CN108360019B - 一种有效抑制水平电流的阴极钢棒及其制造方法 - Google Patents
一种有效抑制水平电流的阴极钢棒及其制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种有效抑制水平电流的铜芯阴极钢棒，采用铜来提高阴极钢板的导电率。在阴极钢棒(1)的中心沿轴向设置有钻孔(11)，在钻孔(11)中置入等径的铜芯(2)，所述铜芯(2)与所述阴极钢棒(1)紧密电接触，所述铜芯(2)的长度是阴极钢棒(1)长度的1/2至4/5，优选为3/4；在阴极钢棒(1)的开口端设置有挡板(4)，挡板(4)焊接到阴极钢棒上并稍凹陷于阴极钢棒(1)的端面。在使用的过程中不容易脱落、分离或损坏，能够有效抑制水平电流。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种阴极钢棒，具体来说涉及一种有效抑制水平电流的铜芯阴极钢棒及其制造方法。
(二)背景技术
在电解铝等的生产设备中，现通用的阴极钢棒是设置在铝电解槽阴极碳块底部钢棒槽内的金属导电部件，沿阴极碳块长度方向布置，阴极钢棒材质为低碳钢，沿长度方向的断面形状为等面积矩形，其设计目的是将铝电解槽的阴极铝液的过电流传导给阴极汇流大母线，在完成碳-金属导电过渡的同时，用来减少和抑制铝电解槽槽内铝液水平电流的产生。
但是由于设置在铝电解槽阴极碳块底部钢棒槽内的阴极钢棒处在高温区，用金属钢材料制备的阴极钢棒，在电解高温工况状态下，其材料电阻率会大幅度增大，电阻值也会急剧增加，致使阴极钢棒沿长度方向的电阻值远远大于铝电解槽阴极碳块上部铝液的水平电阻值，即由电解槽中部向电解槽侧部沿阴极钢棒沿长度方向的铝液层电阻值，因此根本消除不了铝电解槽内的铝液层的水平电流，引起电流走向、磁场和铝液磁旋流的变化，致使铝电解槽电压降的升高，电流效率下降。
为了克服现有技术的缺点，消除铝电解槽内的水平电流，减少铝液的磁旋流波动，提高电流效率，消除铝电解槽内的铝液水平电流的产生，减少无功电耗，从而提高电解槽的电解效率。为此人们提出多种解决方案，如在CN202246908U中，采用铜钢复合结构阴极钢棒是铝电解槽阴极碳块钢棒组的金属导电部件，其特征是在阴极钢棒长度方向，靠铝电解槽的内端构造上铜板，利用铜质材料的导电性能优于铝液导电性能的特点，提高阴极钢棒内端的电导率，借以消除铝电解槽内的铝液水平电流的产生，减少无功电耗，从而提高电解槽的电解效率。
如在CN202323049U中，公开了一种铝电解槽阴极碳块钢棒组结构，主要应用与铝电解槽阴极导电体即阴极碳块钢棒组结构的构造，在阴极碳块钢棒组的阴极碳块同一条钢棒槽内，采用铸造金属和碳素捣固糊料两种材料作为阴极钢棒和阴极碳块之间的空隙的导电填充介质，将阴极碳块和阴极钢棒组装在一起，实施二者之间的构造连接。降低铝电解槽阴极结构电压降，消除阴极铝液水平电流的方法，实现电解铝节能降耗生产的目的。
另外在CN104562088 A中，还公开了一种电解铝阴极导电棒及其制备方法，旨在解决现有阴极导电棒使用过程中出现的渗碳严重，电阻不断增加，使用寿命较短的技术问题。该电解铝阴极导电棒包括阴极钢棒，在所述阴极钢棒的表面设有金属复合层，所述金属复合层为金属铝、金属铜或铝-铜、铝-银、铜-银的复合层。该制备方法包括下列步骤：配制酸洗液；对阴极钢棒进行酸洗、除锈；覆设金属复合层；打磨抛光。本发明的电解铝阴极导电棒，具备防优良的渗碳功能，可以重复循环使用，使用寿命长，有助于降低电解槽维修成本，大幅度减少阴极导电棒的钢材用量。
另外在WO03014423 A1中，公开了一种阴极组件，包括一个阴极块，阴极块容纳了两个主阴极集流杆和一个设在主集流杆之间的次阴极集流杆。主集流杆每个具有一个与阴极块的电对接面，尺寸等于或大于次集流杆和阴极块之间的电对接面。主集流杆仅沿着阴极块的一个内部电连接到阴极块，以及次集流杆完全连接到阴极块。由于尽量减少通过阴极块两端的电流量，这种设置改进了通过阴极组件的电流分布。再有在WO2009055844 A1中，一种导电棒，该导电棒接收于电解槽阴极的阴极块中的凹部内；其中该导电棒包括：第一导体，其电连接到母线***，该第一导体具有与阴极块电接触的一个或多个外表面；和至少一个第二导体，其具有比第一导体小的电阻，该第二导体置于第一导体的至少一个外表面上且与第一导体电接触。以及在US5976333 A中，公开了一种阴极钢棒，该钢棒包括一根相对低导电性的金属管和一根相对高导电性的杆，所述金属管包覆并与所述杆接触，两者都具有多边形的横截面。
