專利名稱：陰極懸掛棒的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電解金屬時(shí)耐用陰極用的懸掛棒的制造方法，其中懸掛棒是一個(gè)剛性金屬外套，內(nèi)側(cè)附加上高電導(dǎo)性芯體。用這種方法，在外套和芯體之間可以實(shí)現(xiàn)良好的連接。這種連接可以用拉拔、鐓鍛、熔融或鑄造工藝得到。
在電解金屬時(shí)傳統(tǒng)的方法是用始極板，它是最早在母板的表面生長形成的。當(dāng)用始極板作陰極時(shí)，它和被沉積的金屬應(yīng)是同一種材料，例如銅，這種方法正在受到棄用，尤其考慮新的投入時(shí)。在新建電解車間時(shí)，一般傾向于使用耐用陰極且其板狀部件常常是用耐酸鋼或鈦?zhàn)龅摹?br> 耐用陰極可用多種不同的方法制造，基本區(qū)別在于陰極懸掛棒的結(jié)構(gòu)和板狀部件相對于懸掛棒的固定。懸掛棒的結(jié)構(gòu)及板狀部件的附加是有困難的，其問題在于為了把大電流導(dǎo)入板狀部件，在懸掛棒上就要有足夠的銅。因?yàn)槟退徜撌遣涣紝?dǎo)體，不能把它唯一地用作棒的材料。
現(xiàn)有技術(shù)中有幾種方法可在制造耐用陰極的懸掛棒時(shí)用來解決銅和其他金屬的結(jié)合問題。在行業(yè)上有兩種結(jié)構(gòu)占支配地位。第一種使用全銅的懸掛棒，再用一種特殊的合金焊絲焊上一塊耐酸鋼板部件。這種方法的缺點(diǎn)之一在于用整銅制成的懸掛棒的柔度，結(jié)果使這種棒易于變形，尤其用于陰極重量較大時(shí)。因短路而引發(fā)的溫升使這個(gè)問題更趨惡化。
這種全銅懸掛棒的缺點(diǎn)之二在于難于使分立的吊環(huán)足夠穩(wěn)固地附加于懸掛棒，因?yàn)楦鶕?jù)材料處理工藝的要求，吊環(huán)是位于懸掛棒頂部的。其缺點(diǎn)之三是耐酸鋼板部件和銅懸掛棒之間的特定合金焊接在耐蝕這一點(diǎn)上和陰極的其他部位是不完全一致的。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是這種耐用陰極的制作快，投入低而且對加工現(xiàn)場沒有特定要求。其他優(yōu)點(diǎn)是在懸掛棒內(nèi)銅的斷面積大，導(dǎo)致在現(xiàn)行的這種耐用陰極結(jié)構(gòu)中電阻小，能耗低。
在第二種廣泛使用的耐用陰極懸掛棒結(jié)構(gòu)中，管狀的懸掛棒芯體是用不銹或耐酸鋼制的。把耐酸鋼板部件用普通焊絲焊到這些材料上。焊完后，懸掛棒和板狀部件最上部焊縫上再電解電鍍銅以便使具有足夠的電導(dǎo)性。鍍銅也是為了防止焊縫受環(huán)境的影響。這種方法例如見于英國專利2,040,311。
上述方法最明顯的缺點(diǎn)是電解電鍍耗時(shí)長，要幾天時(shí)間，產(chǎn)出工時(shí)大大增加而且在電鍍設(shè)備上投入也大。電鍍還要求生產(chǎn)線必須位于最靠近電解車間的地方。在這種結(jié)構(gòu)中，銅的斷面積要比上述全銅懸掛棒的小。反過來又使現(xiàn)述這種結(jié)構(gòu)的耐用陰極其電阻略有增高，隨之其能耗也要比用全銅懸掛棒的大些。另一方面，鋼芯懸掛棒的耐用性好。因此，即使陰極很重它也不會變形，也不會發(fā)生短路使得陰極的壽命成問題。它也更易使上述分立的吊環(huán)連接到這種結(jié)構(gòu)上。吊環(huán)是在電鍍前牢固地焊接到這種棒的不銹鋼芯體上的，從而使這種結(jié)構(gòu)牢固而耐用。在本設(shè)計(jì)中，所有焊縫都是在不銹鋼和鍍銅之下部分之間形成的，因而使這種結(jié)構(gòu)既牢固又耐用。
美國專利4,647,358描述了另一種耐用陰極，其中，懸掛棒最上部是用鋼管制成的，它與板狀部件相焊接。在懸掛棒鋼管內(nèi)部有一根空心銅管，它可以比鋼管長些，也可以把鋼管的端部局部打開以便使電流通過懸掛棒的內(nèi)銅管流動。鋼帶內(nèi)徑差不多就是銅管的外徑以便于彼此緊密連接。外套管的制造方法，根據(jù)專利所述，軸向最初是打通的以便于把內(nèi)管裝進(jìn)去，在裝入內(nèi)管后，再把外套管和內(nèi)管沿軸向相焊，懸掛棒的內(nèi)管和外套管在棒的端部是彼此相焊的。
上述方法的優(yōu)點(diǎn)是懸掛棒的強(qiáng)度高而且陰極板部件和獨(dú)立的吊環(huán)兩者可直接焊到用同樣金屬做的外套管部位。但是其缺點(diǎn)是為了實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)慕佑|需要在外套管和芯體之間單獨(dú)焊接和/或遮沒。結(jié)果在大批量生產(chǎn)時(shí)難于保持棒質(zhì)量的一致性。另外的缺點(diǎn)還在于外套管和芯體在端部是焊在一起的，使得這種結(jié)構(gòu)密閉而且不暴露受腐蝕，因?yàn)橥馓坠芎托倔w之間的任何電解產(chǎn)物對棒的長期耐用性都是不好的。而且產(chǎn)品眾多的工藝步驟使其難以實(shí)現(xiàn)自動化，以致成本上升，而且人們也已注意到壓倒一切的是要保證質(zhì)量的一致性。
