CN104959728B - 一种吸铝管电击坑的修补剂及其修补方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电解铝行业，具体涉及一种修补吸铝管电击坑的修补剂及其修补方法。修补剂成分及质量百分比为：氧化铁40%~60%，三氧化二铬10%~15%，硫酸钙1%~5%，氟化钙2%~3%，铁8%~12%，硅1.0%~2%，锰0.25%~1%，钼0.25%~0.5%，钪0.05%~0.1%，铝粉20%~25%。修补蚀坑形成的合金基体成分与吸铝管相似，易与吸铝管形成牢固的冶金结合。

Description

一种吸铝管电击坑的修补剂及其修补方法

技术领域

本发明属于电解铝行业，具体涉及一种吸铝管电击坑的修补剂及其修补方法。

背景技术

吸铝管是电解铝厂必须使用的设备，与真空抬包相连，参见图1。它一般由处于最上部与包体相连接的弯管(A管)、吸铝时插入铝液中的马蹄口状直管(C管)以及两端均带有法兰的直管(B管)三段组成。工作时，吸铝管的A管插入电解铝槽的铝液里，利用虹吸原理，铝水沿B管和C管被吸入到抬包中。吸铝管在抽吸铝水过程中的使用状况直接制约着出铝成本和出铝效率的高低，尤其在出铝量大、要求出铝精度高的大型预焙槽生产中显得更为重要。

目前，国内电解铝厂出铝抬包使用的吸铝管材质主要是普通耐热铸铁或者铸钢，它们工作在800~950℃的高温铝水中，吸铝管的损伤主要包括腐蚀、击穿、堵管、变形和法兰破坏等现象。国内外相关企业以及专业人士对控制吸铝管损伤，提高吸铝管寿命进行了大量的试验和研究工作，取得了一定的进展。针对腐蚀、堵管和氧化等问题，主要利用外加套管的方式对吸铝管进行保护，如专利“一种带石墨保护套管的吸铝管”（201320011919.1）和专利“石墨吸铝套管”(200920319079.9)，利用石墨纤维的耐高温、耐腐蚀等特点制备石墨套管，专利“高强度复合吸铝管”（200520118707.9）则提出利用外层为金属套管，内层为高强度石墨纤维复合层的吸铝管解决吸铝管损伤问题。另外，专利“电解铝真空包吸铝管”（200720089695.0）针对吸铝管因负压作用而变形损坏和密封不严出现铝水泄漏的问题对吸铝管法兰和外形进行了改进。然而通过对相关企业调研，大量统计数据表明吸铝管消耗量最大的是C管，占总消耗量的59.8%，而C管报废的主要是原因是出铝过程中管壁碰到阳极短路击穿，致使管壁破裂，形成距直管端部约400mm左右的蚀坑。而以上专利均未涉及到影响吸铝管寿命最主要的损伤原因，且工艺操作难度相对较大，生产成本高，在实际生产中推广及其困难。

放热焊接实质上是自蔓延技术与焊接技术相结合的一种新型技术，属于自蔓延焊接技术的范畴，它具有焊接简单方便，工作效率高；焊接效果好，焊缝性能优良；不存在焊接电弧，适合在强磁场等特殊环境下应用等优点，不仅在无缝钢轨的焊接和接地线路金属导体的连接中早已大规模应用，近几年放热焊接在电解铝行业的应用也越来越多。专利“一种铝电解槽阴极软母线系列不停电焊接方法”（201210299900.1）采用铝-铝放热焊完成过渡铝块与槽周围母线之间的连接，在系列电解槽不停电的状态下完成的铝电解槽阴极软母线系列不停电焊接。

基于此，本发明旨在研发一种适用于修补吸铝管电击坑的修补剂，提供一种操作安全，设备简单，成本低廉的基于放热焊接的修补吸铝管的方法，减少吸铝管的消耗，实现真正意义上的吸铝管使用寿命延长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种修补吸铝管电击坑的修补剂，该修补剂发生放热反应后与吸铝管结合好且更耐电击。

本发明另一目的是提供一种使用上述修补剂修补吸铝管电击坑的方法。该方法是基于放热焊接的修补吸铝管电击坑的方法，操作安全，设备简单，成本低廉。。

为达到以上目的，本发明所采用的修补剂成分及质量百分比为：氧化铁40.38%~49.5%，三氧化二铬10.16%~19.89%，硫酸钙1.94%~4.35%，氟化钙2.04%~2.51%，铁8.02%~11.37%，硅1.16%~2%，锰0.25%~0.5%，钼0.25%~0.27%，钪0.05%~0.1%，铝粉21.01%~22.23%。

