一种新型中空注铜铝电解用阳极钢爪的制作方法

本发明涉及一种铝电解阳极钢爪技术领域，特别是一种新型注铜铝电解阳极钢爪。

背景技术：

现代铝电解工业，普遍采用预焙阳极用于铝电解工业生产。在阳极炭块上表面设有2-4个直径为160-180mm，深为80-110mm的圆槽，俗称炭碗，在阳极组装时炭碗用来安装阳极爪脚，并用磷生铁将阳极爪脚浇铸在炭碗内，阳极爪上部和铝导电杆通过铝钢爆炸焊连接，继而使铝导电杆与阳极炭块紧密连接，组成阳极炭块组。

现有的阳极钢爪都由钢水整体浇注而成，且为实心结构。由钢爪头（与爆炸片连接部分）、钢爪横梁和2-8个钢爪脚构成，钢爪脚均为实心圆柱体，电阻率较高，造成电流空耗过大。

在电解生产时，为了减少阳极残极浪费，必须尽量把阳极残极烧薄，当剩余高度为15-18mm时，必须换极。一般炭块浸入电解质的深度为150mm，在阳极炭块使用寿命末期，阳极炭块的厚度在180mm以下时，阳极炭块的顶面十分接近电解质水平面，阳极钢爪接近阳极炭块的部分容易因温度过高而变形、烧损。受磁场和气流影响，电解质表面不断有强烈的液态电解质波浪产生，在实际生产过程中，阳极爪头常被电解质侵蚀，阳极爪头的铁元素溶入电解质中，随即进入铝锭，影响成品品质；同时因温度过高也会造成阳极钢爪烧蚀、变形，造成阳极爪头一般使用寿命在3年左右，这也使生产成本相应增加，且在阳极炭块寿命末期，过薄的阳极残极厚度，必然带来炭极导电不均，进而导致电解槽工况波动，电耗增加。

本发明之前申请的一系列中空注铝式钢爪中，例如本发明人申请201910324977.1专利中的阳极钢爪，采用了钢壳、铝芯结构，特别是钢爪脚和横梁均采用了钢壳铝芯结构，但是在后续实际生产使用中存在以下问题：

1、对于中空注铝式钢爪在电解槽上使用的时候，在电解槽920-950℃的高温作用下，因为铝的熔点为660℃，所以钢壳上钢爪脚下端内的铝芯发生熔化，熔化后的铝水在对钢壳材料有一定的溶蚀能力，严重影响了钢爪的使用寿命。

2、由于熔化后的铝水在对钢壳材料有一定的溶蚀能力，钢壳材料中的铁等元素逐渐溶解在铝水中，在740℃时铁在铝中的饱和浓度可达8.12%，900℃时可达16%，含铁8%-16%的铁铝合金，电阻率高达7-16×10^-4欧母/m，而纯铝的电阻率仅为2.83×10^-8欧母/m，铝水中溶解了钢壳材料后电阻也相应增大，造成电能损耗增加。

综上所述，对于铝电解工业的现有技术中，本发明之前申请的一系列中空注铝式钢爪中，例如本发明人申请201910324977.1专利中的阳极钢爪，专利存在以下技术问题：钢壳内的铝芯在电解槽高温作用下发生熔化，熔化后的铝水在对钢壳材料有一定的溶蚀能力，严重影响了钢爪的使用寿命，铝水中溶解了钢壳材料后电阻也相应增大，造成电能损耗增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种新型中空注铜铝电解用阳极钢爪。本发明通过对阳极钢爪的结构、材质以及制作方法进行改造，应用于铝电解槽，延长了阳极钢爪的使用寿命；降低了阳极导杆、钢爪的电阻率；降低电损，节约成本。

本发明的技术方案：一种新型中空注铜铝电解用阳极钢爪，包括有钢壳，钢壳上设有钢爪头，钢爪头下方的钢壳上设有钢爪横梁，钢爪横梁下端的钢壳上设有一组钢爪脚，所述钢爪头、钢爪横梁和钢爪脚内灌注有铜芯，且位于钢爪头内的铜芯上设有铜凸头，位于钢爪头内铜芯的上端面经浇铸设有铝导杆，铝导杆下端将铜凸头包裹，且铝导杆下端面与钢爪头内铜芯的上端面连接。

前述的新型中空注铜铝电解用阳极钢爪中，所述铜芯和铜凸头为紫铜。

前述的新型中空注铜铝电解用阳极钢爪中，所述钢爪头内铜芯的上端经模具浇铸形成铜凸头。

前述的新型中空注铜铝电解用阳极钢爪中，所述铝导杆上设有连接孔。

前述的新型中空注铜铝电解用阳极钢爪中，所述位于钢爪头内铜芯的上端经模具浇铸设有铝导杆。

前述的新型中空注铜铝电解用阳极钢爪中，所述是先将位于钢爪头内铜芯的上端面及铜凸头外表面进行打磨后，在安装模具，采用将铝水浇铸在模具中，冷却后形成铝导杆。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过钢壳上的钢爪头、钢爪横梁和钢爪脚内灌注有铜芯，铜芯采用紫铜，紫铜熔点为1083℃，导电系数为1.75x10^-8欧母/m，当本发明的中空注铜铝电解用阳极钢爪在电解槽上进行使用时，电解槽的温度为920-950℃，位于钢壳内的铜芯并不会发生熔化，且不会对钢壳材料造成溶蚀，延长了阳极钢爪的使用寿命。

