一种用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构

1.本实用新型属于铝电解技术领域，特别涉及一种用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构。


背景技术：

2.节能降耗也是铝电解亟需解决的问题；现代大型预焙阳极铝电解槽中，阳极电压约占槽电压的7.5％，降低阳极压降是铝电解槽节能的重要途径之一。
3.在铝电解槽阳极组装过程中，通过磷生铁浇筑使得阳极钢爪和炭块连接起来，但在电解槽运行过程中，由于重力以及热胀冷缩作用，阳极钢爪/炭碗底部之间存在一个缝隙，导致炭碗底部不导电(finite elements in analysis and design，2012，52:71-82.journal of cleaner production，2015，93:174-192)，使得阳极铁碳压降大大增加；为了解决这一问题，研究人员提出很多方法。有文献报道一种扁平的炭碗结构，并在阳极炭碗底部埋入金属导电薄片(light metals 2015.warrendale，pa:tms，2015:1175-1180)；也有人提出在炭碗底部插入金属钉，金属钉能穿过间隙，将炭块和磷生铁连接起来(light metals 2016.warrendale，pa:tms，2016:965-969)；有专利(公开号cn107779910b)提出在炭碗表面镀一层易导电金属镀层以减少铁碳接触压降；另有专利(公开号cn 107604384a)提出在阳极钢爪和炭块之间添加一层3mm厚的连接铝片。
4.目前这些方法，有的会使得残极增加，增加碳耗和成本，有的工艺复杂，对现有阳极工艺改动较大，有的降低接触电阻效果不明显，在实际生产中难以推广利用。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型提供一种用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构，在炭碗底部通过螺栓的方法添加一个金属构件，在不改变现有阳极制造工艺的前提下，降低铁碳压降，进而降低整个阳极压降。
6.本实用新型的一种用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构包括阳极钢爪1和阳极炭块4，阳极炭块4上设有碳碗，碳碗的底面上安装有金属构件3，阳极钢爪1插入碳碗内，阳极钢爪1的底面与金属构件3接触，阳极钢爪1的侧面与碳碗内壁之间填充有磷生铁2。
7.上述的连接结构中，金属构件3的材质为铁、铝、铜或镍。
8.上述的连接结构中，碳碗内壁底部设有内螺纹，或者碳碗底部设有凸台5，凸台5外壁上设有外螺纹。
9.上述的连接结构中，金属构件3为圆柱状，侧壁上设有外螺纹，金属构件3通过外螺纹与碳碗内壁下部的内螺纹通过螺纹连接；或者金属构件3为倒置的圆桶状，内壁上设有内螺纹，通过金属构件3内螺纹与碳碗底部的外螺纹的凸台5通过螺纹连接；或者金属构件3为圆桶状，镶嵌在碳碗底部。
10.上述的连接结构中，当金属构件3镶嵌在碳碗底部时，金属构件3的内壁与碳碗的内壁对齐。
11.上述的连接结构中，碳碗的内螺纹高度为1～10cm，或者碳碗的凸台5的外螺纹高度为1～10cm。
12.上述的连接结构中，金属构件3的内螺纹或外螺纹的高度与碳碗的外螺纹或内螺纹的高度相配合。
13.本实用新型的用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构的施工方法按以下步骤进行：
14.(1)将阳极炭块4的碳碗内部清理干净；当金属构件3为圆筒状时，在制作阳极炭块时，将金属构件镶嵌在碳碗底部；
15.(2)当金属构件3设有外螺纹时，将金属构件3与设有内螺纹的碳碗通过螺纹连接在一起；当金属构件3设有内螺纹时，将金属构件3与设有凸台5的碳碗通过螺纹连接在一起；
16.(3)将阳极钢爪1插入碳碗内部，使阳极钢爪1的底面与金属构件3连接；
17.(4)将熔融状态的磷生铁熔体浇入阳极钢爪1和碳碗内壁之间的空隙，待磷生铁熔体冷却至常温后，形成磷生铁2。
18.上述方法中，碳碗内部的螺纹在制备阳极炭块时直接制成，或在制备阳极炭块后再加工制成。
19.本实用新型的连接结构使金属构件和炭碗通过螺纹连接成为一个整体，磷生铁将钢爪和金属构件浇筑在一起，最终使得阳极钢爪-磷生铁-金属构件-阳极炭块紧密的连接在一起，大大降低铁碳压降；另外，整个金属构件和炭碗的工艺简单易行，不会给现有阳极制作及组装技术带来较大的改变，也不会对阳极炭碗的深度产生改变，不会造成阳极残极的增加；因此，该连接结构在不增加整个生产成本的情况下，可大大降低阳极压降，工艺简单，适合工业推广。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例1中的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构示意图；
21.图2为图1中碳碗部分结构示意图；
22.图3是本实用新型实施例2中的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构示意图；
23.图4为图3中碳碗部分结构示意图；
24.图5为本实用新型实施例3中的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构示意图；
25.图6为图5中碳碗部分结构示意图；
26.图中，1、钢爪，2、磷生铁，3、金属构件，4、阳极炭块，5、凸台。
具体实施方式
27.本实用新型实施例中碳碗内径200mm。
28.本实用新型实施例中，碳碗内部的螺纹在制备阳极炭块时直接制成，或在制备阳极炭块后再加工制成。
29.本实用新型实施例中，当金属构件3通过外螺纹与碳碗内壁下部的内螺纹通过螺纹连接时，金属构件3的外径与碳碗内径相配合。
