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[摘 要]本文结合铜电解生产实际情况，综合分析了不锈钢阴极板在使用过程中存在的问题，以及产生该问题的原因。同时，对比国内流形的同行业生产厂家的不锈钢阴极板结构形式，采用局部改进办法，设计出一种具有新型导电结构的不锈钢阴极板，该类型的不锈钢阴极板经过试用后，达到了预期效果，具有推广应用的价值。
[关键词]铜电解 不锈钢阴极板 导电结构 改进 新型
中图分类号：TU557 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0296-02
铜电解采用永久阴极电解法生产是当前国内外厂家优先采用的方法。采用不锈钢永久阴极电解，优点是电流密度高、阴极周期短、蒸汽耗量低、残极率低、流程简单、自动化程度高。永久阴极电解工艺符合电解铜清洁生产标准，代表了21世纪铜电解工艺的发展趋势。
一、不锈钢阴极板结构形式剖析
当前因各个电解铜生产公司采用的阴极板结构形式均有差异，现选取某公司产品进行分析，它的主要结构与组成如下：
参见图1、图2，该不锈钢阴极板包括有导电棒组件和不锈钢阴极板101，导电结构包括有导电棒201和导电棒套管3，并且在导电棒套管3的两端分别设有用于固定导电棒套管3的防腐护套4，防腐护套4与导电棒201之间通过螺栓铜铆钉紧固连接，其中导电棒201包括有空心的不锈钢内支撑管5和包裹在内支撑管5四周的铜质管6，导电棒201的两端均通过螺栓铜铆钉固定有密封盖7；所述铜质管6为三个方形边和一个圆弧边601构成的异型管，不锈钢阴极板101的板体上端与圆弧边601的弧底焊装在一起；所述导电棒套管3包括与铜质管6三个方形边相配合的一底面板301和两个侧面板302以及与圆弧边601相配合的两个斜面板303，两个斜面板303的开口口沿与不锈钢阴极板101的板体通过不锈钢焊接在一起，所述两个斜面板303与圆弧边601之间存在空腔；所述不锈钢阴极板101上开设有吊装孔801，在不锈钢阴极板101下端边沿开设有V形槽901。
二、实际使用过程中存在的问题现象与分析
在某厂实际使用过程中，上述不锈钢阴极板部份出现失效与变形现象。经过统计分析，失效与变形现象主要表现有：
1、阴极板承载能力差，导电棒两端容易发生向上弯曲变形，进而导致导电棒与导电排接触不良，导电性能下降，能耗升高；
2、导电棒的两端的密封套与导电套管之间、导电棒的不锈钢内支撑管、铜质管、导电棒套管之间存在间隙，密封性差，致使电解液、电铜冲洗水等腐蚀性液体容易进入间隙内，导致导电棒中内置的不锈钢内支撑管发生腐蚀，加重了导电棒的变形，同时，导致电解液等腐蚀性液体流出内循环系统，污染环境、损坏设备设施；
3、阴极板导电结构中两个斜面板与圆弧边之间形成的空腔中往往会产生电解液的积存，这些积存的电解液很容易对导电棒与不锈钢阴极板接触的部位产生腐蚀，影响导电性能。
三、国内主流厂家不锈钢阴板板导电结构形式对比
本文选取了三种国内较大范围应用的不锈钢阴极板，对它们的导电结构进行分析，综合分析它们的优、缺点，为后续改进提供技术支撑。
1、第一种不锈钢阴极板导电结构。此种不锈钢阴极板导电结构的导电棒为不锈钢包实芯导电铜棒，其实芯导电铜棒下部略带弧形（如图3）。其特点是：
2、第二种不锈钢阴极板导电结构。第二种不锈钢阴极板的导电棒与EPCM9001不锈钢阴极板的导电棒不同，其导电铜棒为空芯，在空芯导电铜棒内再嵌有不锈钢管（如图4）。其特点是：
3、第三种不锈钢阴极板导电结构。第三种不锈钢阴极板导电结构的导电棒为钢包铜再包钢复合结构，采用爆炸焊接，并使其压合为一体，不锈钢板与导电棒的不锈钢管焊接（如图5）。其特点是：
四、不锈钢阴极板导电结构的改进方案
此次改进的目的就是要解决当前阴极板组件承载能力差，容易发生形变，以及阴极板组件中易积存电解液从而影响导电性能，以及导电棒各层之间存在间隙从而导致电解液等腐蚀性液体污染环境的问题，为此提供一种应用于铜电解加工的承载性强、成本低、导电性能好的不锈钢阴极。
比较以上三种不锈钢阴极板导电结构实际情况，结合生产现场实际使用情况，以及配套机组的通过性，现将不锈钢阴极板从以下几个方面进行改进。
