)上；所述自耗电极立柱(46)的上下部分别与第二丝杆支架(47)的一端相连接，两根第二丝杆支架(47)的另一端之间设有第二上下传动丝杆(35)，所述第二上下传动丝杆(35)的上部与第三电机(38)相连接；所述第二上下传动丝杆(35)与所述第二上升下降装置(34)的一侧相连接，第二上升下降装置(34)的另一侧通过第二伸缩臂(48)与自耗电极抱箍(37)相连接；所述自耗电极抱箍(37)的下部分别与两根自耗电极(32)相连接；所述第二伸缩臂(48)上设有第四电机(39);第二电源(44)分别与两根自耗电极(32)相连接。
【文档编号】C25C3/12GK203700548SQ201320866387
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】史生文, 饶云福, 肖伟峰, 陆德平, 张得教, 王日昕, 邱金山, 陆磊, 郭克敏, 赵建军, 周剑峰, 庞富印, 谷文明, 张颖旻, 陈军, 白效东, 徐薇, 张邦, 李勋文 申请人:中国铝业股份有限公司, 江西世星新材料科技有限公司