CN100523308C - 一种铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法，涉及一种铝电解槽大修，特别是电解槽阴极钢棒的大修焊接方法。其特征在于将含有铝粉和氧化铁粉的铝热反应药剂粉，放入位于两段阴极钢棒间隙上部、底部带有自熔塞的石英坩埚中，用发火剂镁条点燃后，产生融熔的铁水流入用石英砂模将阴极钢棒间隙的左、右侧面和底面封堵形成的焊接模型的腔体中，将两段阴极钢棒焊接。本发明的方法，可以避免强磁场和环境对焊接操作的影响，使焊接方法快捷方便，焊接牢固，阴极电压降低，整体效果好。
Description
技术领域
一种铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法，涉及一种铝电解槽大修，特别是电解槽阴极钢棒的大修焊接方法。
背景技术
电解槽停槽以后必须经过大修才能进行正常生产，电解槽大修其中一个重要的环节就是阴极钢棒的焊接。在实施过程中，阴极钢棒与阴极小母线先与旧钢棒切割分离，再与新钢棒连接。
根据焊接中金属所处的状态不同，焊接可分为压力焊、熔化焊和钎焊三大类。铝电解行业中阴极钢棒一般采用钢板层层焊接的方法(即黑色接触熔化焊接)，该方法阴极小母线与阴极钢棒相连接的部位(即钢板层层焊接部份)叫做焊接过渡段。
现国内外对过渡段的焊接还未见报道，且现在铝电解厂多采用大电流生产，为消弱强电磁场对黑色焊接产生的干扰，被迫采用“双过渡段”的方法连接阴极钢棒及小母线，而且有时还得需要架设临时母线，以分担电流，增加了电能消耗，同时强磁场的干扰也影响了焊接质量，并增加员工的劳动强度。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供能有效减少电能消耗、避免强磁场的干扰、保证焊接质量、降低劳动强度、操作简单快捷的铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法，其特征在于将含有铝粉和氧化铁的铝热反应药剂，放入位于两段阴极钢棒间隙上部、底部带有自熔塞的石英坩埚中，用发火剂镁条点燃后，产生融熔的铁水流入用石英砂模将阴极钢棒间隙的左、右侧面和底面封堵形成的焊接模型的腔体中，将两段阴极钢棒焊接。
本发明的方法，其特征在于其铝热反应药剂的重量百分比组成为：20％-30％Al粉、5％-10％Fe粉，余量为Fe2O3粉。
本发明的方法，其特征在于其焊接用的石英坩埚的自熔塞为帽状的碗形铁塞。
本发明的方法，其特征在于其铝热反应药剂中含有3％-5％锰铁合金粉。在铝热剂中加入的锰铁合金为市售标准型号锰铁合金。锰铁合金中的锰可使焊接点成份接近阴极钢棒成份，有效增加阴极钢棒焊接性能。
本发明的方法，铝热剂焊接法原理是把铝热剂用发火剂将其点燃，发生如下铝热化学反应：2Al+Fe2O3＝2Fe+Al2O3+热量。在反应中温度可达2000℃以上，生成铁水和氧化铝浮渣，高温铁水可完成瞬间对工件的焊接。高温铁水在10秒左右注入焊接模型腔，使焊缝具有较高热容量，因而可使焊接区得到较小冷却速度。
本发明的方法，盛放药剂的石英坩埚可以承受2000℃以上的高温反应，能反复使用。根据底部阴极钢棒焊接特性和应用情况，采用一次性石英砂焊接模型。焊接模型由两块分别贴附两阴极钢棒间隙处侧面和一块贴附于两阴极钢棒间隙处底面、且将两阴极钢棒间隙封堵成一模型腔的三块石英块分组成，用外部铁卡具卡紧，形成外三面密封内带两个气孔的优良焊接模型内腔，使焊接更合理更安全更可靠。
本发明的方法，石英坩埚底部采用自熔塞，当铁水达到预定温度时自熔塞会自动熔化，通过铁水，避免了人工捣开与夹渣的现象，提高焊接质量。
本发明的方法，焊接前对阴极钢棒表面进行处理，清除掉灰尘、铁锈、杂物并钝化，使阴极钢棒表面清洁度增加，提高阴极钢棒与炭块接触质量，降低阴极电压降。焊接时，摆放好要焊接的两根阴极钢棒，使中间焊口距离保持间隙，并且焊口保持清洁，焊口断面保持垂直与平行。
本发明的方法，为了提高焊接效果，焊接前需要对阴极钢棒焊口表面进行预热，使焊口表面预热温度达到800℃以上。当各类工序和预热焊口完成后立即点燃上部容器内焊药引燃剂，使焊药在极短时间内(约10秒内)发生剧烈铝热反应，生成的高温铁水流进下边焊接模型焊腔内，完成阴极钢棒的焊接。清理表面焊药浮渣，露出饱满焊肉和焊接部位，完成操作。
本发明的方法，可以避免强磁场和环境对焊接操作的影响，使焊接方法快捷方便，焊肉饱满，焊接牢固，阴极电压降低，整体焊接效果好，能取得与钢棒相同的导电率，有利于节能降耗，实现了常规黑色焊接以外的焊接新法，消除了磁场对焊接的影响，特别适合于“强磁场和其它恶劣环境下”常规方法不能进行的焊接。
具体实施方式
一种铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法，其特征在于将铝粉和氧化铁粉按发生铝热反应的配比混合，放入位于两段阴极钢棒间隙上部、底部带有自熔塞的石英坩埚中，用发火剂镁条点燃后，产生融熔的铁水流入用石英砂模将阴极钢棒间隙的左、右侧面和底面封堵形成的焊接模型的腔体中，将两段阴极钢棒焊接。