a.改进导电棒结构由空心改进成实心，提高承载力。导电棒由圆钢棒、包裹在圆钢棒外部的异型导电铜管和包裹在异型导电铜管外部的不锈钢管紧密结合而成。
b.改进了导电棒的结合方式，通过爆炸复合，并挤压成形。将圆钢棒、包裹在圆钢棒外部的异型导电铜管和包裹在异型导电铜管外部的不锈钢管通过爆炸复合，并挤压成形，形成了结合面致密，阻止了电解液的进入。
c.改进导电棒两端的密封方式。采用成形的不锈钢端盖进行焊接密封，有效地保护了内层套管，同时，也防止外层套管的开裂。
d.改进不锈钢阴极板与导电棒结合面。导电棒的底部开设有轴向布置的卡槽，卡槽的槽宽和槽长分别匹配不锈钢阴极板的厚度和宽度，卡槽的槽底深入至异型导电铜管的底部2-3mm，增大了接触面积，提高了导电性能。
五、改进后的一种新型导电结构
1、结构形式的改进。导电棒202由圆钢棒10、包裹在圆钢棒10外部的异型导电铜管11和包裹在异型导电铜管11外部的不锈钢管12通过爆炸焊接复合，并挤压成形，所述导电棒202的两端均开设有缺口使得异型导电铜管11的下半段裸露在外部，并在异型导电铜管11的端口处焊装有用于密封方钢棒10的铜质闷盖13，导电棒202的底部开设有轴向布置的卡槽14，卡槽14的槽宽和槽长分别匹配不锈钢阴极板102的厚度和宽度，卡槽14的槽底深入至异型导电铜管11的底部2-3mm，所述不锈钢阴极板102的上端插入至卡槽14中与异型导电铜管11相接触，接触为过盈配合，从而提高了导电性能，并且不锈钢阴极板102与卡槽14的两侧槽沿之间通过不锈钢焊接固定。（图6-图9）
2、材质的改进。本导电棒中所述方钢棒10选用材质为A3钢；所述异型导电铜管11选用材质为T2铜，异型导电铜管11具有“口”字型截面结构，其中异型导电铜管11的底部加工后呈弧形结构，保证了阴极板能实现自铅垂，且异型导电铜管11的底部壁厚大于上部壁厚大于两侧壁厚，从而有利于确保不锈钢阴极板102能与异型导电铜管充分接触，增大导电面积；所述不锈钢管12选用的材质为316L不锈钢；所述闷盖13由1.5mm厚的T2纯铜板制成，与导电棒两端铜层进行焊接，从而防止了电解槽中的电解液对方钢棒10造成腐蚀，延长了导电棒202和不锈钢阴极板102的使用寿命。
通过对对以上改进的实施并试制试用，此种改进的不锈钢阴极板完全在不用改变现有的设备设施情况下替代现在的阴极板，并且在某厂生产现場得到了验证，解决了目前国内流形导电结构生产上出现的问题，取得了较好的效果。
[关键词]铜电解 不锈钢阴极板 导电结构 改进 新型
中图分类号：TU557 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0296-02
铜电解采用永久阴极电解法生产是当前国内外厂家优先采用的方法。采用不锈钢永久阴极电解，优点是电流密度高、阴极周期短、蒸汽耗量低、残极率低、流程简单、自动化程度高。永久阴极电解工艺符合电解铜清洁生产标准，代表了21世纪铜电解工艺的发展趋势。
一、不锈钢阴极板结构形式剖析
当前因各个电解铜生产公司采用的阴极板结构形式均有差异，现选取某公司产品进行分析，它的主要结构与组成如下：
参见图1、图2，该不锈钢阴极板包括有导电棒组件和不锈钢阴极板101，导电结构包括有导电棒201和导电棒套管3，并且在导电棒套管3的两端分别设有用于固定导电棒套管3的防腐护套4，防腐护套4与导电棒201之间通过螺栓铜铆钉紧固连接，其中导电棒201包括有空心的不锈钢内支撑管5和包裹在内支撑管5四周的铜质管6，导电棒201的两端均通过螺栓铜铆钉固定有密封盖7；所述铜质管6为三个方形边和一个圆弧边601构成的异型管，不锈钢阴极板101的板体上端与圆弧边601的弧底焊装在一起；所述导电棒套管3包括与铜质管6三个方形边相配合的一底面板301和两个侧面板302以及与圆弧边601相配合的两个斜面板303，两个斜面板303的开口口沿与不锈钢阴极板101的板体通过不锈钢焊接在一起，所述两个斜面板303与圆弧边601之间存在空腔；所述不锈钢阴极板101上开设有吊装孔801，在不锈钢阴极板101下端边沿开设有V形槽901。
二、实际使用过程中存在的问题现象与分析
在某厂实际使用过程中，上述不锈钢阴极板部份出现失效与变形现象。经过统计分析，失效与变形现象主要表现有：
1、阴极板承载能力差，导电棒两端容易发生向上弯曲变形，进而导致导电棒与导电排接触不良，导电性能下降，能耗升高；
