复合导电棒制造技术

用于电连接到电解槽的母线系统的导电棒，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，其电连接到母线系统，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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于铝生产的电解还原槽，特别是其构成部件——导电棒(collector bar) ο
技术介绍
铝金属通常由被普遍称为霍尔-埃鲁(Hall Heroult)过程的方法从氧化铝 (AI2O3)中提炼得到。此过程已为铝工业从业者们所熟知，在此无需进一步说明。本专利技术的重点在于这种电解过程运行所处的容器或槽，而非把注意力投向该过程 本身。槽的上(阳极)部分通常包含一个或多个载流(通常含碳)块意于均勻分配电流流过 浅的(意指其具有的水平尺寸远大于贯穿其深度方向的垂直尺寸)熔融冰晶石(cryolite) 液体层，该层居于另一熔融铝层之上。槽的下方(阴极)部分在物理上包含处于耐火材料构成的腔中的熔融冰晶石层和 铝层，该腔的下方表面也由导电(通常含碳)材料构成。该导电材料通常形成为一系列大 的块(阴极块)，块中嵌入有金属的电流导体(导电棒)用来提供让电流离开槽的路径集。通常的操作是把多个这种槽通过母线系统作为串联电路连接起来，使电流能够通 过其阳极部分依次进入各槽，提供能量给容纳于阴极部分中的液体冰晶石层与铝层中所运 行的电解过程，并最终让电流经过导电棒离开槽。当电流穿过槽时，它会自然地寻找经过槽部件的最小电阻路径，从而将最大集中 电流导向导电棒离开阴极块的连接处。电流的这种非均勻分配有害地影响到位于最高电流 集中区域的阴极块，显著增加其损耗(通常以腐蚀过程的方式)。现有技术展示，采用复合导电棒能够显著改善电流在各阴极块的分配，复合导电 棒由外钢套构成，该钢套在其部分长度上装入有高导电的(通常为铜)芯。这种对电流分 配的改进已知能够显著提高阴极块的工作寿命。这些改进的导电棒虽然有助于降低阴极腐蚀并从而提高阴极块的工作寿命，但是 这些益处需要对比与构造材料相关的高制造成本和复合导电棒装置的组装复杂度进行权 衡。因此，存在一种需要，使复合导电棒装置具有互补材料装置的益处，但是又能相对更简 单地进行制造，从而显著减少成本。
技术实现思路
本专利技术的一方面，提供用于铝生产的一系列槽中的一个电解槽，其包括·壳和耐火装置，构成用于容纳高温液体的工作腔；·导电阴极，包括多个构成工作腔的基底的阴极块；·至少一个阳极，悬置于所述槽内并且与工作腔中的高温液体接触；·至少一个导电棒，容纳于在阴极的各阴极块中形成的凹部内，该置于阴极块中的 导电棒不直接接触工作腔中的液体；·电母线系统，位于所述壳的外部用于将电流从所述槽的导电棒传输至所述一系列槽中的下一个槽的阳极； 其中，该导电棒包括第一导体和至少一个第二导体，该第一导体电连接到电母线 系统，并具有电连接到阴极的一个或多个外表面，该至少一个的第二导体具有比第一导体 小的电阻，该第二导体位于第一导体的至少一个外表面上且与第一导体电接触。根据第二方面，本专利技术提供 ·导电棒，用于电连接到电解槽的母线系统，导电棒接收于电解槽的阴极的阴极块 中的凹部内，其中·该导电棒包括第一导体，其电连接到母线系统，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，该第二导体位 于第一导体的至少一个外表面上且与第一导体电接触。本专利技术的复合导电棒其第二导体可通过机械或化学方法接合到第一导体。在本发 明的优选形式中，该第一导体(优选其横截面大于第二导体的横截面)被固定到阴极块中 时构成复合导电棒的下方外表面。该复合导电棒的第一导体优选用具有相对低的导热导电性的材料生产，例如钢。 低导热性减小通过导电棒末端的热损失，特别是向外部载流装置的热损失。相比于第一导体，复合导电棒的第二导体优选用导热导电性相对高的材料生产， 例如铜。这样，第二导体比第一导体具有更高的导热和/或导电性。第二导体的较高导电 性提供整个导电棒上近似统一的电势，从而促使在阴极块表面形成统一的电流密度。此外， 第二导体的较高导电性提供位于阴极块与外部载流器之间的较小电阻路径，从而减小贯穿 阴极块组件的电压降。或者，复合导电棒的第一导体可为通道形状，或者其中形成有凹部，第二导体接合 于该凹部中。在这种情况下，导电棒安装在阴极块中时，可以让第一导体位于最上面(这时 复合体所有侧面都受到保护而与阴极化学隔开)，或者让第二导体位于最上面(这时附加 绝缘层可被放置在第二导体的外表面和阴极块之间)。复合导电棒的两个导体的横截面形状，虽然也可能为其它横截面(例如，圆形横 截面)，但是通常为多边形，并且最常为矩形或者通道形状。在任何情况下，第二(高导电 的)导体都将构成导电棒的一个外表面的至少一部分。导电棒的两个导体将被安全地相互 接合以确保良好的电接触。复合导电棒的第一和第二导体的相关横截面被设计来优化通过复合体的电流与 热通量。