本發(fā)明關(guān)注于電解金屬所用的耐用陰極懸掛棒的制造方法，其懸掛棒用一根剛性金屬外套管制成，內(nèi)部中用拉、鍛、熔或鑄的方法放入高電導(dǎo)率芯體。這些技術(shù)的目的是在沒有任何附加工藝步驟下于外套管和芯體之間實(shí)現(xiàn)足夠良好的電連接和堅(jiān)固性。最優(yōu)選地是在棒各部件之間實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。因而，在把外套管和芯體連接好以后，只要外套管至少在一端局部地開口便可在陰極懸掛棒和電解槽匯流排之間形成良好的電接合。其基本特征將在有關(guān)的專利權(quán)項(xiàng)中明確。
本文主要以銅作為高電導(dǎo)性芯體金屬，但也可用鋁。剛性金屬外套管最好用精煉鋼制成，使其為耐酸或不銹鋼。
當(dāng)懸掛棒用拉拔工藝制作時(shí)，棒狀高電導(dǎo)性芯體是通過把事先準(zhǔn)備在外套管內(nèi)的銅拉拔而成。當(dāng)外套管若是用精煉鋼制成時(shí)，最容易的方法是把它預(yù)先做好，因精煉鋼難以拉拔。最可取的是與外套管內(nèi)徑相應(yīng)的管狀型坯是銅制的。把該坯件放進(jìn)鋼外套管中，在拉拔機(jī)中，一個(gè)心軸進(jìn)行拉拔通過銅坯件孔口中，使銅緊緊地貼在鋼外套管的表面。鋼棒也可用作心軸拉拔或壓進(jìn)銅坯的孔口，如果需要還可把它留在已成形的棒內(nèi)。在加工時(shí)，如有必要，還可從外部給鋼外套管加以支撐以防止其變形。銅的成形和它與鋼之間的結(jié)合可通過調(diào)節(jié)加工溫度而影響。
耐用陰極懸掛棒也能用鐓鍛工藝制成，據(jù)此可把一個(gè)合適的芯體放入外套管內(nèi)對其端部加壓以使它至少能在端部等重要部位緊密擠壓外套管。調(diào)整加工溫度有利銅的成形，如同拉拔中一樣。調(diào)好使用溫度可在外套管和芯體間用拉拔或鐓鍛工藝形成冶金接合。
懸掛棒也能用熔融工藝制得，先把一個(gè)用鑄造、拉拔成加工工藝得到的銅芯型坯以固態(tài)放入鋼外套管內(nèi)，然后加熱外套管和芯體型坯使其熔融。熔融可在垂直位置進(jìn)行，此時(shí)較佳地把鋼管低端堵住。鋼管此時(shí)同時(shí)支撐芯體型坯并包含熔融的銅在外套管內(nèi)。在熱處理時(shí)外套管仍充分保持在固態(tài)。鋼與銅之間的接合可用溫度和時(shí)間調(diào)節(jié)而銅處于熔融狀態(tài)，用適當(dāng)?shù)慕M合便可得到冶金接合。
在用鑄造工藝制作懸掛棒時(shí)，要把鋼外套管作鑄模，直接在其內(nèi)把銅芯體鑄出。但是，外套管要充分保持在固體狀態(tài)。要防止銅與銅外套管表面間可能發(fā)生的粘結(jié)，可以用例如石墨溶液處理也可用其他涂覆方法。通過向固態(tài)鋼外套管內(nèi)澆鑄熔融的銅，能在鋼和銅之間形成可靠的冶金接合。
鑄造工藝本身例如可以是向一個(gè)低端封閉的豎式鋼管內(nèi)澆鑄熔融的芯體金屬。它先要用大功率預(yù)熱鋼外套管或者在熔融金屬澆鑄完后對整棒(外套管十芯體)進(jìn)行額外加熱。最主要的是要使外套管和熔融銅金屬在足夠長時(shí)間內(nèi)保持有效接觸以便在外套管和芯體間有時(shí)間去形成冶金結(jié)合。若外套管事先并未預(yù)熱，或者整棒在澆鑄時(shí)或澆鑄后未加熱，將不會有斷裂發(fā)生，但芯體金屬卻在外套管的冷內(nèi)壁快速固化則無法形成接合。
填注金屬外套管的另外一種方法就是可以把外套管用足夠長的時(shí)間浸入熔融金屬銅中，此時(shí)預(yù)熱可完全不必要。浸沒可在管處于水平狀態(tài)下進(jìn)行，在浸入前事先把鋼外套管兩端堵住而且要在管的上側(cè)開足夠多的孔以便注入銅并排除空氣?？椎臄?shù)量例如以在管的一端開一個(gè)為宜。管也可保持在傾斜位置以保證熔融金屬可裝填在內(nèi)。浸入當(dāng)然也可取豎式的，此時(shí)在浸沒前只把鋼外套管的低端堵住。例如，浸沒約一分鐘便足夠得到滿意結(jié)果了。
如上所揭示的，在耐用陰極和電解槽匯流排之間希望出現(xiàn)良好導(dǎo)電性的金屬接觸以使它們間的電流損失小。例如可用諸如拉拔、鐓鍛、熔融或鑄造芯體就可方便地達(dá)到目的，在把棒的各部件都連接好以后，可把鋼外套從棒的兩端或一端的一邊取出，離開銅芯體的端面有適當(dāng)長度。同時(shí)棒的銅接觸斷面也能按所需形狀形成，例如弧形曲面。
