电解铝用新型阳极钢爪
阳极钢爪自动焊接维修系统设计与应用
156阳极钢爪自动焊接维修系统设计与应用肖述兵1，文 忠2，樊 钊2（１．黄河鑫业有限公司，青海西宁８１１６００；２．国核电站运行服务技术有限公司，上海，２００２３３ ）摘 要：针对阳极钢爪焊接维修，分析了维修诱因及维修现状，以及传统人工焊接维修方式存在的问题；基于机器人自动化产线的设计理念，开发了阳极钢爪自动焊接维修系统，具体包括钢爪头及钢梁切割、钢爪头焊接、爆炸块焊接、铝导杆焊接等工位，建立了具备自动上料、定位、夹紧、切割、焊接、视觉识别、激光检测等功能的综合维修产线；进行了各工位维修工艺的试验测试，获得了最优的焊接工艺参数组合，形成了焊接维修工艺规程；能够实现机器人代替人工完成阳极钢爪焊接维修作业，降低人工作业劳动强度，改善人工作业环境，提升焊接维修质量。
关键词：阳极钢爪；自动焊接；焊接维修；机器人中图分类号：ＴＦ８２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）１６－０１５６－４Design of Automatic Welding Maintenance System for Anode Steel ClawXIAO Shu-bing 1，WEN Zhong 2，FAN Zhao 1（１．Ｓｔａｔｅ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｃｏｍｐａｎｙ， ＳｈａｎｇＨａｉ ２００２３３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｕａｎｇｈｅ Ｘｉｎｙｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ．， Ｈｕａｎｇｚｈｏｎｇ， Ｑｉｎｇｈａｉ ８１１６００， Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｏｆ ａｎｏｄｅ ｓｔｅｅｌ ｃｌａｗ， ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｉｎｄｕｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｔａｔｕｓ ｑｕｏ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍａｎｕａｌ ｗｅｌｄｉｎｇ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ； Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｒｏｂｏｔ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ， ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａｎｏｄｅ ｓｔｅｅｌ ｃｌａｗ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｃｌａｗ ｈｅａｄ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｂｅａｍ ｃｕｔｔｉｎｇ， ｓｔｅｅｌ ｃｌａｗ ｈｅａｄ ｗｅｌｄｉｎｇ， ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｂｌｏｃｋ ｗｅｌｄｉｎｇ， ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇｕｉｄｅ ｒｏｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｓｔａｔｉｏｎｓ． Ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ ｗｉｔｈ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｅｅｄｉｎｇ， ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ， ｃｌａｍｐｉｎｇ， ｃｕｔｔｉｎｇ， ｗｅｌｄｉｎｇ， ｖｉｓｕａｌ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ， ｌａｓｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ； Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｐａｉｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ， ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｒｅｐａｉｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｗａｓ ｆｏｒｍｅｄ； Ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｃａｎ ｒｅｐｌａｃｅ ｔｈｅ ｍａｎｕａｌ ｔｏ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｏｄｅ ｓｔｅｅｌ ｃｌａｗ， ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌａｂｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｎｕａｌ ｗｏｒｋ， ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍａｎｕａｌ ｗｏｒｋ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ．