CN101249585A - 铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝电解槽的大修工艺，具体地说是涉及一种铝电解槽的大修时阴极钢棒的带电焊接方法。本发明阴极钢棒带电焊接方法是将模具安装在阴极钢棒上，在模具的上面安装坩埚，向坩埚里倒入焊药和引燃药；在坩埚的上面安装分流器；在分流器的上面安装模具盖，在模具盖上的引燃洞孔倒入引燃药和导火索，用明火点燃导火索启动燃烧，利用其发生化学反应产生的熔融金属从模具上导流槽洞孔注入将新旧阴极钢棒间隙与模具底盘形成的腔体中将两段阴极钢棒焊接在一起；等待5分钟后，拆卸模具，即完成本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接。采用本发明进行铝电解槽阴极钢棒焊接时，系列不停电，操作人员在槽内操作，解决了安全问题；铝电解槽启动运行后炉底压降为299mV。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝电解槽的大修工艺，具体地说是涉及一种铝电解槽的大修时阴极钢棒的带电焊接方法。
背景技术
目前，铝电解槽停槽后，需将废旧阴极钢棒从槽壳内割断、吊出，并将从槽壳的钢棒孔伸出槽壳外的钢棒头在与阴极软带的连接处割断，再将钢棒头取出。在电解槽大修时，新的阴极钢棒安装在阴极上，钢棒的两头从槽壳伸出去。因为将阴极钢棒与阴极软带焊接在一起的方法是传统的氩弧焊，由于通过电解槽的大电流产生的强磁场，所以需要在焊接前进行电解系列停电，以消除强磁场下铁液飞溅对焊接质量的影响。
已有的停电焊接技术对电解系列的不利影响有：焊接一台槽的阴极钢棒需要40～50min，此时电解系列几百台槽停电状态下不能生产；再次送电后对电解槽的冲击大，影响电力供应。焊接工艺存在的不安全因素有：阴极钢棒焊接采用手工焊，焊接时焊工站在阴极汇流母线上，既存在高空坠落的安全隐患，又有高温烘烤及焊接烟气的熏蒸，操作环境恶劣。割断钢棒头与焊接操作存在的难度有：钢棒头不容易从阴极钢棒孔取出，需要从槽外吊出，受电解槽的磁场影响，吊出难度大；焊接时用钢片将阴极钢棒与阴极软带连接，需要两个人操作，由于空间狭小，极大地增加了工人的劳动强度；立柱母线的温度高达80℃，在焊接过程中，极易烫伤操作者，焊接质量及焊口的对接以及焊接都受到一定影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供一种可消除已有的停电焊接技术对电解系列的不利影响、消除焊接工艺存在的不安全因素、简化焊接操作的铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法。
本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法通过下述技术方案予以实现：本发明一种铝电解槽阴极钢棒带电焊接方法在于将要焊接的新旧阴极钢棒之间的间隙将需焊接的新旧钢棒端头采用本发明专用夹具上的带螺纹U型卡具、U型卡具连接板、正反螺纹连接螺杆对齐确定在12-14毫米之间；将模具安装在阴极钢棒上，使模具上导流槽洞孔和阴极钢棒之间的间隙对中；在模具的上面安装坩埚，在坩埚里放入铜片，向坩埚里倒入焊药，向坩埚里倒入引燃药；在坩埚的上面安装模具的部件分流器；在分流器的上面安装模具盖，在模具盖上的引燃洞孔倒入引燃药；在模具盖上的引燃洞孔中的引燃药里放置导火索，用明火点燃导火索启动燃烧，利用其发生化学反应产生的熔融金属从模具上导流槽洞孔注入将新旧阴极钢棒间隙与模具底盘形成的腔体中将两段阴极钢棒焊接在一起；等待5分钟后，拆卸模具，即完成本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接。
本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法与现有技术相比较有如下有益效果：本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法采用了美国艾力高公司提供的成熟模具和焊药，并在坩埚中放入钢片和铝粉，本焊接方法中由化学反应产生的熔融金属是铜，铜的熔点是1083℃，钢的熔点是1515℃，在化学反应的瞬间，产生的反应温度高达1200℃以上，此时液态的铜温度高于其熔点100℃以上。当熔融的铜液与钢棒接触后，铜和钢的表面层交错在一起，待冷却后钢棒间隙即被铜充满，由铜将钢棒连接在了一起。