用精煉鋼制的分立的吊環(huán)按照需要直接焊在懸掛棒的鋼外套管上的。同樣，陰極板狀部件也是直接焊到鋼外套上，板部件和吊環(huán)可以在銅芯體附加前或之后附加到鋼外套管上，焊縫常常在用同一種金屬焊接中形成，這樣既容易焊又耐用。
權(quán)利要求
1．一種電解金屬時(shí)耐用陰極用的懸掛棒的制造方法，其中，懸掛棒是由剛性金屬外套管和位于其內(nèi)的高電導(dǎo)性內(nèi)部件構(gòu)成的，之后，外套管從棒的至少一端取走，其特征在于精煉鋼的外套管和高電導(dǎo)性芯體是彼此緊密接觸的，其中，上述棒的各部件可用拉拔、鐓鍛、熔融或鑄造彼此相連結(jié)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的高電導(dǎo)性芯體是銅。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的高電導(dǎo)性材料是鋁。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于芯體是通過在外套管內(nèi)放入芯體型坯并在拉拔機(jī)上拉拔一個(gè)心軸通過該坯件的方法而與外套管相連接的。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于將鋼棒用作心軸。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的鋼棒是留在高電導(dǎo)性芯體內(nèi)的。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于芯體是通過在外套管內(nèi)放入芯體型坯并在芯體端部加壓以使芯體緊貼外套管擠壓的方法與外套管相連接的。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于為了在芯體和外套管間獲得冶金接合，芯體是通過將其熔融狀態(tài)澆鑄進(jìn)固態(tài)外套管中而與外套管連接的。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于鑄造用的鑄模是外套管，其內(nèi)澆注的是熔融狀態(tài)的芯體金屬。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于為了在外套管和芯體間獲得冶金接合，芯體型坯是固態(tài)下放入外套管內(nèi)的，然后芯體在外套管內(nèi)熔融，外套管充分維持在固態(tài)形式。
11．根據(jù)權(quán)利要求8或10所述的方法，其特征在于所述的外套管在接合前預(yù)熱。
12．根據(jù)權(quán)利要求8或10所述的方法，其特征在于所述的外套管和芯體在接合時(shí)是受到加熱的。
13．根據(jù)權(quán)利要求8或10所述的方法，其特征在于所述的外套管和芯體在接合后是受到加熱的。
14．根據(jù)權(quán)利要求8或10所述的方法，其特征在于所述的外套管保持在垂直位置，當(dāng)芯體金屬放入外套管時(shí)其底端是封閉的。
15．根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于鑄造是通過把外套管浸入到熔融的芯體金屬中進(jìn)行的。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述的外套管基本上是以水平位置浸沒在熔融金屬中的，其中外套管的端部是封住的且在外套管的上部開有多個(gè)用于注入熔融金屬和排氣用的孔。
17．根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述的外套管基本上是以垂直位置浸沒在熔融金屬中的，其中外套管的底端是封住的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電解金屬時(shí)耐用陰極用的懸掛棒的制造方法,其中懸掛棒是由剛性金屬套管和與其內(nèi)附加的高電導(dǎo)性芯體形成的。這種連接方法可在外套管和芯體間實(shí)現(xiàn)牢固的連接,這種連接可以通過拉拔、鐓鍛、熔融或鑄造制成。
文檔編號B22D19/00GK1319147SQ99811329
公開日2001年10月24日 申請日期1999年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月24日
發(fā)明者托姆·馬迪拉 申請人:奧托庫姆普聯(lián)合股份公司