[发明专利]一种降低铝电解阳极钢-炭压降的结构及方法

说明书

本发明公开了一种降低铝电解阳极钢‑炭压降的结构及方法，该结构包括阳极钢爪、磷生铁环、炭块，炭块上具有圆柱形炭碗，钢爪爪头插在炭碗内，爪头与炭碗环缝间为浇铸磷生铁环，其特征在于，和钢爪、磷生铁接触的炭碗表面镀有易导电金属镀层。实现方法为，在铝电解阳极组装过程中，先对阳极炭块的炭碗表面施镀一层易导电的金属镀层，然后再与钢爪用磷生铁浇铸连接在一起，待组装成新阳极后供电解槽使用。本发明可有效改善铝电解阳极中炭块与金属连接不佳的状况，使钢爪与炭块连接更加充分紧密，减小接触电阻，实现降低阳极钢‑炭压降、减少电耗。使用本发明提供的结构和方法，平均至少可降低阳极钢‑炭压降20mV，从而有效地降低吨铝电耗。

技术领域

本发明属于铝电解冶金技术领域，主要涉及一种降低铝电解阳极钢-炭压降的结构及方法。

背景技术

我国电解铝工业经过数十年的发展，生产规模不断扩大，技术和装备水平也取得了很大提高，但就整体生产状况而言，我国电解铝能源综合利用效率仍比国际先进水平低15％左右，吨铝电耗也比国际先进水平高出300～800kWh，因此实现更进一步的节能降耗一直是国内电解铝行业的重大课题。而炭阳极素有电解槽“心脏”之称，整个阳极压降约占到槽电压的8％～12％，因而提升阳极整体质量水平，尤其是改善阳极的导电性能，是降低吨铝电耗的最有效途径。

炭阳极结构主要由铝导杆、钢爪和炭块三部分构成，铝导杆和钢爪通过铝-钢爆炸焊片连接，钢爪和炭块通过炭碗结构浇铸磷生铁连接。阳极压降即导杆压降、铝-钢爆炸焊压降、钢爪压降、钢-炭压降、炭块压降几部分之和，在阳极压降设计中，钢-炭压降值往往占到整个阳极压降的一半左右，是挖掘潜力的重点，其它铝导杆、爆炸焊块、钢爪、阳极炭块等构件通常都是标准化定制，压降的减少空间相对有限，因而降低钢-炭压降成为降低整个阳极压降的关键。

阳极炭块在焙烧加工过程中，成型生制品内残留的空气、水蒸气以及粘结剂分解气体会随着温度升高挥发排出，不可避免地使成品炭块形成微观多孔的组织结构，尤其炭块表面孔隙的存在，会使炭块与钢爪通过浇铸磷生铁连接时，在微观上造成炭块-金属界面不能充分完全的结合，造成接触不良，从而产生较大接触电阻，这是导致钢-炭压降较大的本质原因。

对于降低钢-炭压降的研究，目前主要集中在改善磷生铁质量以及优化连接结构设计方面，例如中国专利CN1111601C《铝电解阳极组装用磷生铁》等公开了通过调整元素成分改善磷生铁性能进而降低压降的方法，CN103726073A《一种铝电解槽用阳极炭块组》、CN104726898A《阳极炭素块和阳极爪的联接方法及阳极炭素块和阳极爪》、CN102108525B《电解铝阳极免浇注连接方法》等通过改进、优化钢爪和炭块连接结构的方式实现降低压降。前者主要是单纯提升磷生铁自身性能，后者往往造成阳极结构趋于复杂化。此外，CN102534673A《降低铝电解槽阳极钢爪与炭块接触电压降的方法及结构》、CN104514009A《一种降低铁碳压降的阳极无缝灌浆方法》还公开了使用铝液或导电石墨浆渗入到铁环与炭碗之间缝隙里的方法来降低压降，这类方法认为改善了磷生铁与炭块之间存在细微缩缝的缺陷。而实际上如果磷铁、炭块等构件质量达标，新极上槽后随着温度逐渐升高炭碗直径变小、磷铁环直径变大，缩缝会随之减小，当温度达到400℃左右时，这种宏观上的缩缝就会自然消失。总之，上述方法都对降低钢-炭压降起到了一定的作用，但都未有效解决前述微观层面炭块-金属界面接触不佳的本质问题，钢-炭压降仍有很大的下降空间。

发明内容

本发明目的在于提供一种降低铝电解阳极钢-炭压降的结构及方法，以解决现有技术的不足，通过改善炭块与金属连接面接触不佳的状况，有效降低接触电阻，实现降低阳极钢-炭压降、减少电耗。

本发明的技术方案是：

一种降低铝电解阳极钢-炭压降的结构，包括阳极钢爪、磷生铁环、炭块，炭块上具有圆柱形炭碗，钢爪爪头插在炭碗内，爪头与炭碗环缝间为浇铸磷生铁环。本发明所述降低铝电解阳极钢-炭压降的结构特征在于，和钢爪、磷生铁接触的炭碗表面镀有易导电金属镀层。