本发明焊接的钢棒经焊接面的抗拉强度和弯曲强度测试，增加拉力的过程中，焊接钢棒接头保持牢固地连接，其抗拉强度远远大于普通的电焊接。弯曲强度为809N/mm2，弯曲性能优良。其导电性能为17.8μΩ，焊接用的焊药主要元素为铜，焊接部位的载流能力大于钢棒本身，电阻率小于等长度等截面的钢棒。采用本发明进行铝电解槽阴极钢棒焊接时，系列不停电，操作人员在槽内操作，解决了安全问题；铝电解槽启动运行后炉底压降为299mV。本发明所采用的焊接方法不用外部电源，不受磁场影响，反应速度快，且焊接过程不受被焊金属影响，焊接质量好，生产效率高。本发明方法适用于铝电解槽大修时阴极钢棒的带电焊接。
附图说明
本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法有如下附图：
图1为本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法工艺流程示意图；
图2为本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法带电焊接方案结构示意图；
图3为本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法模具左视结构示意图；
图4为本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法模具主视结构示意图；
图5为本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法对位夹具主视结构示意图；
图6为本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法剖视结构示意图。
其中：1、软母线；2、爆炸块；3、连接焊片；4、槽沿；5、焊接部位；6、阴极钢棒；7、模具底盘；8、坩埚；9、分流器；10、模具盖；11、引燃洞孔；12、导流槽洞孔；13、对位夹具连接螺杆；14、对位夹具带螺纹U型卡具；15、对位夹具U型卡具连接板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法技术方案作进一步描述。
如图1-图6所示，本发明一种铝电解槽阴极钢棒带电焊接方法在于：将要焊接的新旧阴极钢棒之间的间隙将需焊接的新旧钢棒端头采用本发明专用夹具上的带螺纹U型卡具、U型卡具连接板、正反螺纹连接螺杆对齐确定在12-14毫米之间；将模具7安装在阴极钢棒上，使模具7上导流槽洞孔12和阴极钢棒6之间的间隙对中；采用本发明专用夹具带螺纹U型卡具14、U型卡具连接板15、对位夹具连接螺杆13把模具7夹紧；在模具7的上面安装坩埚8，在坩埚8里放入铜片，向坩埚8里倒入焊药，向坩埚8里倒入引燃药；在坩埚8的上面安装模具7的部件分流器9；在分流器9的上面安装模具盖10，在模具盖10上的引燃洞孔11倒入引燃药；在模具盖10上的引燃洞孔11中的引燃药里放置导火索，用明火点燃导火索启动燃烧，利用其发生化学反应产生的熔融金属从模具7上导流槽洞孔12注入将新旧阴极钢棒间隙与模具底盘形成的腔体中将两段阴极钢棒焊接在一起；等待5分钟后，拆卸模具7，即完成本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接。
所述的模具为美国艾力高公司提供的成熟模具，包括模具底盘7，安装在模具底盘7上面的坩埚8，安装在坩埚8上面的分流器9，所述的模具底盘7与阴极钢棒接触部位设置有导流槽洞孔12，所述的模具盖10顶部中心设置有引燃洞孔11；所述的焊药放置量为新旧阴极钢棒之间焊缝每13毫米焊缝放置5公斤焊药；所述的焊药放置焊缝每增加6毫米需增加1公斤焊药。
所述的对位夹具包括两个对位夹具带螺纹U型卡具1、两个对位夹具U型卡具连接板15和对位夹具连接螺杆13。
整个焊接过程是在不停电及电解槽周围的强磁场下进行的。
实施例1。
1)在电解槽停槽后，刨炉时将阴极钢棒从槽壳内割断，废旧阴极连同附带钢棒吊出，钢棒头不切割，留用。在新的阴极上安装钢棒时，钢棒的长度比原设计缩短一部分；
2)新阴极安装好后，对旧阴极钢棒头的切割面进行打磨，使之露出金属本色；