Keywords: Ａｎｏｄｅ ｓｔｅｅｌ ｃｌａｗ； Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｗｅｌｄｉｎｇ； Ｗｅｌｄｉｎｇ ｒｅｐａｉｒ； Ｒｏｂｏｔ收稿日期：２０２３－０６作者简介：肖述兵，男，生于１９７２年，湖南临湘人，高级工程师，本科，研究方向：电解铝。
电解铝液中Fe含量影响因素分析及控制
电解铝液中 Fe含量影响因素分析及控制摘要：铝在现代工业技术上应用极为广泛，在国民经济建设和国防工业中具有举足轻重的地位和作用，而铝合金的应用更是不可替代，巨大的需求对原铝品质提出了要去，铝合金生产要求Fe含量控制在0.10%，根据其生产要求，电解铝液Fe含量需要控制在0.08%以下，且越低越利于合金生产质量要求和成本降低。
通过电解铝液生产中Fe元素来源分析，提出控制电解铝液Fe含量的措施和方法。
关键词：电解铝液；铁含量；控制铝在各国工业发达国家经济发展中的地位越来越重要，在工业界被誉为万能金属。
铝的产量和用量仅次于钢材，成为人类应用的第二大金属。
由于铝具有比重小，导热性、导电性、抗蚀性良好等突出优点，又能与许多金属形成优质铝基轻合金，所以铝在现代工业技术上应用极为广泛，在国民经济建设和国防工业中具有举足轻重的地位和作用，是现代经济的筋骨和工业起飞的基础。
其中，铝合金在交通运输以及军事工业上用作汽车、装甲车、坦克、飞机以及舰艇的部件。
交通工具上使用铝，大大减轻了整车质量，从而节约了大量能源、降低了气体排放。
一、电解铝液中Fe的来源现代铝工业有三个主要生产环节：①从铝土矿提取纯氧化铝；②用冰晶石一氧化铝熔盐电解法生产金属铝；③碳素电极制造；④氟盐生产。
霍尔一埃鲁熔盐电解法制备金属铝作为唯一工业生产铝的方法；⑤破碎料，做阳极表面保温料的破碎料也是来源；⑥电解生产工艺。
1、原材料带入的铁。
原料主要包括氧化铝、阳极、氟盐、再生电解质、破碎料等。
其中破碎料是指经破碎后的以电解质为主的面壳块，其与氧化铝一起覆盖于阳极上，随着生产的进行而消耗，这部分原料因经过多次循环，利用和沾附较多的阳极钢爪氧化铁，其铁含量较高。
经过铁平衡分析，发现由原料带入的铁贡献比为 82.8%，其中破碎料贡献率为 59.8%；氧化铝中含Fe为0.006%左右；预焙阳极炭块中含Fe为0.07%左右，由此带人电解铝液中Fe含量为0.028%。
电解铝阳极组装设备安装手册
第一节阳极组装设备简介概述预焙阳极电解槽所用的阳极是由铝导杆、钢爪和焙烧好的碳素阳极块等组成.铝导杆和钢爪的联接是通过一个钢铝爆炸焊块（爆炸法将铝板和钢板焊接在一起），进行铝导杆－钢铝爆炸焊块－钢焊接使其形成一个整体，铝导杆和钢爪在电解过程中不消耗,只存在搬运过程中的机械损坏或偶尔将钢抓损坏,因此可以长期的循环使用.碳素阳极块在电解过程中将逐渐被损耗,当损耗到一定程度(残留约150mm 左右叫做”残极”)后,便从电解槽上取下,送往阳极组装车间除去残极和粘在其外的电解质,再与新的阳极碳块组成新的阳极.除掉残极和组装成新的阳极都是从一条生产线上进行的,其流程如图1-1所示,从电解槽上卸下的残极粘附着电解质一并运到阳极组装车间,运来的残极在装卸站挂到积放式悬链上,首先到电解质清理站,以清除残极上表面堆积的电解质,然后送到残极压脱站,将残极压脱下后,运到磷铁环压脱站，将磷铁环与钢爪剥离。
剥离后的钢爪进行钢爪清刷。
钢爪如有烧损或铝导杆弯曲时，要进行修理或校直，然后对铝导杆进行清刷将其与电解槽上阳极母线接触部分表面的氧化物或附着物清除掉，以减少其接触电阻。
将清刷后的铝导杆送至钢爪涂石墨机站将钢爪下部涂以石墨，以利于下次磷铁环的剥离。
涂石墨的钢爪再经过烘干处理送到磷铁浇铸站，将其插入碳块顶面的孔内，浇铸磷生铁，将两者固定在一起。
清理下来的电解质经破碎筛分(１mm以下)后返回电解槽，压脱下来的残极用皮带运至到颚式破碎机进行一次破碎,再送到反击碎机进行二次破碎.破碎后的残极送到碳素原料仓库.重新进入阳极车间作原料制备.阳极组装设备分为空中输送和地面作业两大部分，地面又分为线上和线下设备。
空中输送设备为积放式悬挂输送机，地面的线上设备有装卸站、电解质清理机、残极抛丸机、残极压脱机、磷铁环压脱机、钢爪清理机、铝导杆校直机、导杆清刷机、涂石墨装置、钢爪烘干机、浇铸机、中频炉编组机，以及不在线上的磷铁环清理滚筒、颚式破碎机和反击式破碎机等。
电解铝示意图
37阳极残极压脱机
现有技术:现各电解铝厂多采用国外进口设备,备件费用价格高,而国产化设备故障率高,特别是能适合双阳极的压脱.
残极压脱机用途:适合于阳极残极碳块的压脱.
结构设计原理：用阳极钢爪和残极的结构形状，将残极和阳极钢爪插入到残极压脱机的插齿条块中，利用顶升机构的顶尖将残极碳块破碎使之与阳极钢爪和磷铁环分离
设备特点:该设备具有结构简单,操作方便,维修修量小，,动力电耗低等特点。
.设备的主要结构部件为:
1.机架
2.液压站
3.滑动下料板
4.导向筒
5.顶升杆
6.顶尖
7.液压油缸等组成.注:该设备的液压站可与磷铁环压脱设备合二为一使用.