上述的方案都存在阴极钢棒机械强度降低，导电性能改善小，结构不耐用，在使用的过程中容易脱落、分离或损坏，抑制水平电流的效果不明显的问题。
(三)发明内容
【要解决的问题】
本发明的目的是提供一种机械强度高、外表面坚固耐用且能大幅提高导电率、有效抑制水平电流的铜芯阴极钢棒；
本发明的另一目的是提供一种结合牢固、耐高温且不易脱落的铜芯阴极钢棒；
本发明的另一目的是提供一种生产成本低、便于加工生产、便于组装的铜芯阴极钢棒；
本发明的另一目的是提供一种便于制造、大幅提高导电率抑制水平电流的铜芯阴极钢棒的制造方法；
本发明的另一目的是提供一种能够有效提高钢棒和铜芯之间接触质量的铜芯阴极钢棒制造方法；
【技术方案】
通过以下技术方案实现上述目的：
一种铜芯阴极钢棒，其特征在于采用铜来提高阴极钢板的导电率。在阴极钢棒1的中心沿轴向设置有钻孔11，在钻孔11中置入等径的铜芯2，所述铜芯2与所述阴极钢棒1紧密电接触，其特征在于：所述铜芯2的长度是阴极钢棒1长度的1/2至4/5，优选为3/4；在阴极钢棒1的开口端设置有挡板4，挡板4焊接到阴极钢棒上并稍凹陷于阴极钢棒1的端面。
所述阴极钢棒1的横截面呈等面积的矩形，铜芯2置于所述阴极钢棒1的中心；且所述铜芯2的外端面要凹于阴极钢棒1的端面。
在所述阴极钢棒1的钻孔11的最底端设置有小孔6。所述小孔6的中心比钻孔11的等径端向左侧偏移1-3毫米，优选为2毫米。
所述挡板4呈半圆形并焊接到阴极钢棒1上。
一种制造铜芯阴极钢棒的方法，其特征在于：首先在阴极钢棒1的中心加工一个钻孔11，钻孔11的深度为整个阴极钢棒1长度的1/2至4/5；在所述钻孔11的底端处横向加工一个小孔6；接着将加工好的铜芯用液压机压入到阴极钢棒的钻孔11中，使铜芯2与阴极钢棒1实现紧密的电接触，并使得铜芯2的外端面相对于阴极钢棒1的外端面向内凹陷；在铜芯2的外端面处焊接半圆形挡板4，所述挡板的外侧面也相对于阴极钢棒的外端面向内凹陷。
在所述阴极钢棒1的钻孔11的最底端设置有小孔6，所述小孔6的中心比钻孔11的等径端向左侧偏移1-3毫米，优选为2毫米。
所述阴极钢棒1的横截面呈等面积的矩形，铜芯2置于所述阴极钢棒1的中心。所述钻孔的深度为整个阴极钢棒长度的3/4。
【有益效果】
具体地说，本发明的优点如下：
本发明的阴极钢棒具有非常好的机械强度，同时又具有非常好的导线性能，电阻率大幅降低，同时有效降低水平电流的产生，减少无功电耗，从而提高电解槽的电解效率；另外本发明的制造方法快捷、生产难度低，所实现的阴极钢棒结构牢固，不易脱落坚固耐用。
(四)附图说明
图1为钻孔后阴极钢棒的横截面图；
图2为图1中A-A向截面图；
图3为***铜芯后的阴极钢棒横截面图；
图4为图3中B-B向截面图；
图5为图3中所示局部放大图及焊接挡板后的侧视图；
图6为图1中局部放大图；
(五)具体实施方式
在电解铝等的生产设备中，阴极钢棒是设置在铝电解槽阴极碳块底部钢棒槽内的金属导电部件，沿阴极碳块长度方向布置，阴极钢棒材质为低碳钢，沿长度方向的断面形状为等面积矩形，其设计目的是将铝电解槽的阴极铝液的过电流传导给阴极汇流大母线，在完成碳-金属导电过渡的同时，用来减少和抑制铝电解槽槽内铝液水平电流的产生。但是由于设置在铝电解槽阴极碳块底部钢棒槽内的阴极钢棒处在高温区，用金属钢材料制备的阴极钢棒，在电解高温工况状态下，其材料电阻率会大幅度增大，电阻值也会急剧增加，致使阴极钢棒沿长度方向的电阻值远远大于铝电解槽阴极碳块上部铝液的水平电阻值。
为了方便进一步明确描述，当阴极钢棒水平放置时，其钻孔则定为左则，实心侧定位右侧(如附图中所示)，阴极钢棒的顶部平面称为顶面，钻孔的盲端称为底端。
