CN101024885A - 铝钢复合结构阳极钢爪横梁制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种铝电解槽用铝钢复合结构阳极钢爪横梁产品的制造工艺方案。该方案是一个完整的技术保障体系，它的生产工艺包括：材料检验、下料冲孔、拼装组对、焊接成型、酸洗除锈、安装溶铸口、涂刷保护层、熔铸渗铝、切割清理、成品检验等工序。该工艺核心技术是把浇铸冒口直接点焊在钢横梁壳底中上部，用高温铝液浇铸到钢壳腔内，再在高温保持炉内、或熔铝锅内对钢梁壳和铝液同时进行高温处理，使铝芯和钢壳、导电板的结合界面在高温状态下产生相互浸渗，形成铝钢两种结合界面之间冶金晶相结合。采用这种一次性熔铸渗铝工艺，制作的铝钢复合结构阳极钢爪横梁具有强度高、节能效果好等特点，用于电解铝生产可使电压降下降25mV左右。

Description

铝钢复合结构阳极钢爪横梁制造工艺

技术领域：

本发明是一种铝电解槽用铝钢复合结构阳极钢爪横梁生产制造工艺技术方案。

背景技术：

铝钢复合结构阳极钢爪横梁是铝电解槽用阳极导电装置上的核心部件，主要起传导电流，承载重量，和实现铝钢联接过渡的作用。是现通用的铸钢阳极钢爪横梁和铝钢爆炸焊片的更新替代产品。铝钢复合结构阳极钢爪横梁的主要特点是电阻率低，应用于电解铝生产，电压降可比铸钢式横梁下降25mv左右，吨铝可节电80度左右。

铝钢复合结构阳极钢爪横梁，它的截面为矩形，采用钢壳包复着铝芯、铝芯又包复着导电板(钢板)，即钢包铝、铝又包钢的铝钢复合结构形式，横梁中部有和铝导杆相连的铝芯凸台。

该产品它有单阳极和双阴极两种结构形式，铝包钢、钢包铝的这种结构设计，充分考虑到铝钢两种材质的理、化性能指标，电解槽工况条件，发挥了铝材的优良的导电性能。现有的工艺装备水平能够满足制作要求。

铝钢复合结构阳极钢爪横梁，为国内外首创达到国际先进水平的新产品。该产品在研发阶段、设计者高德金等人已就其结构，申请了相关专利，实用新型专利(专利号为2003201267731)和发明专利(专利申请号：200310117269.X)。

但是，作为节能产品的铝钢复合结构阳极钢爪横梁所具有导电、承重和联接过渡功能，不仅要靠构思设计出来，而且还要靠生产制造厂家，用较少的生产投入，按照科学合理的生产工艺、制造出来。用合格产品的形式、把产品的功能和质量体现出来。

经过几年的研发实践，在吸取旧式阴极钢棒铝钢复合接头渗铝制造工艺的经验，结合铝钢复合结构阳极钢爪横梁构造，以及铝钢两种材料的理化性能，依据批量生产加工的方式，利用现有工装设备，及通用的加工工艺规则，经过反复实践总结，我们制定了一套完整的铝钢复合结构阳极钢爪横梁产品加工制作工艺，用以保证产品的质量和减少生了成本。

本发明的内容：

铝钢复合结构阳极钢爪横梁，从产品设计构思，到生产加工工序；从工艺操作到质量控制，是一个完整的技术保障体系。要生产出合格的产品，它的技术要点有三点：一是横梁钢体结构在电解工况条件下，保证有足够强度和承载能力，不变形、不开裂；二是铝芯和钢壳、导电板之间的铝钢结合界面能够互相渗透产生冶金晶相结合，使铝钢结合界面之间形成：钢中有铝、铝中有钢的熔铸晶相结合层；三是铝芯和上部铝芯凸台之间为采用一次溶铝浇铸，杜绝避免了二次浇铸铝液，产生氧化铝层，造成传导电阻值升高、铝芯脱落的现象。为此制定工艺方案如下：

工艺路线图如下：

材料检验——下料冲孔——拼装组对——焊接成型——酸洗除锈——安装溶铸口——涂刷保护层——熔铸渗铝——切割清理——成品检验

熔铸渗铝工艺的关键是使铝钢结合界面在高温熔溶状态下，铝钢两种金属产生冶金晶相结合，其基本工艺方法有两种：一种是将熔化后的铝水浇铸到已酸洗除锈过的钢横梁型壳体和浇铸模口内，趁热快速放入到高温保持炉内加热至820℃左右，保温一段时间使铝水和钢壳、导电板结合界面在熔溶状态下产生冶金晶相结合。另一种是将钢梁壳和浇铸模口，直接放入到铝加热熔槽内，使铝水流入灌满到钢梁腔壳体内，在铝水内保温加热至800℃左右，使铝水和钢梁壳、导电板结合界面在熔溶状态下产生冶金晶相结合。

具体实施方案：

本实施方案是以单阳极横梁、批量生产为依据，制定的工艺方案和质量控制要点：

1、材料检验：

材质：铝L2(A00)

钢Q215-Q235(A3)

