CN105506673B - 一种高导电性预焙阳极钢爪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝电解预焙阳极钢爪，属于电解铝行业技术领域。具体地说提供了一种导电性能良好、成本低、变形小、使用寿命长的新型高导电性铝电解阳极钢爪，包括横梁、爪头、焊缝。所述横梁和爪头的材料为低碳低硅无取向电工钢或其他高导电性钢材，横梁和钢爪通过熔化极混合气体保护焊连接。本发明通过横梁和爪头材料的优选，以及适当焊接工艺的选择，显著降低了阳极压降，提高了钢爪的导电性及抗弯性能，有效延长了阳极钢爪寿命，从而提高了经济效益。

Description

一种高导电性预焙阳极钢爪
技术领域
本发明涉及一种铝电解预焙阳极钢爪，属于电解铝行业技术领域。
背景技术
预焙阳极钢爪是铝电解槽的重要构件之一，它主要是连接铝导杆和预焙阳极碳块，起导电和承重的双重作用。早期阳极钢爪一般是由ZG230-450通过整体铸造成型，由于普通铸钢碳含量、合金元素的种类与含量都较高，因而电阻率较大，增大了钢爪的压降，并且这种材料冲击韧度低刚度不够，造成钢爪在高温下使用一段时间后，发生较大的变形，而无法使用。此外，由于钢爪通过铸造成型，成本较高，且不可避免地产生夹渣、气孔、缩松等缺陷，减少了钢爪的有效截面，降低了钢爪的致密度，极大地影响了钢爪的导电性能。
近年来，许多技术人员从结构、材料、焊接方法等各方面不断改善阳极钢爪，以期达到更好的效果，但是这些技术方案或多或少存在一些缺陷。如专利号：201310336907.0，一种铝电解阳极钢爪，采用常规的弧焊、钎焊等焊接技术获得全截面焊接钢爪，但其存在以下几个缺点：(1)全截面焊接需要在惰性气体保护环境中或真空环境中进行，采用惰性气体保护焊接工艺较差而且飞溅较多，采用真空环境大幅度增加焊接成本；(2)其钢爪与横梁连接处需要做倒角处理、钢爪处理区需要进行焊后打磨，制造工艺变得十分复杂；(3)未采用窄间隙I刑坡口，焊缝尺寸增加，焊接变形无法得到有效控制，影响钢爪使用寿命；(4)未采用高纯、高导电性钢材，对降低阳极压降、增强钢爪耐腐蚀性能等方面作用有限。专利号：201020101589.1，一种铝电解预阳极用钢爪，虽然通过结构设计延长了钢爪的使用周期，但其并不能改善钢爪的导电性能。
发明内容
本发明针对上述问题及现有技术的不足，提供了一种导电性能良好、制造成本低、变形小、使用寿命长的铝电解预焙阳极钢爪。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种高导电性预焙阳极钢爪，包括横梁、爪头，所述爪头为圆柱体，等距焊接在横梁一侧；所述阳极钢爪的材料为冷轧无取向电工钢或纯铁。
冷轧无取向电工钢其常见钢种化学成分及力学性能如表1-1、1-2所示。
表1-1常见冷轧无取向电工钢化学成分
表1-2冷轧无取向电工钢的力学性能
作为更优的选择，所述阳极钢爪的材料采用添加少量稀土元素(1wt％)的低碳低硅无取向电工钢，其中碳含量小于0.06～0.08wt％、硅(或Si+Al)含量小于1wt％，合金元素含量低，具有良好焊接性，力学性能与Q255相似，铁损低、磁感高，能节约电能。用稀土元素处理钢液，可以净化钢液，稀土元素是强脱氧剂，在钢的熔炼温度下，它的脱氧能力脱硫能力较强，可以改善金属夹杂物的形式和分布，提高钢的导电性。
此外，钢爪材质也可为其他高导电性钢材，如工业纯铁(碳含量小于0.04wt％)等。
进一步地，所述阳极钢爪通过熔化极混合气体保护焊连接。
所述熔化极混合气体(80vol％Ar+20vol％CO2)保护焊接，采用I型窄间隙坡口，坡口宽度为12-16mm左右，单层单道、多层堆焊式弧焊技术。其特征在于：(1)焊接线能量较低的多层焊，焊缝和热影响区的晶粒细小，热影响区较窄，焊接残余应力和变形均较小；(2)焊缝截面积小于常规焊接方法，生产效率高，可大量节约焊材消耗，提高经济效益；(3)可简化焊接工艺，主要是可降低焊件的预热温度和简化焊后热处理。