进展情况:该产品样机已经试制成功并在中铝轻金属研究院铝试验厂应用于工业生产.。
提高阳极钢爪导电性能的途径
２００２年第１Ｏ期 轻金属 ・ ３７・ 提高阳极钢爪导电性能的途径 王从曾 ，赵天德２，贾柏林２，陈景龙２，解世岳２ （１．北京工业大学材料科学与工程学院，北京１０００２２。２．山西关铝股份有限公司，山西运城０４４００１）
摘要：从阳极钢爪导电的本质出发，讨论了影响阳极钢爪导电性能的因素，并提出了提高阳极钢爪导电性的途径。 关键词：阳极钢爪；导电性；晶体缺陷；接触压降 中图分类号：ＴＦＳ０６．８０５文献标识码：Ｂ文章编号：１００２—１７５２［２００２）１０—００３７—０３
阳极钢爪（以下简称钢爪）是目前电解铝生产中 先进的预焙阳极电解槽的关键构件。其主要作用是 夹持阳极碳块，并给电解槽传输强大的直流电流（通 过每个钢爪的平均电流达６８００Ａ）。钢爪导电性能 的优劣直接影响电解铝生产的效率和经济效益。因 此，深入研究影响钢爪导电性能的因素，并在钢爪的 形状设计、材料选择、制造工艺（包括熔炼、铸造、热 处理爆炸焊接）等方面，尽可能地采用降低钢爪电阻 的设计方案、对降低电解铝的成本有着重要意义。 １ 钢爪导电的本质及影响因素 １．１钢爪导电的本质 众所周知，当大量金属原子聚合在一起构成金 属晶体时，绝大部分金属原子都将失去其价电子变 成正离子。正离子按照一定几何规律加以排列，并 在各自的位置上作微弱的热振动。而所有价电子则 都呈自由电子在各离子间自由地穿梭运动，为整个 金属中的原子所共有，形成所谓“电子气”。金属之 所以具有良好地导电性，就是由于在微小的外电场 作用下，金属晶体中的自由电子，会沿着电场方向作 加速运动而形成电流。当加速运动的自由电子受到 偏离平衡位置的金属正离子和中性原子的阻碍时， 其速度将会降低，这在宏观上就表现为电阻。当金 属的温度升高时，金属原子和正离子热振动加剧，使 自由电子在其间运动更加困难，故金属的电阻随温 度升高而加大，即金属具有正的电阻温度系数。凡 是阻碍金属自由电子运动的因素，都能导致金属的 电阻率升高。 １．２影响钢爪导电性能的因素 １．２．１化学成分的影响 设计院对钢爪的材质要求为ＺＧ２３０—４５０，该钢 属于一般工程用铸造碳钢。ＧＢ１１３５２～８９规定了 它的成分，如表１所列。
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电解铝用新型阳极钢爪
李姝婷1,王日昕2,伍永福3,姜彦平4
【摘要】［摘要］阳极钢爪是铝电解生产中预焙阳极的重要构件,主要作用是连接阳极炭块并向电解槽传输电流，其导电性能的优劣和使用寿命很大程度影响电解铝生产的电耗和经济效益。
目前，阳极钢爪均以废钢为原料，采用消失模铸造生产,易产生化学成分不稳定、电阻率高、抗氧化性差等缺陷。
新型阳极钢爪的材料为低碳钢,钢爪横梁使用热轧厚板，按照钢爪横梁尺寸进行切割，钢爪腿材料选择轧制圆棒，采用特种熔焊工艺将钢爪腿与钢爪横梁熔焊，实现全截面的冶金结合。
国内电解铝企业使用结果表明：新型阳极钢爪较普通铸造钢爪导电性和抗氧化性有一定提高，可以更好地满足电解铝生产的要求。
【期刊名称】中国有色冶金
【年(卷)，期】2017(046)005
【总页数】6
【关键词】［关键词］铝电解；阳极钢爪；特种熔焊工艺；全截面冶金结合电解铝阳极钢爪是电解槽上阳极炭块与母排线之间的连接组件，在铝电解过程中负载很大的电流，是电解铝生产企业最主要消耗件之一，钢爪质量的好坏直接影响生产效率和生产成本。
阳极钢爪要求组织致密，无铸造缺陷，化学成分稳定。
传统的消失模铸造方法，工艺繁锁,容易引起钢水的二次氧化,纯净度得不到保证,而且烧损元素成分的可控性较差，很难满足阳极钢爪电阻率低、导电性能好的工艺要求。
因此通过改进制造工艺提高阳极钢爪的使用性能，对降｛氐电解铝生产成本有看重要意义。
1普通铸造钢爪存在的主要问题。