CN103286476B - 铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂，包括自熔焊剂和导火粉，导火粉覆盖在自熔焊剂的表层，按照质量百分比计，导火粉∶自熔焊剂为0.15∶100～0.25∶100。该铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂，在铝电解槽带电状态下对立柱母线进行修复，自熔焊剂与导火粉的反应较为平稳，安全性高，焊缝侧壁熔合率高，焊接接头性能接近母材，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊剂，尤其涉及一种铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂。
背景技术
在铝冶炼生产中，为提高铝的产量，电解槽的电流强度呈上升趋势，目前有的铝电解厂电解槽的电流强度己达500KA。如此大的直流电流使电解槽及其周围产生了直径达数米的强磁场，比如500KA电解槽在实际运行时X轴方向最高的磁场强度值已经达到了1200GS。
在电解厂房中，因为短路口电弧放电、绝缘板击穿引起的立柱母线表面放炮爆口是经常遇到的母线损伤。为了修复损伤短路口，一般需要采用弧焊方法进行修复。但是，由于强磁场的存在，当焊接引弧时，火花四处飞溅，形不成弧柱，电弧磁偏吹及飞溅现象严重，不仅增加了劳动强度和施工难度，也导致无法进行有效焊接。
浇铸焊接是铸造技术和钎焊技术相结合的一种焊接技术。国内不少铝冶炼企业在这方面进行了尝试。这种方法是采用耐火材料制成熔模包覆立柱母线的损伤缺口，然后向熔模中注入熔融铝液，铝液在缓冷过程中同时加热母材使母材熔化，从而形成焊接接头。这种方法存在三个不足：(1)由于加热条件限制，铝液的温度只有900～1180度，只比铝的熔点高出250～400度，倾倒进入焊缝后母材迅速散热，很难实现较好的熔合；（2）铝液的填缝仅仅依靠重力的流淌，其填缝效果不良；（3）铝液中未加入浸润元素，与母材的润湿效果较差。因此，这样熔铸焊接得到的焊缝普遍存在着侧壁熔合效果不良的问题。如果应用到实际生产中，不仅焊接接头耗费电能较多，而且为长期安全正常运行埋下了隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能带电修复、反应平稳、焊缝侧壁熔合率高、焊接接头性能接近母材、使用方便的铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂，包括自熔焊剂和导火粉，导火粉覆盖在自熔焊剂的表层，按照质量百分比计，导火粉：自熔焊剂为0.15:100～0.25:100。
所述自熔焊剂，按照质量百分比计，由下列原料混合而成：2～4%镁粉、32～40%铝粉、3～5%硅钙粉、8～12%硫酸钙、18～26%铜粉、18～24%氧化亚锡、2～4%氟化钙。
所述导火粉，按照质量百分比，由下列原料混合而成：5～15%铝粉、25～35%硫粉、55～65%高锰酸钾。
所述自熔焊剂中各种原料的颗粒度均为100～200目。
所述铜粉为表面氧化率为50%的铜粉。
所述导火粉中各种原料的颗粒度均为40～60目。
本发明提供的铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂，在铝电解槽带电状态下对立柱母线进行修复，自熔焊剂与导火粉的反应较为平稳，安全性高，焊缝侧壁熔合率高，焊接接头性能接近母材，使用方便。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供的铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂，包括自熔焊剂和导火粉，导火粉覆盖在自熔焊剂的表层, 按照质量百分比计，导火粉：自熔焊剂为0.15:100～0.25:100。
实施例1
200KA铝电解槽由于短路口绝缘板击穿，引起的立柱母线和短路母线表面放炮爆口，立柱母线损伤面的尺寸为：长420mm，宽150mm，深80mm。