铝热剂焊接过程整个包括两部分：(1)先把阴极钢棒在处理槽内进行表面除锈与钝化；(2)进行磷生铁浇注后，再把带有阴极钢棒的阴极炭块组摆放到电解槽内，对阴极钢棒“过渡段”进行铝热剂焊接。
实施例1
在对85kA预焙槽宽130×130mm的阴极钢棒实施铝热剂焊接过程中，首先将配比为27％Al粉、6％Fe粉、余量为Fe2O3粉焊药放入石英坩埚中；准确摆放阴极钢棒：摆放好要焊接的两根阴极钢棒，使中间焊口距离保持2cm，并且焊口保持清洁，焊口断面保持垂直与平行；组装焊接模型：将焊接模型的左、右和底部3部分组装在欲焊接的阴极棒接口处，用外部铁卡具卡紧，形成外三面密封内带两个气孔的焊接模型内腔；阴极钢棒预热：为了提高焊接效果，焊接前需要对阴极钢棒焊口表面进行预热，使焊口表面预热温度达到900℃。当各类工序和预热焊口完成后立即点燃上部容器内焊药引燃剂，使焊药在极短时间内(约10秒内)发生剧烈铝热反应，生成的高温铁水流进下边焊接模型焊腔内，完成阴极钢棒的焊接。
实施例2
在对85kA预焙槽宽130×130mm的阴极钢棒实施铝热剂焊接过程中，首先将配比为24％Al粉、7％Fe粉、3％锰铁合金粉、余量为Fe2O3粉焊药放入石英坩埚中；准确摆放阴极钢棒：摆放好要焊接的两根阴极钢棒，使中间焊口距离保持2cm，并且焊口保持清洁，焊口断面保持垂直与平行；组装焊接模型：将焊接模型的左、右和底部3部分组装在欲焊接的阴极棒接口处，用外部铁卡具卡紧，形成外三面密封内带两个气孔的焊接模型内腔；阴极钢棒预热：为了提高焊接效果，焊接前需要对阴极钢棒焊口表面进行预热，使焊口表面预热温度达到800℃。当各类工序和预热焊口完成后立即点燃上部容器内焊药引燃剂，使焊药在极短时间内(约10秒内)发生剧烈铝热反应，生成的高温铁水流进下边焊接模型焊腔内，完成阴极钢棒的焊接。
实施例3
在对85kA预焙槽宽130×130mm的阴极钢棒实施铝热剂焊接过程中，首先将配比为22％Al粉、9％Fe粉、5％锰铁合金粉、余量为Fe2O3粉焊药放入石英坩埚中；准确摆放阴极钢棒：摆放好要焊接的两根阴极钢棒，使中间焊口距离保持2cm，并且焊口保持清洁，焊口断面保持垂直与平行；组装焊接模型：将焊接模型的左、右和底部3部分组装在欲焊接的阴极棒接口处，用外部铁卡具卡紧，形成外三面密封内带两个气孔的焊接模型内腔；阴极钢棒预热：为了提高焊接效果，焊接前需要对阴极钢棒焊口表面进行预热，使焊口表面预热温度达到850℃以上。当各类工序和预热焊口完成后立即点燃上部容器内焊药引燃剂，使焊药在极短时间内(约10秒内)发生剧烈铝热反应，生成的高温铁水流进下边焊接模型焊腔内，完成阴极钢棒的焊接。
Claims (7)
1.一种铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法，其特征在于将含有铝粉和氧化铁粉的铝热反应药剂，放入位于两段阴极钢棒间隙上部、底部带有自熔塞的石英坩埚中，用发火剂镁条点燃后，产生融熔的铁水流入用石英砂模将阴极钢棒间隙的左、右侧面和底面封堵形成的焊接模型的腔体中，将两段阴极钢棒焊接。
2.根据权利要求1所述的一种铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法，其特征在于其铝热反应药剂的重量百分比组成为：20％-30％A1粉、5％-10％Fe粉，余量为Fe2O3粉。
3.根据权利要求2所述的一种铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法，其特征在于铝热反应药剂中含有3％-5％锰铁合金粉。
4.根据权利要求1所述的一种铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法，其特征在于焊接模型由两块分别贴附两阴极钢棒间隙处侧面和一块贴附于两阴极钢棒间隙处底面、且将两阴极钢棒间隙封堵成一模型腔的三块石英块分组成，用外部铁卡具卡紧，形成外三面密封内带两个气孔的优良焊接模型内腔。
5.根据权利要求1所述的一种铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法，其特征在于石英坩埚的自熔塞为帽状的碗形铁塞。
6.根据权利要求1所述的一种铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法，其特征在于焊接前对阴极钢棒表面进行处理，清除掉灰尘、铁锈、杂物，使阴极钢棒表面清洁度增加，提高阴极钢棒与炭块接触质量，降低阴极电压降；焊接时，摆放好要焊接的两根阴极钢棒，使中间焊口距离保持间隙，并且焊口保持清洁，焊口断面保持垂直与平行。
7.根据权利要求1所述的一种铝热剂焊接铝电解槽阴极钢棒的方法，其特征在于焊接前对阴极钢棒焊口表面进行预热，使焊口表面预热温度达到800℃以上。
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