30.本实用新型实施例中，当金属构件3内螺纹与碳碗底部的外螺纹的凸台5通过螺纹
连接时，金属构件3的外径为碳碗内径的80～90％。
31.本实用新型实施例中，当金属构件3为镶嵌在碳碗底部时，金属构件3的内径与碳碗内径相配合。
32.实施例1
33.用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构如图1所示，碳碗部分如图2所示，包括阳极钢爪1和阳极炭块4，阳极炭块4上设有碳碗，碳碗的底面上安装有金属构件3，阳极钢爪1插入碳碗内，阳极钢爪1的底面与金属构件3接触，阳极钢爪1的侧面与碳碗内壁之间填充有磷生铁2；
34.金属构件3的材质为铝；
35.碳碗内壁底部设有内螺纹；
36.金属构件3为圆柱状，侧壁上设有外螺纹，金属构件3通过外螺纹与碳碗内壁下部的内螺纹通过螺纹连接；
37.碳碗的内螺纹高度为1～10cm；
38.金属构件3的外螺纹的高度与碳碗的内螺纹的高度相配合；
39.施工方法按以下步骤进行：
40.(1)将阳极炭块4的碳碗内部清理干净；
41.(2)将金属构件3与设有内螺纹的碳碗通过螺纹连接在一起；
42.(3)将阳极钢爪1插入碳碗内部，使阳极钢爪1的底面与金属构件3连接；
43.(4)将熔融状态的磷生铁熔体浇入阳极钢爪1和碳碗内壁之间的空隙，待磷生铁熔体冷却至常温后，形成磷生铁2。
44.采用传统方式，进行铝电解时，阳极压降在300mv，采用上述连接结构，阳极压降降低了40mv。
45.实施例2
46.用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构如图3所示，碳碗部分如图4所示，包括阳极钢爪1和阳极炭块4，阳极炭块4上设有碳碗，碳碗的底面上安装有金属构件3，阳极钢爪1插入碳碗内，阳极钢爪1的底面与金属构件3接触，阳极钢爪1的侧面与碳碗内壁之间填充有磷生铁2；
47.金属构件3的材质为铜；
48.碳碗底部设有凸台5，凸台5外壁上设有外螺纹；
49.金属构件3为倒置的圆桶状，内壁上设有内螺纹，通过内螺纹与碳碗底部的外螺纹的凸台5通过螺纹连接；
50.碳碗的凸台5的外螺纹高度为10cm；
51.金属构件3的内螺纹的高度与碳碗的外螺纹高度相配合；
52.施工方法按以下步骤进行：
53.(1)将阳极炭块4的碳碗内部清理干净；
54.(2)将金属构件3与设有凸台5的碳碗通过螺纹连接在一起；
55.(3)将阳极钢爪1插入碳碗内部，使阳极钢爪1的底面与金属构件3连接；
56.(4)将熔融状态的磷生铁熔体浇入阳极钢爪1和碳碗内壁之间的空隙，待磷生铁熔体冷却至常温后，形成磷生铁2；
57.采用传统方式，进行铝电解时，阳极压降在280mv，采用上述连接结构，阳极压降降低了55mv。
58.实施例3
59.用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构如图5所示，碳碗部分如图6所示，包括阳极钢爪1和阳极炭块4，阳极炭块4上设有碳碗，碳碗的底面上安装有金属构件3，阳极钢爪1插入碳碗内，阳极钢爪1的底面与金属构件3接触，阳极钢爪1的侧面与碳碗内壁之间填充有磷生铁2；
60.金属构件3的材质为铁；金属构件3的高度为15cm；
61.碳碗不设置螺纹；
62.金属构件3为圆桶状，镶嵌在碳碗底部；
63.金属构件3的内壁与碳碗的内壁对齐，即位于同一圆柱面上；
64.施工方法按以下步骤进行：
65.(1)将阳极炭块4的碳碗内部清理干净；在制作阳极炭块时，将金属构件镶嵌在碳碗底部；
66.(2)将阳极钢爪1插入碳碗内部，使阳极钢爪1的底面与金属构件3连接；
67.(3)将熔融状态的磷生铁熔体浇入阳极钢爪1和碳碗内壁之间的空隙，待磷生铁熔体冷却至常温后，形成磷生铁2。
68.采用传统方式，进行铝电解时，阳极压降在320mv，采用上述连接结构，阳极压降降低了25mv。
69.实施例4
70.用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构同实施例1，不同点在于：
71.(1)金属构件3的材质为镍；
72.(2)碳碗的内螺纹高度为10cm；
73.采用传统方式，进行铝电解时，阳极压降在280～320mv，采用上述连接结构，阳极压降降低了35mv。
74.实施例5
75.用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构同实施例2，不同点在于：
76.凸台5的外螺纹高度为8cm；
77.采用传统方式，进行铝电解时，阳极压降在290mv，采用上述连接结构，阳极压降降低了50mv。
78.实施例6
79.用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构同实施例3，不同点在于：
80.金属构件3的材质为铜；金属构件3的高度为20cm；
81.采用传统方式，进行铝电解时，阳极压降在295mv，采用上述连接结构，阳极压降降低了60mv。
82.实施例7
83.用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构同实施例1，不同点在于：
84.(1)金属构件3的材质为铜；
85.(2)碳碗的内螺纹高度为5cm；
86.采用传统方式，进行铝电解时，阳极压降在310mv，采用上述连接结构，阳极压降降低了20mv。
87.实施例8
88.用于铝电解的阳极钢爪和阳极炭块的连接结构同实施例1，不同点在于：
89.(1)金属构件3的材质为铜；
90.(2)碳碗的内螺纹高度为3cm；
91.采用传统方式，进行铝电解时，阳极压降在315mv，采用上述连接结构，阳极压降降低了25mv。
92.上述实施例仅用于更清楚地说明本实用新型，而不用于限制本实用新型的范围，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本技术所附权利要求所限定的范围。