计算铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂的添加量：
由于立柱母线损伤面的尺寸为：长420mm，宽150mm，深80mm，得出立柱母线待焊坡口的体积为：42×15×8=5040cm3。
自熔焊剂焊接之后，包括焊肉和焊渣两部分，焊肉密度为3.2～4.0g/cm3，自熔焊剂按照50%的得液率进行计算，得液率是指反应后得到的液态金属占原始焊剂质量的百分数。则所需自熔焊剂的质量为32.3～40.3kg之间：
5040 cm3×3.2 g/cm3÷50%/1000=32.3 （kg）
5040 cm3×4.0 g/cm3÷50%/1000=40.3 （kg）
自熔焊剂的用量采用大值取整数，取40 kg自熔焊剂。按照质量百分比计，自熔焊剂由下列原料混合而成：3%镁粉1.2kg、36%铝粉14.4kg、4%硅钙粉1.6kg、10%硫酸钙4.0kg、22%铜粉8.8kg、22%氧化亚锡8.8kg、3%氟化钙1.2kg，使用混粉机或球磨机进行充分均匀的搅拌混合而成。
其中：镁粉、铝粉、硅钙粉、硫酸钙、铜粉、氧化亚锡和氟化钙的颗粒度均为150目。
其中：铜粉是指表面氧化率为50%的铜粉，将纯铜颗粒放在高温的氧化性气氛中进行处理，使其表面氧化，形成的一种由铜的氧化物包覆铜颗粒形成复合颗粒。表面氧化率为50%的铜粉即表面氧化铜物质量分数为50%的铜粉。
这种自熔焊剂相对于其它同类焊接材料而言，由于采用了硫酸钙代替部分氧化物作为氧化剂，与铝粉发生氧化还原反应，得到硫化钙和三氧化二铝，释放了大量热量用于熔化过量铝粉，所以混合铝液温度更高。此外，因为采用了硅钙粉作为还原剂，所以化学反应平稳可控，渣液分离更为充分，造渣效果良好。
导火粉的用量为完全覆盖住自熔焊剂表层的用量，按照质量百分比计，导火粉：自熔焊剂为0.2:100，取8.0kg的导火粉。
导火粉由10%铝粉0.8kg、35%硫粉2.8kg、55%高锰酸钾4.4kg，使用混粉机或球磨机进行充分均匀的搅拌混合而成。
其中：铝粉、高锰酸钾和硫粉的颗粒度均为50目，这样引燃方便、安全、快捷。
本实施例中，40.0kg自熔焊剂经反应后，得到20.0 kg的温度为1150℃的高温混合铝液。
实施例2：
120KA铝电解槽由于漏槽引起的立柱母线被冲坏，立柱母线损伤面的尺寸为：长300mm，宽200mm，深120mm。
计算铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂的添加量：
由于立柱母线损伤面的尺寸为：长300mm，宽200mm，深120mm，得出立柱母线待焊坡口的体积为：30×20×12=7200cm3。
自熔焊剂焊接之后，包括焊肉和焊渣两部分，焊肉密度为3.2～4.0g/cm3，自熔焊剂按照50%的得液率进行计算，得液率是指反应后得到的液态金属占原始焊剂质量的百分数。
则所需自熔焊剂的质量为46.1～57.6kg之间：
7200 cm3×3.2 g/cm3÷50%/1000=46.1 （kg）
7200 cm3×4.0 g/cm3÷50%/1000=57.6 （kg）
自熔焊剂的用量采用大值取整数，取58 kg自熔焊剂。按照质量百分比计，自熔焊剂由下列原料混合而成：2%镁粉1.16kg、40%铝粉23.2kg、3%硅钙粉1.74kg、9%硫酸钙5.22kg、18%铜粉10.44kg、24%氧化亚锡13.92kg、4%氟化钙2.32kg，使用混粉机或球磨机进行充分均匀的搅拌混合而成。
其中：镁粉、铝粉、硅钙粉、硫酸钙、铜粉、氧化亚锡和氟化钙的颗粒度均为200目。
其中：铜粉是指表面氧化率为50%的铜粉，将纯铜颗粒放在高温的氧化性气氛中进行处理，使其表面氧化，形成的一种由铜的氧化物包覆铜颗粒形成复合颗粒。表面氧化率为50%的铜粉即表面氧化铜物质量分数为50%的铜粉。
这种自熔焊剂相对于其它同类焊接材料而言，由于采用了硫酸钙代替部分氧化物作为氧化剂，与铝粉发生氧化还原反应，得到硫化钙和三氧化二铝，释放了大量热量用于熔化过量铝粉，所以混合铝液温度更高。此外，因为采用了硅钙粉作为还原剂，所以化学反应平稳可控，渣液分离更为充分，造渣效果良好。
