(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210705105.1 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区八一路 299号 (72)发明人 张国栋　李孟钊　周怡成　黄龙　 龚寅卿　汪昌顺　李成林　梅青松　 杨兵　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 彭育 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) C25C 3/12(2006.01)G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种节能型铝电解用阳极导电装置及其制 造方法 (57)摘要 本发明公开了一种节能型铝电解用阳极导 电装置及其制造方法， 上述阳极导电装置包括阳 极导杆、 中间铝块、 碳块和阳极钢爪， 上述阳极钢 爪上开设有轴孔孔， 中间铝块与阳极钢爪通过轴 孔以过盈配合方式连接， 阳极导杆下表面采用焊 接的方式连接于中间铝块顶部， 最后再对铝 ‑钢 连接处喷涂金属粉末。 本发明采用过盈配合的连 接方式， 避免传统铝电解用阳极导电装置的铝 ‑ 钢异种材料焊接时接头处产生的脆性金属相， 且 焊缝数量减少， 同时结合喷涂技术提高铝钢连接 处的结合强度和导电面积， 具有压降低、 结构简 单、 连接强度高、 便于制造和维修等特点， 有明显 的经济和社会效益。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115048741 A 2022.09.13 CN 115048741 A 1.一种节能型铝电解用阳极导电装置的制造方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)获取阳极导杆外径， 以阳极导杆外径减去过盈量获得轴孔内径； 2)以阳极导杆和阳极钢爪的相关性能参数建立铝 ‑钢圆柱面过盈连接设计计算模型， 获得过盈量与接触应力关系式； 根据铝 ‑钢过盈连接的实际工况， 利用有限元分析软件建立 铝‑钢过盈连接有限元模型， 根据实际装配工况设定模型边界条件； 3)在相同过盈量的条件下分别获取计算模型的第一平均接触应力值和有限元模型的 第二平均接触应力值， 计算 获取第一应力值与第二应力值的偏差值以验证仿真模型的计算 准确性； 4)根据实际工况中阳极钢 爪和碳块自重G、 阳极导杆及阳极钢爪的摩擦系数 μ和轴孔内 径d0， 计算得到最小结合长度lmin； 5)根据1)中轴孔尺寸于阳极钢爪上开设轴孔， 再根据最小结合长度lmin×(3～500)加 工中间铝块， 以过盈配合方式通过轴孔将 中间铝块装配于阳极钢爪上， 将阳极导杆焊接于 中间铝块上， 再将碳 块装配于阳极钢爪上； 6)在阳极导杆、 中间铝块及阳极钢 爪的结合处喷涂金属粉末， 以提高铝 ‑钢连接处的结 合强度、 增大导电面积。 2.根据权利要求1所述的制造方法， 其特征在于， 步骤3)中偏差值与第 一平均接触应力 值之比低于 5％， 则仿真模型及第二平均接触 应力值可信。 3.根据权利要求1所述的制造方法， 其特征在于， 步骤4)中最小结合长度需满足： 在过 盈量下固定阳极导杆后在阳极钢爪及碳块自身重力共同作用下阳极钢爪和阳极导杆不发 生相对滑动。 4.根据权利要求1所述的制造方法， 其特征在于， 步骤5)中可直接在 现有型号阳极钢 爪 的横梁上开设轴孔。 5.根据权利要求1所述的制造方法， 其特征在于， 步骤5)中可在一体铸造形成的带凸台 的阳极钢爪的凸台上开设轴孔。 6.根据权利要求1所述的制造方法， 其特征在于， 步骤5)中可先在 现有型号阳极钢爪的 横梁上装配凸台， 再在凸台上开设轴孔。 7.根据权利要求1所述的制造方法， 其特征在于， 步骤5)中可先将阳极导杆下端面打磨 后再与中间铝块 通过自蔓延焊接的方式进行 连接， 以实现高效快速全熔化焊接 。 8.根据权利要求1所述的制造方法， 其特征在于， 步骤6)中金属粉末选自铝粉、 铜粉或 锌粉中的一种或多种。 9.一种节能型铝电解用阳极导电装置， 其特征在于， 根据权利要求1 ‑8任一项所述制造 方法制造获得。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115048741 A 2一种节能型铝电解用阳极导电装 置及其制造方 法 技术领域 [0001]本发明涉及有色金属冶金领域， 尤其涉及一种节能型铝电解用阳极导电  装置及 其制造方法。 背景技术 [0002]电解铝工业中阳极导电装置是由阳极铝导杆和阳极钢爪构成。 在工业应  用中， 阳 极装置处于高温高腐蚀性的工作环境， 既要传导大电流， 又要承受  钢爪和碳块的重力载 荷， 因此对铝 ‑钢连接接头性能要求极高。 [0003]现有技术是将铝 ‑钢爆炸焊块分别与铝导杆和阳极钢爪沿接触区域四周  进行焊 接， 能有效避免铝 ‑钢焊接时产生脆性金属间化合物， 但铝和钢的膨  胀系数差别较大， 在高 温和大电流的作用下， 复合焊块结合处产生剪切力，  导致焊接面开裂， 从而使导电面积降 低、 电阻升高， 进一 步加剧接 头处的断 裂趋势。 [0004]专利CN109338412A公开了一种通过焊接和支 杆螺栓连接的阳极钢爪及  其装配方 法， 该专利通过螺栓连接提高了铝导杆和钢爪之间的连接强度， 但  其存在加工工艺复杂且 导杆上加工通孔易导致阳极电流分布 不均的问题， 同  时螺栓处更易受电流和高温腐蚀， 增 加设备的维护保养成本； 专利  CN109518229A公开了一种通过摩擦焊连接阳极导杆和钢爪 的方法， 其虽然  使用寿命得到较大提高， 但通过摩擦焊获得的铝 ‑钢连接接头在维修或更 换 过程中会因摩擦而导致阳极导杆缩短， 不利于阳极导杆的回收再利用， 同时  摩擦焊设 备昂贵， 企业 生产成本过高， 难以在工业中推广。 [0005]专利CN216304001U、 专利CN214937862U和专利CN216141636U所公  开的铝电解用 阳极导电装置是由铝制导杆、 阳极钢爪、 钢 ‑铝联接件构成，  通过导杆下部侧面和钢 ‑铝联 接件上部的铝棒焊接固定、 钢爪横梁上面和钢 ‑ 铝联接件的钢棒下端面焊接固定实现阳极 导杆和阳极钢爪的连接， 从其公开  的内容可见， 这种技术方案存在结构复杂、 生产制造成 本高的问题， 通过铝  棒和导杆侧 面焊接， 导电面积受 限， 要想提高装置的导电面积就要增 加钢‑ 铝联接件 数量， 而钢 ‑铝联接件采用钢套提高强度， 使装置整体重量和尺 寸 过大， 进 一步增加了装置维修更 换的难度， 不利于企业降低生产成本 。 发明内容 [0006]针对上述问题， 为降低阳极导电装置 的生产、 维修和使用成本， 本发明  提供了一 种节能型铝电解用阳极导电装置及其制造方法， 以采用过盈配合和  铝‑铝同种材料焊接相 结合的方法实现阳极导杆和阳极钢爪的连接， 从而提  供一种低 成本、 高连接强度、 结构简 单的连接方法。 [0007]具体技术方案如下： [0008]本发明的第一个方面是提供一种节能型铝电解用阳极导电装置 的制造 方法， 具 有这样的特 征， 包括以下步骤： [0009]1)获取阳极导杆外径， 以阳极导杆外径减去过盈量获得轴孔内径；说　明　书 1/5 页 3 CN 115048741 A 3