[发明专利]阳极组件以及相关的制造方法

说明书

本发明涉及一种阳极组件(10)的制造方法(100)，该阳极组件被设计为用于通过电解作用生产铝的池，所述阳极组件(10)包括：阳极棒(1)；金属块(2)，所述金属块固定至所述阳极棒(1)的其中一个端部(11)，所述金属块(2)在热作用下能够在纵向方向上膨胀；碳质阳极(3)，所述碳质阳极(3)包括凹部(30)和密封区域(41)，在所述凹部中容纳所述金属块(2)用于将所述金属块(2)密封在所述碳质阳极(3)处，所述密封区域填充有在所述金属块(2)和所述碳质阳极(3)之间延伸的密封材料，其特征在于所述方法(100)包括在所述碳质阳极(3)内部形成至少第一腔(42)的步骤(102)，所述至少第一腔(42)与所述凹部(30)一起形成所述碳质阳极(3)内部的第一减小厚度区域(43)，所述第一减小厚度区域(43)能够在所述金属块(2)的纵向方向上的膨胀作用下变形或断裂。

技术领域

本发明涉及一种用于被设计为通过电解作用生产铝的池的阳极组件，以及这样的阳极组件的制造方法。

本发明特别适用于带有预焙阳极的电解池。

背景技术

铝主要是通过对溶解在冰晶石浴中的氧化铝的电解作用而生产的。允许这种操作的电解池由一个钢箱构成并且内部衬有耐火绝缘产品。

由碳质块形成的阴极被放置在箱中。它由插入冰晶石浴中的一个阳极或多个碳质阳极或碳质阳极块覆盖。这个(或这些)碳质阳极逐渐被氧化铝分解产生的氧气氧化。

电流流动是穿过通过焦耳效应而被维持在液体状态中的冰晶石浴从阳极到阴极。

池的通常操作温度在930℃到980℃之间，生产的铝是液体并且因重力而被沉积在阴极上。定期地，通过浇注包提取产生的铝或产生的铝的一部分并且将其转移到铸造炉。一旦阳极被耗尽，就用新的阳极替换它们。

为了允许处理及其供电，每个阳极通常与一个结构相关联以形成阳极组件。这种结构一般由以下部分组成：

-阳极棒，该阳极棒由具有高电导率的材料(诸如铝或铜)制成，以及

-连接装置，该连接装置由对使用阳极时遇到的升高的温度耐受的材料(诸如钢)制成。

连接装置通常包括成形为一个一体横杆的多足件(multipode)，该多足件位于与多个有利的圆柱形块相关联的棒的基部，所述圆柱形块的轴线平行于该棒。

块被部分地引入在阳极的上表面上形成的凹部内，并且块和凹部之间存在的间隙通过浇铸熔融金属(通常是铸铁)来填充。如此制造的金属圆柱体可以确保棒和阳极之间的良好机械紧固和良好电连接。

然而，在现有技术中已经发现，块的存在引起阳极连接中的欧姆降，以及通过阳极组件的热损失。

因此，文件WO 2012/100340提出一种阳极组件，其中由横杆和块构成的组件被纵向连接杆代替。密封时，该连接杆被引入在阳极上表面上形成的纵向凹部中。然后将熔融铸铁沉积在连接杆的外围以填充连接棒和凹部之间的空间。

该解决方案可以改善阳极内的电流分布，减少碳和铸铁之间接触处的欧姆降并限制热损失，如文件FR 1,326,481中已经教导的那样，该文件提出了一种与WO 2012/100340相同的解决方案。

然而，如果现有技术的阳极组件优选地包括圆柱形块，则主要是为了限制由于在将阳极引入温度为930℃至980℃之间的冰晶石浴过程中连接装置所经历的膨胀而导致的阳极劣化风险。

事实上，与圆柱形块的膨胀会导致在阳极上施加径向热膨胀力不同，金属杆的热膨胀会导致在阳极上施加横向和纵向力，这可能会使阳极破裂。

在FR 1,326,481或WO 2012/100340中没有提出针对该破裂问题的解决方案。