如图1和图2中所示，阴极钢棒材质为低碳钢，沿长度方向的断面形状为等面积矩形或正方形，在钢棒的几何中心形成有直径为45-70毫米，优选为50毫米左右的钻孔，钻孔的深度为1200-1900毫米，优选为1500毫米左右，钻孔的深度大约是阴极钢棒1长度的1/2至4/5，优选为3/4左右，在阴极钢棒1的中心沿轴向设置的钻孔11，在钻孔11中置入等径的铜芯2，所述铜芯2与所述阴极钢棒1紧密电接触，所述铜芯2的长度是阴极钢棒1长度的1/2至4/5，优选为3/4左右；为了便于安装铜芯2，在所述阴极钢棒1的钻孔11的最底端设置有小孔6，小孔6由阴极钢棒的顶面向下打入，所述小孔6的中心比钻孔11的等径端向左侧偏移为1-3毫米，优选为2毫米(具体见附图6)。所述阴极钢棒1的横截面呈等面积的矩形，铜芯2置于所述阴极钢棒1的中心。所述钻孔的深度为整个阴极钢棒长度的3/4。
如图3-5所示，接着将加工好的铜芯用液压机压入到阴极钢棒的钻孔11中，使铜芯2与阴极钢棒1实现紧密的电接触，并使得铜芯2的外端面相对于阴极钢棒1的外端面向内凹陷(具体见附图5的左侧图)；在铜芯2的外端面处焊接半圆形挡板4，所述挡板4的外侧面也相对于阴极钢棒1的外端面向内凹陷，其中焊接挡板4后，整个阴极钢棒1的端面应当平齐。
如图6中所示，在所述阴极钢棒1的钻孔11的最底端设置有小孔6，所述小孔6的中心距钻孔11的等径端距离为1-3毫米，优选为2毫米，即所述小孔6的中心比钻孔11的等径端向左侧偏移1-3毫米，优选为2毫米。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的一个可行性实施例的具体说明，但是该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更，例如，等变化的等效性实施例，均应包含于本案的专利范围之内。
Claims (10)
1.一种有效抑制水平电流的铜芯阴极钢棒，在阴极钢棒(1)的中心沿轴向设置有钻孔(11)，在钻孔(11)中置入等径的铜芯(2)，所述铜芯用以提高阴极钢棒的导电率；所述铜芯(2)与所述阴极钢棒(1)紧密电接触，其特征在于：
所述铜芯(2)的长度是阴极钢棒(1)长度的1/2至4/5，在阴极钢棒(1)的开口端设置有挡板(4)，挡板(4)焊接到阴极钢棒上并稍凹陷于阴极钢棒(1)的端面；所述阴极钢棒(1)的横截面呈等面积的矩形，铜芯(2)置于所述阴极钢棒(1)的中心；且所述铜芯(2)的外端面要凹于阴极钢棒(1)的端面；在所述阴极钢棒(1)的钻孔(11)的最底端设置有小孔(6)。
2.根据权利要求1中的铜芯阴极钢棒，其特征在于：所述铜芯(2)的长度是阴极钢棒(1)长度的3/4。
3.根据权利要求2中的铜芯阴极钢棒，其特征在于：所述小孔(6)的中心比钻孔(11)的等径端向左侧偏移1-3毫米。
4.根据权利要求3中的铜芯阴极钢棒，其特征在于：所述小孔(6)的中心比钻孔(11)的等径端向左侧偏移2毫米。
5.根据权利要求4中的铜芯阴极钢棒，其特征在于：所述挡板(4)呈半圆形并焊接到阴极钢棒(1)上。
6.一种制造权利要求1-5中任一有效抑制水平电流的铜芯阴极钢棒的方法，其特征在于：
首先，在阴极钢棒(1)的中心加工一个钻孔(11)，钻孔(11)的深度为整个阴极钢棒(1)长度的1/2至4/5；
在所述钻孔(11)的底端处横向加工一个小孔(6)；
接着将加工好的铜芯用液压机压入到阴极钢棒的钻孔(11)中，使铜芯(2)与阴极钢棒(1)实现紧密的电接触，并使得铜芯(2)的外端面相对于阴极钢棒(1)的外端面向内凹陷；
在铜芯(2)的外端面处焊接半圆形挡板(4)，所述挡板的外侧面也相对于阴极钢棒的外端面向内凹陷。
7.根据权利要求6所述的制造有效抑制水平电流的铜芯阴极钢棒的方法，其特征在于：在所述阴极钢棒(1)的钻孔(11)的最底端设置有小孔(6)，所述小孔(6)的中心比钻孔(11)的等径端向左侧偏移1-3毫米。
8.根据权利要求7所述的制造有效抑制水平电流的铜芯阴极钢棒的方法，其特征在于：所述小孔(6)的中心比钻孔(11)的等径端向左侧偏移为2毫米。
9.根据权利要求8所述的制造有效抑制水平电流的铜芯阴极钢棒的方法，其特征在于：所述阴极钢棒(1)的横截面呈等面积的矩形，铜芯(2)置于所述阴极钢棒(1)的中心。
10.根据权利要求9所述的制造有效抑制水平电流的铜芯阴极钢棒的方法，其特征在于：所述钻孔的深度为整个阴极钢棒长度的3/4。
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