2、现有技术中中空注铝式钢爪在电解槽上使用的时候，在电解槽920-950℃的高温作用下，因为铝的熔点为660℃，所以钢壳上钢爪脚下端内的铝芯发生熔化，熔化后的铝水在对钢壳材料有一定的溶蚀能力，钢壳材料中的铁等元素逐渐溶解在铝水中，在740℃时铁在铝中的饱和浓度可达8.12%，900℃时可达16%，含铁8%-16%的铁铝合金，电阻率高达7-16×10^-4欧母/m，而没熔化的纯铝电阻率仅为2.83×10^-8欧母/m，且当铝液中溶解的铁还未达到饱和浓度，钢爪因电阻过大，在电解槽上工作时，有巨大的电流通过，发热而无法正常正作，甚至因钢壳溶化而彻底损坏。而由于本发明钢壳上的钢爪头、钢爪横梁和钢爪脚内灌注有铜芯，铜芯采用紫铜，紫铜的导电系数为1.75x10^-8欧母/m，大大降低了电阻，在电解槽上工作时，有巨大的电流通过，能正常正作，延长了阳极钢爪的使用寿命，降低电损节约成本。

3、本发明位于钢爪头内铜芯的上端面经浇铸设有铝导杆，铝导杆下端将铜凸头包裹，且铝导杆下端面与钢爪头内铜芯的上端面连接，通过铜凸头增加了铝导杆与钢爪头内铜芯的接触面积，减少铝导杆与铜芯之间的电阻，且铝导杆下端将铜凸头包裹，使铝导杆与钢爪头内铜芯连接可靠稳定；同时在钢爪头内铜芯的上端面经浇铸设有铝导杆时是通过是先将位于钢爪头内铜芯的上端面及铜凸头外表面进行打磨后，在安装模具，采用将铝水浇铸在模具中，冷却后形成铝导杆，可以确保铝导杆与铜芯及铜凸头连接面上无氧化层，电阻小，导电效果好，同时连接强度高。

综上所述，本发明通过对阳极钢爪的结构、材质以及制作方法进行改造，应用于铝电解槽，具有延长了阳极钢爪的使用寿命；降低了阳极导杆、钢爪的电阻率；降低电损，节约成本的有益效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明的俯视图。

附图中的标记为：1-铝导杆，2-铜凸头，3-钢壳，4-钢爪头，5-钢爪横梁，6-铜芯，7-钢爪脚，8-连接孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。一种新型中空注铜铝电解用阳极钢爪，构成如图1-3所示，包括有钢壳3，钢壳3上设有钢爪头4，钢爪头4下方的钢壳3上设有钢爪横梁5，钢爪横梁5下端的钢壳3上设有一组钢爪脚7，所述钢爪头4、钢爪横梁5和钢爪脚7内灌注有铜芯6，且位于钢爪头4内的铜芯6上设有铜凸头2，位于钢爪头4内铜芯6的上端面经浇铸设有铝导杆1，铝导杆1下端将铜凸头2包裹，且铝导杆1下端面与钢爪头4内铜芯6的上端面连接。

所述铜芯6和铜凸头2为紫铜。

所述钢爪头4内铜芯6的上端经模具浇铸形成铜凸头2。

所述铝导杆1上设有连接孔8。

所述位于钢爪头4内铜芯6的上端经模具浇铸设有铝导杆1。

本发明制作时采用模具直接浇铸或钢板焊接成钢壳3，在钢壳3上安装铜凸头2模具，采用紫铜对钢壳3钢爪头4、钢爪横梁5和钢爪脚7内灌注有铜芯6，并在钢爪头4内铜芯6的上端经模具浇铸形成铜凸头2，冷却后，先将位于钢爪头4内铜芯6的上端面及铜凸头2外表面进行打磨后，在安装模具，采用拉铸的方式将铝水浇铸在模具中，冷却后形成铝导杆1，并在铝导杆1转出连接孔8，制备得到一种新型中空注铜铝电解用阳极钢爪。

将本发明的新型中空注铜铝电解用阳极钢爪与炭块连接，将铝导杆1与电解槽上的电解横母线连接，通过铝导杆1上的连接孔8将新型中空注铜铝电解用阳极钢爪及炭块连接在电解槽上方后，将新型中空注铜铝电解用阳极钢爪上的炭块放入电解槽进行铝电解使用。