尽管导电棒的第一和第二导体的面积比例取决于阴极与耐火材料的具体设计，但 是出于成本原因，复合体的第二(高导电的)导体的横截面积优选小于整个导电棒横截面 积的50%。数学模型可用于优化布置复合导电棒的两个导体相对于阴极块的位置，以便最 小化热损失和优化阴极块外表面的电流分配。作为对本专利技术的进一步详述，导电棒的第一和第二导体的相关横截面可以沿电解 槽长度方向在阴极的的后续阴极块中发生变化。在后续阴极块组件之间的导电棒导体的相 关横截面的变化可被用于有益地改变电流密度场分配和通过电解槽的总电流量。可用于制造复合导电棒的接合技术为本领域所熟知的现有技术，其包含(但不限 于)过盈配合、互锁结合、铆接、爆炸接合(explosion bonding)或辊压接合。现有技术也 教导，在复合体的两个导体之间引入中间层，以通过化学或机械方式帮助增进接合强度，可以促进适当的此类接合。当采用中间接合层时，其不应当对复合导电棒的两个导体间的电 接触有不利的影响。附图说明图1显示在阴极块中的本专利技术导电棒的一个实施例；图2显示包含本专利技术导电棒的电解槽的横截面视图；图3是在阴极块中的导电棒的第二实施例的横截面视图，和图4是在阴极块中的导电棒的第三实施例的横截面视图。具体实施例方式现在参考以上附图对本专利技术优选实施例进行说明。参考图1，其显示根据本专利技术实施例的导电棒。所示阴极块10具有安装于形成在 阴极块10中的凹部内的导电棒。该导电棒包括第一导体11，其通常为钢质体；和第二导 体12，其通常由安装在第一导体11内的凹部中的高导电的金属例如铜构成。在本专利技术此 实施例中，导电棒容纳导电插入体中的那部分完全位于阴极块内。导电棒的横截面A-A(图 1)显示第二导体12比第一导体11薄得多。第二导体12位于第一导体11的上外表面内， 使得与第二导体结合的该外表面向阴极暴露。与导电棒的用途相符合，第一和第二导体的 长度方向尺寸都大于第一和第二导体的高度或宽度尺寸，从而使第一和第二导体具有长形 形状。由此，长形导电棒安装在形成于阴极块内的长形凹部中。在本专利技术另一实施例中(图3)，第二导体30通过机械或化学方法接合到第一导 体31中。在此第二实施例中，第一导体通常比第二导体具有更大的横截面，当其被安装到 阴极块中时构成导电棒的下方表面。在此实施例中，第二导体安装在形成于第一导体外表 面33中的凹部32内，且在安装时不与阴极块相毗接。在此实施例中，第二导体不暴露向阴 极也不直接与阴极块接触，因此在正常工作状态下其有望持久耐用。在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于铝生产的一系列槽中的一个电解槽，其包括：.壳和耐火材料装置，构成用于容纳高温液体的工作腔；.导电阴极，包括多个构成所述工作腔的基底的阴极块；.至少一个阳极，悬置于所述槽内并且与所述工作腔中的高温液体接触；.至少一个导电棒，接收于所述阴极的至少一个阴极块中形成的凹部内，该置于所述阴极块中的至少一个的导电棒不直接接触工作腔中的液体；和.电流母线系统，位于所述壳的外部用来将电流从所述槽的导电棒传输至所述一系列槽中的下一个槽的阳极；其中该导电棒包括：第一导体，其电连接到电母线系统，该第一导体具有电连接到所述阴极块的一个或多个外表面；和至少一个第二导体，其具有比所述第一导体小的电阻，该第二导体位于所述第一导体的至少一个外表面上且与所述第一导体电接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】AU 2007-10-29 2007905939用于铝生产的一系列槽中的一个电解槽，其包括·壳和耐火材料装置，构成用于容纳高温液体的工作腔；·导电阴极，包括多个构成所述工作腔的基底的阴极块；·至少一个阳极，悬置于所述槽内并且与所述工作腔中的高温液体接触；·至少一个导电棒，接收于所述阴极的至少一个阴极块中形成的凹部内，该置于所述阴极块中的至少一个的导电棒不直接接触工作腔中的液体；和·电流母线系统，位于所述壳的外部用来将电流从所述槽的导电棒传输至所述一系列槽中的下一个槽的阳极；其中该导电棒包括第一导体，其电连接到电母线系统，该第一导体具有电连接到所述阴极块的一个或多个外表面；和至少一个第二导体，其具有比所述第一导体小的电阻，该第二导体位于所述第一导体的至少一个外表面上且与所述第一导体电接触。2.如权利要求1的电解槽，其中所述第二导体通过机械或化学方法接合到所述第一导体。3.如权利要求1的电解槽，其中所述第一导体的横截面大于所述第二导体的横截面。4.如权利要求1的电解槽，其中所述第二导体的横截面小于整个导电棒的50%。5.如权利要求1的电解槽，其中所述第二导体沿所述第一导体的纵向外表面布置。6.如权利要求4的电解槽，其中所述第一导体构成复合导电棒的下方外表面。7.如权利要求1的电解槽，其中所述第二导体比所述第一导体具有更高...

【专利技术属性】
技术研发人员：英戈拜尔，布鲁斯R奥姆斯特德，
申请(专利权)人：BHP比利顿创新公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]