0 前言

在稀土电解行业中，阳极与铜排之间的连接方式有多种多样，比较普遍的是楔形卡子，在炉盖板上焊接固定架，把阳极安装上去后，阳极导电板与导电铜排或钢板接触，上面用楔形卡子卡紧.在使用过程中会出现这样的现象，即当使用一段时间后，由于它是楔形的、横截面积小、电流大，容易轻脱，并且其本身通过的电流密度就大，容易发热、烧红变形以及冒火花，铜排与阳极导电板间起弧放电，接触面容易烧坏，造成接触电阻增大^[1-3].设计中充分考虑了阳极工作过程，为使其更换方便，操作简单快捷，增加压接强度，使用了X 字造型设计，通过一根有两段反向螺纹的螺杆进行进退操作，卡具可达到松紧的效果.本卡具具有结构简单小巧、强度大、紧固压力大、操作方便等特点.

1 工作原理

小盒卡具是X 字型，中间部位为轴，上下部分可以合拢和分开.当用叉动丝杆转动时，内外销轴成反向运动，中心轴杆上升到挂钩位置时，侧板带动下面的焊接板运动，从而实现了压紧和松开动作^[4-5].由于叉动丝杆是两段反向螺纹，丝杆与销轴成90 °夹角，所以有自锁功能，在工作时不会有丝毫的松脱.

卡具的高度、宽度以及挂钩的高度存在以下关系：

其中：h 为挂钩内高，/mm；L 为卡具高度，/mm；d₁为铜排厚度，/mm；d₂为阳极导电板厚度，/mm；α为卡具两侧板夹角，/（°）；r 为套筒半径，/mm.

选材：一般采用45^# 钢，厚度在14～20 mm 之间，关键部件采用特殊材料和特殊处理.

2 设计及安装

（1）卡具的结构与组成.卡具的结构主要由中心轴、挂钩、侧板等9 个部件组成，详见图 1 所示.

（2）主要零件设计.叉动丝杆是核心部件，由45^#钢锻件制作，还需表面热处理及调质处理，如图 2.左端为左旋T 形螺纹，螺距4 mm，中间为右旋T 形螺纹，螺距4 mm，最右端为六角头部.螺纹长度、叉动丝杆长度和卡具高度之间关系式如下：

其中：L 为卡具高度，/mm；L₁为左旋T 型螺纹长度，/mm；L₂为右旋T 型螺纹长度，/mm；D₁为左旋T型螺纹直径，/mm；D₂为右旋T 型螺纹直径，/mm； D₃为六角头部外接圆直径，/mm.

中心轴杆和套筒是用40Cr 锻件制作，起到高强度耐磨的作用.焊接板如图 3，是由3 mm 厚的45^# 钢板弯制而成.挂钩是用45^# 钢机械加工制作，弯钩弧度不能过大，不然小盒卡具装卸困难.

（3）卡具的安装.将各零部件加工好后，先将叉动丝杆6 与外销轴4 和内销轴5 安装起来，调整叉动丝杆6 螺纹处于它们之间，再加上销轴、中心轴杆1 和套筒9，然后用焊接板与侧板焊接，最后涂上银粉漆.

（4）卡具的使用方法.挂钩2 焊接于炉盖板上，导电铜排横向平铺于炉盖板上挂钩2 之内，然后阳极放置于炉内，其导电板放于铜排上表面，最后小盒卡具处于最松状态放于阳极导电板上，中必轴杆1 随着卡具的紧固顶住挂钩2，这样就能达到紧固的效果.当要松脱时，用扳手旋转丝杆6，松脱卡具，当中心轴杆脱离挂钩2 时，可把卡具取出，阳极也可以取出更换.

（5）卡具的工作环境.由于稀土熔盐电解属于高温作业，炉口温度约1000 ℃，熔盐为氟化物体系，卡具工作位置在炉口约200 mm 处，所以需要耐高温耐腐蚀的要求.本卡具在制作过程中，经过了多种特殊处理，比如锻打、表面热处理、调质处理以及刷防护漆处理等，所以能够在这样的环境下正常工作.

3 与传统阳极卡具对比

（1）传统阳极卡具在样式上大同小异，下面是南方某稀土金属厂使用的卡具，示意图如图 4：

使用方法：首先安装好铜排，然后把两个3 U 型卡钩焊接于炉盖板上，放上阳极其导电板压在铜排上，最后用榔头把楔形卡具捶紧.换阳极时，把楔形卡具松脱即可.

（2）压力测试.在相同条件下，对楔形卡具及小盒卡具进行4 次紧固压力测试，测试结果见表 1.

从表 1 可以看出，小盒卡具能够产生的卡紧压力约在199.9 MPa，是楔形卡具的4 倍，这对铜排与阳极导电板间的面面接触起到了高强度的固定作用.在其工作时，面面接触就不容易产生电弧，也就不容易冒火花，导电接触比较好.

（3）压接点电压降测试.众所周知，电流通过两块拼接导体时，根据拼接效果不同会产生不同程度的压接电阻.比如两根导线拧在一起，如果不够牢固，容易起火花.在稀土熔盐电解生产中，阳极是日常消耗品，它通过导电铜排与整流设备正极相连，单块阳极通过的电流大约在1000 A，所以属于大电流作业.当阳极导电板（45^# 钢）与导电铜排（铜）压接不够牢固时，就会在压接界面上起弧放电，产生耀眼的火花，在两界面上留下烧伤疤痕，甚至烧毁导电板和铜排，这对电解生产是不利的，久而久之压接电阻增大，槽压上升，电耗增大^[6-7].

采用毫伏表测得各压接点电压降，结果见表 2、表 3 和表 4.

根据欧姆定律可知，U _压接=R _压接I，当经过的电流一定时，随着压接电阻R 值的变化，压接电压也不同.从表 2~表 4 可以看出，不管是在相同材料还是不同材料的面面压接时，不同的压接工具所产生的压接电阻也不同，小盒卡具的压接效果比楔形卡具要好很多，铜－铜的压接电压损耗最小.稀土电解中阳极与铜排压接属于钢－铜间的压接，小盒卡具比楔形卡具减少了约170 mV 的电压降.不管是哪种材料相互压接，其压接电压损耗是无法消除的，但是可以通过一定的方式尽可能地降低.由此可见，小盒卡具在上述方面具有较大的优势，为降低压接点电压损耗可起到关键作用.

4 结束语

楔形卡具在稀土电解行业中普遍使用，由于它存在着容易松脱、发热、烧红变形以及冒火花等缺点，就需要寻求更好的阳极卡具.而小盒卡具实用性强，可适用于小型、中型以及大型稀土电解槽，通过修改部分零件尺寸，可满足各种槽型的需要.通过生产实践证明，本卡具在使用过程中不发热、不变形、不松脱，具有紧固压力大、导电性好等优点，为改善阳极压接方式取得了良好的效果.