3)先采用本发明两个对位夹具带螺纹U型卡具14分别将待焊接的两端新旧阴极钢棒卡住，采用两个对位夹具U型卡具连接板15底面上的孔套接在对位夹具带螺纹U型卡具14端部，用φ16mm的对位夹具连接螺杆13穿接在两个U型卡具连接板15竖直面上的孔，拧紧连接螺杆13两端的正反螺纹螺母，通过调节螺母来拉动被连接的两个阴极钢棒头，使得在新阴极安装到电解槽上后新钢棒头与留用的旧钢棒头之间的空隙保持13毫米，并使两端新旧阴极钢棒平齐并保持在同一平面上，对位精确度可以达到±1mm；对位完成后拆除对位夹具；
4)烤干模具，坩埚和阴极钢棒；
5)用纸胶带将高温棉絮固定在模具7和其底盘上；
6)新旧阴极钢棒的对位、固定，将特制的模具7安装在阴极钢棒上，使模具7上导流槽洞孔12和阴极钢棒之间的间隙对中；所述的模具为美国艾力高公司提供的成熟模具，包括模具7底盘，安装在模具底盘7上面的坩埚8，安装在坩埚8上面的分流器9，模具底盘7与阴极钢棒接触部位设置有导流槽洞孔12，模具盖10顶部中心设置有引燃洞孔11；
7)检查高温棉絮在模具和阴极钢棒之间的位置是否有移位；确保拧紧的程度平均，不可过度以免损坏模具；
检查高温棉絮在模具和阴极钢棒之间是否正确的被压紧，如有间隙可采用堵漏泥T403；
8)在模具7的上面安装坩埚8，在坩埚8底部放入长60毫米、宽40毫米、厚2毫米的铜片一片，向坩埚8里倒入特殊配方的焊接剂(主要成分为CuO和Al粉)，向坩埚8里倒入引燃药；所述的焊药放置量为新旧阴极钢棒之间焊缝每13毫米焊缝放置5公斤焊药；焊缝间隙每增加6毫米需增加1公斤焊药。所述的焊接剂和引燃药均为美国艾力高公司提供的成熟焊药；
9)在坩埚8的上面安装模具7的部件分流器9；
10)在分流器9的上面安装模具盖10，在模具盖10上的引燃洞孔11中倒入引燃药；
11)在模具盖10上的引燃洞孔11中的引燃药里放置导火索，用明火点燃导火索启动燃烧，利用其发生化学反应产生的熔融金属从模具7上导流槽洞孔注入将新旧阴极钢棒间隙与模具底盘形成的腔体中将两段阴极钢棒焊接在一起；
12)等待5分钟后，拆卸模具7，即完成本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接。
本发明整个焊接过程是在不停电及电解槽周围的强磁场下进行的。所采用的焊接方法不用外部电源，不受磁场影响，反应速度快，且焊接过程不受被焊金属影响，焊接质量好，生产效率高。
Claims (4)
1、一种铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法，其特征在于：将要焊接的新旧阴极钢棒(6)之间的间隙采用本发明专用夹具带螺纹U型卡具(14)、U型卡具连接板(15)、对位夹具连接螺杆(13)将需焊接的新旧钢棒端头对齐确定在12-14毫米之间；将模具(7)安装在阴极钢棒上，使模具(7)上导流槽洞孔(12)和阴极钢棒之间的间隙对中；在模具(7)的上面安装坩埚(8)，在坩埚(8)里放入铜片，向坩埚(8)里倒入焊药，向坩埚(8)里倒入引燃药；在坩埚(8)的上面安装模具(7)的部件分流器(9)；在分流器(9)的上面安装模具盖(10)，在模具盖(10)上的引燃洞孔(11)倒入引燃药；在模具盖(10)上的引燃洞孔(11)中的引燃药里放置导火索，用明火点燃导火索启动燃烧，利用其发生化学反应产生的熔融金属从模具(7)上导流槽洞孔注入将新旧阴极钢棒间隙与模具底盘形成的腔体中将两段阴极钢棒焊接在一起；等待5分钟后，拆卸模具(7)，即完成本发明铝电解槽阴极钢棒的带电焊接。
2、根据权利要求1所述的铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法，其特征在于：所述的模具包括模具底盘(7)，安装在模具底盘(7)上面的坩埚(8)，安装在坩埚(8)上面的分流器(9)，所述的模具底盘(7)与阴极钢棒接触部位设置有导流槽洞孔(12)，所述的模具盖(10)顶部中心设置有引燃洞孔(11)；所述的焊药放置量为新旧阴极钢棒之间焊缝每13毫米焊缝放置5公斤焊药；所述的焊药放置焊缝每增加6毫米需增加1公斤焊药。
3、根据权利要求1所述的铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法，其特征在于：所述的对位夹具包括两个对位夹具带螺纹U型卡具(14)、两个对位夹具U型卡具连接板(15)和对位夹具连接螺杆(13)。
4、根据权利要求1所述的铝电解槽阴极钢棒的带电焊接方法，其特征在于：整个焊接过程是在不停电及电解槽周围的强磁场下进行的。
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