目数皆为200~300目焊接效果较好。所述铁中含碳量重量百分比为3%~3.4%。

本修补剂涉及三种放热反应，分别为铝和氧化铁反应置换出铁，铝和三氧化二铬反应置换出铬，铝和硫酸钙反应生成氧化钙和氧化铝。铝和氧化铁、氧化铬反应放出大量热，生成的铁、铬和原修补剂中的锰，钼和硅作为蚀坑填充金属的来源。其中铁为修补蚀坑的合金基体；铬能大幅度提高合金的耐腐蚀性；硅对合金的影响一方面提高合金耐腐蚀性，一方面使得合金电阻率升高，提高吸铝管抗电击能力；钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力；稀土元素钪的加入可改善其抗热冲击性。另外，吸铝管主要成分为耐热铸铁，成分及质量百分比为：碳3.06%，硅1.73%，锰0.91%，铬0.51%及Mo0.57%。修补蚀坑形成的合金基体成分与吸铝管相似，易与吸铝管形成牢固的冶金结合。

铝和硫酸钙反应作为热源补给热量，减少热量散失。生产的反应物氧化钙与原修补剂中的氟化钙作为造渣剂，与放热反应生成的Al₂O₃反应结合，实现熔渣与金属液的有效分离，改善金属液修补蚀坑的质量。

采用本发明的修补剂的吸铝管电击坑修补方法，具体包括以下步骤：

1）将因电击穿报废的吸铝管内壁、外壁和电击坑上的锈层清理干净；

2）用压缩空气将电击坑处的粉尘吹扫干净，用毛刷蘸酒精湿润蚀坑处2-3次；

3）将环形石墨挡板置于吸铝管内壁处固定，并完全封住电击坑；

4）用固定模具固定住吸铝管，并和装料模具进行组装，装料模具底部有一小孔与吸铝管电击坑相通，与固定模具共同形成熔腔，再将挡片放入装料模具底部；

5）按比例配制修补剂，混合均匀；

6）将吸铝管电击坑部位预热到400~500℃，装料模具预热到200-300℃；

7）将修补剂装入模具，略压平压实后，撒上火药，插入引线，点火，待装料模具中的挡片熔化后，高温液态金属由装料模具底部小孔流入到吸铝管电击坑中，冷却后进行打磨清理即可完成吸铝管电击坑的修补。

所述环状石墨挡板弧度与吸铝管一致，与吸铝管内壁贴合无缝隙，采用夹具实现自我固定。

所述固定模具与吸铝管外壁贴合无缝隙，从吸铝管电击坑附近两侧对吸铝管进行固定。

所述熔腔由固定模具，装料模具和电击坑共同形成。

所述挡片为纸片。

本发明具有如下的有益效果：

1.操作简单，节约能源。本发明针对影响吸铝管寿命最主要原因——蚀坑，采用基于放热反应的修补剂进行局部修补，放热反应操作简单安全，劳动强度大大降低，局部修补最大程度上在节约能源的同时实现真正意义上吸铝管寿命的提高。铝和硫酸钙反应作为热源补给热量，减少热量散失，预热温度控制在400-500摄氏度即可以；采用铝热反应焊接钢轨时，母材需要预热到700摄氏度以上。显著降低了预热温度。

2.修补质量好。修补剂反应后从装料模具中流入蚀坑，金渣分离，金属成分与吸铝管相近，与蚀坑周围吸铝管形成冶金结合。铬的加入提高了蚀坑修补后的耐腐蚀能力，硅在提高其耐腐蚀能力的基础上还提高了其抗电击能力。本来即将报废的吸铝管，通过修补可以再次使用，大大降低了电解出铝成本。

3.修补成本低，安全可靠。本发明采用绿色无电修补剂，无需电焊机和电能消耗。修补剂价格低廉，修补过程中使用的石墨模具可反复使用，降低单次使用费用。吸铝管采用两块固定石墨模具卡紧，放热焊接过程更加稳固，安全和可靠。