控制材料的化学成份，要求低碳、低合金。保证材料的导电性能和焊接性能。

2、下料冲孔：按图纸要求下料，控制板材的下料编差和冲孔的中心偏差，保证拼装组对工艺材料零件的互换性。

3、拼装组对：按图纸要求将下好的料点焊组装成钢壳箱形梁体(在侧板组对拼装前，要先将底板和导电板满焊，以保证导电板的导电功能)。

4、焊接成型：将组对拼装好的箱形梁，两个一组将底板与底板点焊在一起，形成对称体，采用连续焊接。以防止焊接变形，焊接完毕后切开底板的点焊点，即完成钢壳箱的制作。焊缝要求符合焊接规范要求，保证焊壳的导电性能。

5、酸洗除锈：将盐酸内加入少量的锌块，以便酸洗后钢的表面含有氯化锌。将焊好的箱形梁钢壳体放到酸洗槽上，将盐酸倒入箱型梁腔壳内，浸蚀一段时间，除去横梁腔体内钢与铝内接触结合界面上的氧化铁，完全露出金属银光色后将酸液倒出，快速风干或烘干。

6、安装熔铸口：熔铸浇模口用铸钢或厚钢板制成(浇铸模口的下半部为铝芯凸台铸造模具)，安装熔铸模口时，熔铸模口与钢梁的接触缝隙要用耐火泥和石棉绳填满。防止腔体内铝水在渗铝熔铸出炉后，高温铝后水从缝隙中溢出。在安装熔铸模口时，用电焊点焊在酸洗完毕后的钢壳箱梁上方中心位置，安装上铝芯浇铸模口的高度要高于凸台设计尺寸200mm以上，以保证铝水冷却后的收缩量。

7、涂刷保护层：在安装完熔铸口的横梁箱体外表面和熔铸口的内表面涂刷上一层脱模剂作为防护层，防止外表面铝钢结合，以便于熔铸口脱模和钢壳外表面粘铝的清理。

8、熔铸渗铝：

方法一：将铝水加热到700℃以上时，把铝水同时浇铸到已安装好浇铸口的钢壳箱梁腔内和浇铸口内(浇铸口即为缩口)，用机具快速同时将几个浇铸好铝液的钢横梁，迅速放入到高温保持炉内加热保温，使铝液在钢壳横梁腔体内温度保持820℃左右，保温一段时间，使铝水和钢壳、导电板结合界面在熔溶状态下相互浸渗，产生冶金晶相结合，然后再从保持炉依次取出。

方法二：将铝水在渗铝熔铸锅内加热溶化到700℃以上，把已完成上述工序的钢壳箱梁和熔铸口，用吊具放渗铝熔铸锅槽内，并深入锅槽内铝水之中，铝水从上部熔铸口内流入并灌满整个腔体内部。在高温(820℃左右)铝水中，保持一段时间后，使铝钢界面互相渗透再熔溶状态下相互浸渗，然后再将灌满铝水的钢壳铝芯横梁从锅内取出，缓慢冷却，即完成渗铝熔铸工序。

9、切割清理：待钢壳铝芯横梁完全冷却后，去掉熔铸口，清理掉钢梁表面和铝芯表面脱模剂和粘铝等杂质，按图纸设计的要求高度，用锯割方式切掉铝芯凸台上部熔铸余量，即完成钢壳铝芯复合结构阳极钢爪横梁的制作。

10、成品检验：钢壳铝芯结构横梁制作完毕后，要进行冷电阻值测试，测试合格后，编号入库或与钢爪头组合焊接制作成钢爪组。

铝钢复合结构阳极钢爪横梁设计电阻值为：1.6～2.02μΩ

铝钢复合结构阳极钢爪横梁产品合格电阻值：2.2μΩ

测试区域：横梁凸台上部-横汾底端部(4点平均)

测试工具：双臂电桥

铝钢复合结构阳极钢横梁钢壳焊接制造工艺，是不同于其它金属结构产品的，它的焊缝设计是以导电为主，采用加大焊肉设计、低碳钢焊条焊接，是保证钢梁壳体和导电板，导电性能优良的前提条件；铝钢界面的冶金晶相结合，是保证产品质量的关键。采用本工艺方案和按质量控制要点，加工制造出的，铝钢复合阳极钢爪横梁。具有导电性能良好、强度高、变形小等特点。应用电解铝生产可使电解槽阳极导电装置电压降下降25mv左右，吨铝可节电80Kwh左右。节能型铝钢复合结构阳极钢爪横梁制作工艺是实现该产品节能效果的必要保证和技术手段。

Claims (2)

1.本发明是一种铝钢复合结构阳极钢爪横梁制作工艺方案，其技术特征是：把浇铸冒口(凸台铝芯模)，用电焊直接固定在酸洗除锈后的钢壳横梁中部连接口上，将熔化后的铝液浇入到钢横梁箱腔壳体和浇铸模口内，然后趁热快速放入到高温保持炉或高温溶铝槽内，加热至820℃左右，保温一段时间后，使铝水和钢壳、导电板结合界面在熔溶状态下，铝钢相互渗透，产生冶金晶相结合，一次性完成铝芯、铝芯凸台与钢制横梁内壳体、及导电板的熔铸渗铝工艺。使横梁形成一种钢包铝、铝又包钢的复合结构。

2.根据权利1所述铝钢复合结构阳极钢爪制作工艺工序，其特征是：钢横梁箱体制造——横梁内箱腔酸洗除锈——安装浇铸模口(冒口)——浇铸铝液、铝钢保温共渗——冷却清理加工等几个工序。