[发明专利]一种铜钢复合阴极钢棒及其制造工艺

说明书

本发明涉及阴极钢棒的技术领域，具体涉及一种电解铝用铜钢复合阴极钢棒及其制造工艺。包括如下步骤：热熔；铸件；脱型；热变形；轧制加工。这种工艺制造出来的铜钢复合阴极钢棒镀层不易损坏，制造成本低，且铜钢界面可以形成金属间化合物，连接强度高。本发明还提供了一种铜钢复合阴极钢棒，采用上述制造工艺制造而成。其铜材层不易损坏，制造成本低，且铜钢界面形成了金属间化合物，连接强度高。

技术领域

本发明涉及阴极钢棒的技术领域，具体而言，涉及一种电解铝用铜钢复合阴极钢棒及其制造工艺。

背景技术

铝电解阴极钢棒是电解铝阴极导电的重要部件，其导电性能和使用寿命都影响到铝电解生产的成本。现在国内用来电解铝的阴极钢棒的主要材质为碳钢Q195，使用时将其放置在电解槽的底部，阴极钢棒的上部和侧面均包裹石墨阴极，石墨阴极材料的上面是耐火材料、阴极铝液和电解质，在长期使用过程中，主要会出现两个方面的问题：周围的碳会与阴极钢棒发生渗碳反应，从而在一定程度上影响了阴极钢棒的导电性，使电解槽阴极压降升高，增加电耗；电解质中的钠元素会从上而下的侵蚀石墨阴极和耐火材料，导致铝液渗漏，严重腐蚀阴极钢棒，导致电解槽使用寿命降低。

基于上述问题，人们采用铜钢复合来制造电解铝的阴极钢棒，其主要优点有以下几个：(1)铜是一种良好的导电材料，且在腐蚀性介质中能够保持较为稳定的电气性能，尤其是对降低碱金属离子的腐蚀，铜在表面会形成附着性较强的氧化铜，因此会产生相应的保护作用，阻断化学物质的进一步腐蚀；(2)铜不会与碳发生渗碳反应；(3)铜钢复合材料具有和铜相似的耐蚀性，且在相同截面积下，抗拉强度是纯铜材料的两倍，且铜钢都具有很好的焊接性能，不会影响阴极钢棒的焊接；(4)同时采用铜钢复合的工艺制造阴极钢棒也可以降低成本。

现有的传统的铜钢复合材料的制造方法主要有三种：(1)使用电镀工艺对钢材表面进行电镀铜：主要缺点是电镀会产生污染，且电镀层的厚度太低，在阴极钢棒装配过程中镀层易被破坏；(2)在钢材表面焊接铜材：这种工艺的主要缺点是阴极钢棒的尺寸较大，不易实现全截面焊接，且焊接完成后还需要对焊接面进行后续加工，成本较高；(3)在钢材表面直接进行铸造：由于铜的熔点较钢低，因此铜钢界面很难形成铜铁的金属间化合物，连接强度较低，同时也会影响阴极钢棒的导电性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜钢复合阴极钢棒的制造工艺，这种工艺制造出来的铜钢复合阴极钢棒镀层不易损坏，制造成本低，且铜钢界面可以形成金属间化合物，连接强度高。

本发明的另一目的在于提供一种铜钢复合阴极钢棒，其镀层不易损坏，制造成本低，且铜钢界面形成了金属间化合物，连接强度高。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种铜钢复合阴极钢棒的制造工艺，包括如下步骤：

热熔：将铜材和钢材用真空熔炼炉加热熔化，得到混合熔体；

铸件：将加热熔化后的混合熔体加入到离心铸造设备的铸型中进行离心复合铸造，在铸型内形成一个双层且呈环形的铸件，上述铸件内层为钢材层，上述铸件的外层为铜材层；

脱型：铸型内的混合熔体形成一个铸件后，将铸型从离心铸造设备中取下埋入沙堆中缓慢冷却至室温，冷却至室温后，然后将铸件从铸型中取出；

热变形：将取出的铸件后，沿铸件的径向将铸件切开，对切开的铸件进行加热变形，将铸件加工成一面覆铜的板状件；

轧制加工：将一面覆铜的板状件进行轧制加工，得到电解用铜钢复合阴极钢棒成品。

进一步的，在本发明的一些实施例中，上述钢材选用Q195钢材，上述铜材与钢材的重量比为1:10-30。

进一步的，在本发明的一些实施例中，上述热熔过程中先向真空熔炼炉中加入钢材加热熔化，再向真空熔炼炉中加入铜材加热熔化。