导火粉的用量为完全覆盖住自熔焊剂表层的用量，按照质量百分比计，导火粉：自熔焊剂为0.15:100，取8.7kg的导火粉。
导火粉，由下列原料混合而成：15%铝粉1.3kg、25%硫粉2.2kg、60%高锰酸钾5.2kg，使用混粉机或球磨机进行充分均匀的搅拌混合而成。铝粉、高锰酸钾和硫粉的颗粒度均为50目，这样引燃方便、安全、快捷。
本实施例中，58 kg自熔焊剂经反应后，得到29 kg的温度为1160℃的高温混合铝液。
实施例3：
200KA铝电解槽由于短路口电弧放电，引起的立柱母线和短路母线表面放炮爆口，立柱母线损伤面的尺寸为：长250mm，宽180mm，深100mm。
计算铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂的添加量：
由于立柱母线损伤面的尺寸为：长250mm，宽180mm，深100mm，得出立柱母线待焊坡口的体积为：25×18×10=4500cm3。
自熔焊剂焊接之后，包括焊肉和焊渣两部分，焊肉密度为3.2～4.0g/cm3，自熔焊剂按照50%的得液率进行计算，得液率是指反应后得到的液态金属占原始焊剂质量的百分数。
则所需自熔焊剂的质量为28.8～36kg之间：
4500 cm3×3.2 g/cm3÷50%/1000=28.8 （kg）
4500 cm3×4.0 g/cm3÷50%/1000=36.0 （kg）
自熔焊剂的用量采用大值取整数，取36 kg自熔焊剂。按照质量百分比计，自熔焊剂由下列原料混合而成：4%镁粉1.44kg、32%铝粉11.52kg、5%硅钙粉1.8kg、12%硫酸钙4.32kg、25%铜粉9.0kg、20%氧化亚锡7.2kg、2%氟化钙0.72kg，使用混粉机或球磨机进行充分均匀的搅拌混合而成。
其中：镁粉、铝粉、硅钙粉、硫酸钙、氧化率为50%的表面氧化的铜粉、氧化亚锡和氟化钙的颗粒度均为100目。
其中：铜粉是指表面氧化率为50%的铜粉，将纯铜颗粒放在高温的氧化性气氛中进行处理，使其表面氧化，形成的一种由铜的氧化物包覆铜颗粒形成复合颗粒。表面氧化率为50%的铜粉即表面氧化铜物质量分数为50%的铜粉。
这种自熔焊剂相对于其它同类焊接材料而言，由于采用了硫酸钙代替部分氧化物作为氧化剂，与铝粉发生氧化还原反应，得到硫化钙和三氧化二铝，释放了大量热量用于熔化过量铝粉，所以混合铝液温度更高。此外，因为采用了硅钙粉作为还原剂，所以化学反应平稳可控，渣液分离更为充分，造渣效果良好。
导火粉的用量为完全覆盖住自熔焊剂表层的用量，按照质量百分比计，导火粉：自熔焊剂为0.25:100，取9.0g的导火粉。
导火粉，由下列原料混合而成：5%铝粉0.45kg、30%硫粉2.7kg、65%高锰酸钾5.85kg，使用混粉机或球磨机进行充分均匀的搅拌混合而成。铝粉、高锰酸钾和硫粉的颗粒度均为40目，这样引燃方便、安全、快捷。
本实施例中，36kg自熔焊剂经反应后，得到18kg的1180℃的高温混合铝液。
Claims (2)
1.一种铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂，其特征在于，包括自熔焊剂和导火粉，导火粉覆盖在自熔焊剂的表层，按照质量百分比计，导火粉：自熔焊剂为0.15:100～0.25:100；所述自熔焊剂，按照质量百分比计，由下列原料混合而成：2～4%镁粉、32～40%铝粉、3～5%硅钙粉、8～12%硫酸钙、18～26%铜粉、18～24%氧化亚锡、2～4%氟化钙；所述导火粉，按照质量百分比，由下列原料混合而成：5～15%铝粉、25～35%硫粉、55～65%高锰酸钾。
2.根据权利要求1所述的铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂，其特征在于：所述自熔焊剂中各种原料的颗粒度均为100～200目；所述铜粉为表面氧化率为50%的铜粉；所述导火粉中各种原料的颗粒度均为40～60目。
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