2、导电棒的两端的密封套与导电套管之间、导电棒的不锈钢内支撑管、铜质管、导电棒套管之间存在间隙，密封性差，致使电解液、电铜冲洗水等腐蚀性液体容易进入间隙内，导致导电棒中内置的不锈钢内支撑管发生腐蚀，加重了导电棒的变形，同时，导致电解液等腐蚀性液体流出内循环系统，污染环境、损坏设备设施；
3、阴极板导电结构中两个斜面板与圆弧边之间形成的空腔中往往会产生电解液的积存，这些积存的电解液很容易对导电棒与不锈钢阴极板接触的部位产生腐蚀，影响导电性能。
三、国内主流厂家不锈钢阴板板导电结构形式对比
本文选取了三种国内较大范围应用的不锈钢阴极板，对它们的导电结构进行分析，综合分析它们的优、缺点，为后续改进提供技术支撑。
1、第一种不锈钢阴极板导电结构。此种不锈钢阴极板导电结构的导电棒为不锈钢包实芯导电铜棒，其实芯导电铜棒下部略带弧形（如图3）。其特点是：
2、第二种不锈钢阴极板导电结构。第二种不锈钢阴极板的导电棒与EPCM9001不锈钢阴极板的导电棒不同，其导电铜棒为空芯，在空芯导电铜棒内再嵌有不锈钢管（如图4）。其特点是：
3、第三种不锈钢阴极板导电结构。第三种不锈钢阴极板导电结构的导电棒为钢包铜再包钢复合结构，采用爆炸焊接，并使其压合为一体，不锈钢板与导电棒的不锈钢管焊接（如图5）。其特点是：
四、不锈钢阴极板导电结构的改进方案
此次改进的目的就是要解决当前阴极板组件承载能力差，容易发生形变，以及阴极板组件中易积存电解液从而影响导电性能，以及导电棒各层之间存在间隙从而导致电解液等腐蚀性液体污染环境的问题，为此提供一种应用于铜电解加工的承载性强、成本低、导电性能好的不锈钢阴极。
比较以上三种不锈钢阴极板导电结构实际情况，结合生产现场实际使用情况，以及配套机组的通过性，现将不锈钢阴极板从以下几个方面进行改进。
a.改进导电棒结构由空心改进成实心，提高承载力。导电棒由圆钢棒、包裹在圆钢棒外部的异型导电铜管和包裹在异型导电铜管外部的不锈钢管紧密结合而成。
b.改进了导电棒的结合方式，通过爆炸复合，并挤压成形。将圆钢棒、包裹在圆钢棒外部的异型导电铜管和包裹在异型导电铜管外部的不锈钢管通过爆炸复合，并挤压成形，形成了结合面致密，阻止了电解液的进入。
c.改进导电棒两端的密封方式。采用成形的不锈钢端盖进行焊接密封，有效地保护了内层套管，同时，也防止外层套管的开裂。
d.改进不锈钢阴极板与导电棒结合面。导电棒的底部开设有轴向布置的卡槽，卡槽的槽宽和槽长分别匹配不锈钢阴极板的厚度和宽度，卡槽的槽底深入至异型导电铜管的底部2-3mm，增大了接触面积，提高了导电性能。
五、改进后的一种新型导电结构
1、结构形式的改进。导电棒202由圆钢棒10、包裹在圆钢棒10外部的异型导电铜管11和包裹在异型导电铜管11外部的不锈钢管12通过爆炸焊接复合，并挤压成形，所述导电棒202的两端均开设有缺口使得异型导电铜管11的下半段裸露在外部，并在异型导电铜管11的端口处焊装有用于密封方钢棒10的铜质闷盖13，导电棒202的底部开设有轴向布置的卡槽14，卡槽14的槽宽和槽长分别匹配不锈钢阴极板102的厚度和宽度，卡槽14的槽底深入至异型导电铜管11的底部2-3mm，所述不锈钢阴极板102的上端插入至卡槽14中与异型导电铜管11相接触，接触为过盈配合，从而提高了导电性能，并且不锈钢阴极板102与卡槽14的两侧槽沿之间通过不锈钢焊接固定。（图6-图9）
2、材质的改进。本导电棒中所述方钢棒10选用材质为A3钢；所述异型导电铜管11选用材质为T2铜，异型导电铜管11具有“口”字型截面结构，其中异型导电铜管11的底部加工后呈弧形结构，保证了阴极板能实现自铅垂，且异型导电铜管11的底部壁厚大于上部壁厚大于两侧壁厚，从而有利于确保不锈钢阴极板102能与异型导电铜管充分接触，增大导电面积；所述不锈钢管12选用的材质为316L不锈钢；所述闷盖13由1.5mm厚的T2纯铜板制成，与导电棒两端铜层进行焊接，从而防止了电解槽中的电解液对方钢棒10造成腐蚀，延长了导电棒202和不锈钢阴极板102的使用寿命。
通过对对以上改进的实施并试制试用，此种改进的不锈钢阴极板完全在不用改变现有的设备设施情况下替代现在的阴极板，并且在某厂生产现場得到了验证，解决了目前国内流形导电结构生产上出现的问题，取得了较好的效果。