本发明具有如下优点：
(1)导电性良好，降低阳极压降。对采用本发明的新型阳极钢爪与传统的铸造钢爪在同一电解槽上进行压降测试对比试验，测试结果表明新型钢爪比传统钢爪压降降低平均为1.25mv左右。一般来说，压降每降低1毫伏，就可节电3.3度，新型钢爪的吨铝节电效果效果十分明显。这是因为本发明阳极钢爪的横梁和爪头均采用低碳低硅无取向电工钢或其他高导电性钢材，其内部组织细密、无杂质、铁损低、磁感高，导电性能良好，使得阳极压降降低。窄间隙焊接，接头质量高，保证了横梁和爪头的结合紧密，对降低压降有显著效果。
(2)成本低廉。首先电工钢通过轧制成型，比普通铸钢通过铸造成型成本低，导电性能良好，阳极压降低，可节约大量电能，提高经济效益；其次熔化极混合气体保护焊接工艺，较纯惰性气体和真空焊接成本显著降低；而且I型窄间隙坡口大大降低了焊缝的填充量，同时提高了焊接效率，经济效益非常显著。
(3)使用寿命长。新型阳极钢爪的钢梁与爪头均采用低碳低硅无取向电工钢或其他高导电性钢材，其含碳量、合金元素含量较低，机械性能良好，使钢爪的变形得到控制，且其组织细密，无杂质，极大提高了钢爪的抗高温耐腐蚀性能，同时使钢爪的的耐磨性和承受机械冲击性能大大提高，从而延长了钢爪的使用寿命。此外，窄间隙熔化极气体保护焊接，焊接线能量低，焊缝金属与热影响区的力学性能良好，基本没有焊接变形，接头质量高，大大提高了钢爪寿命。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2为图1的左视图。
图中，1为横梁、2为爪头、3为焊缝。
具体实施方式
实施例1
一种高导电性阳极钢爪，其制造方案是:(1)采用加工成型的DT4或DT4A或DT4E或DT4C等冷轧无取向电工钢作为横梁1和爪头2材料，其中爪头2为长220mm，直径170-190mm的圆柱体；(2)采用熔化极混合气体(80％Ar+20％CO2)保护焊将爪头2等距离焊接在横梁1上；(3)采用窄间隙I型坡口，坡口宽度为12-16mm左右，单层单道、多层堆焊式弧焊技术。
实施例2：
一种高导电性阳极钢爪，其制造方案是:(1)采用加工成型的YT01炉料纯铁作为横梁1和爪头2材料，其中爪头2为长220mm，直径170-190mm的圆柱体；(2)采用熔化极混合气体(80％Ar+20％CO2)保护焊将爪头2等距离焊接在横梁1上；(3)采用窄间隙I型坡口，坡口宽度为12-16mm，单层单道、多层堆焊式弧焊技术。
下面是采用本发明实施例1的阳极钢爪与传统铸钢爪进行压降测试对比试验。由于通过每组阳极的电流可能不同，故实际压降需要根据通过的阳极电流数据进行加权修正，确保压降数据有对比性。我们选择两组电解槽进行试验，分别在每组电解槽中的试验极和对比极钢爪周围5cm位置打孔，植入钢条作为一端测试点，在同一位置同一温度下每天检测一次，比较得出以下数据，如表1-3所示：
表1-3试验极与对比极压降数据对比表(单位：mv)
由实验数据我们可以看出，采本发明的阳极钢爪比传统钢爪压降降低平均为1.25mv左右，压降每降低1毫伏，就可节电3.3度，吨铝就可节电达90KWh以上，其节电效果十分明显。

Claims (2)

1.一种高导电性预焙阳极钢爪，包括横梁、爪头，所述爪头为圆柱体，等距焊接在横梁一侧，所述阳极钢爪的材料为冷轧无取向电工钢或纯铁；所述阳极钢爪通过熔化极混合气体保护焊连接，采用I型窄间隙坡口，坡口宽度为12-16mm，使用单层单道、多层堆焊式弧焊技术。
2. 根据权利要求1所述的高导电性预焙阳极钢爪，其特征在于： 所述熔化极采用80vol%Ar+20vol%CO2保护焊接。
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