附图说明

图1为吸铝管结构图。

图2为反应装置示意图。包括挡片(5)，装料模具(4)，固定模具(7)，石墨挡板（8）和吸铝管(6)。物料添加从下到上依次为修补剂(3)，火药(2)和引线(1)。

具体实施方式

实施例一：

用吸铝管清理机，锉刀和小锤等工具将因电击击穿报废的吸铝管C管内壁、外壁和电击蚀坑清理干净，用压缩空气将蚀坑处的粉尘吹扫干净，用毛刷蘸酒精湿润蚀坑处2-3次，再将环形石墨挡板置于吸铝管蚀坑内壁处，封住蚀坑。之后对特制固定模具，吸铝管和装料模具进行组装，装料模具底部有一小孔与吸铝管蚀坑相通，将挡片放入装料模具底部。称取质量比为氧化铁49.5%，三氧化二铬11.4%，硫酸钙1.94%，氟化钙2.05%，铁11.25%，硅2%，锰0.5%，钼0.25%，钪0.1%，铝粉21.01%的200目修补剂，混合均匀待用。将吸铝管修补部位预热到500℃，装料模具预热到300℃，将配制好的修补剂装入模具，略压平压实后，撒上火药，插入引线，点火，待石墨模具中的挡片熔化后，高温液态金属由装料模具底部小孔流入到吸铝管蚀坑中，冷却后进行打磨清理掉吸铝管表面的渣即可完成吸铝管蚀坑的修补。

实施例二：

用吸铝管清理机，锉刀和小锤等工具将因电击击穿报废的吸铝管C管内壁、外壁和电击蚀坑清理干净，用压缩空气将蚀坑处的粉尘吹扫干净，用毛刷蘸酒精湿润蚀坑处2-3次，再将弧形石墨挡板置于吸铝管蚀坑内壁处用夹具固定，封住蚀坑。之后对特制固定模具，吸铝管和装料模具进行组装，装料模具底部有一小孔与吸铝管蚀坑相通，将挡片放入装料模具底部。称取质量比为氧化铁51.77%，三氧化二铬10.16%，硫酸钙4.06%，氟化钙2.04%，铁8.02%，硅1.16%，锰0.25%，钼0.26%，钪0.05%，铝粉22.23%的300目修补剂，混合均匀待用。将吸铝管修补部位预热到400℃，装料模具预热到250℃，，将配制好的修补剂装入模具，略压平压实后，撒上火药，插入引线，点火，待石墨模具中的挡片熔化后，高温液态金属由装料模具底部小孔流入到吸铝管蚀坑中，冷却后进行打磨清理掉吸铝管表面的渣即可完成吸铝管蚀坑的修补。

实施例三：

用吸铝管清理机，锉刀和小锤等工具将因电击击穿报废的吸铝管C管内壁、外壁和电击蚀坑清理干净，用压缩空气将蚀坑处的粉尘吹扫干净，用毛刷蘸酒精湿润蚀坑处2-3次，再将环形石墨挡板置于吸铝管蚀坑内壁处，封住蚀坑。之后对特制固定模具，吸铝管和装料模具进行组装，装料模具底部有一小孔与吸铝管蚀坑相通，将挡片放入装料模具底部。称取质量比为氧化铁40.38%，三氧化二铬19.89%，硫酸钙2.94%，氟化钙2.51%，铁11.37%，硅1.19%，锰0.31%，钼0.26%，钪0.06%，铝粉21.09%的300目修补剂，混合均匀待用。将吸铝管修补部位预热到450℃，装料模具预热到250℃，将配制好的修补剂装入模具，略压平压实后，撒上火药，插入引线，点火，待石墨模具中的挡片熔化后，高温液态金属由装料模具底部小孔流入到吸铝管蚀坑中，冷却后进行打磨清理掉吸铝管表面的渣即可完成吸铝管蚀坑的修补。

实施例四：

用吸铝管清理机，锉刀和小锤等工具将因电击击穿报废的吸铝管C管内壁、外壁和电击蚀坑清理干净，用压缩空气将蚀坑处的粉尘吹扫干净，用毛刷蘸酒精湿润蚀坑处2-3次，再将弧形石墨挡板置于吸铝管蚀坑内壁处用夹具固定，封住蚀坑。之后对特制固定模具，吸铝管和装料模具进行组装，装料模具底部有一小孔与吸铝管蚀坑相通，将挡片放入装料模具底部。称取质量比为氧化铁49.14%，三氧化二铬12.10%，硫酸钙4.35%，氟化钙2.08%，铁8.05%，硅1.52%，锰0.26%，钼0.27%，钪0.05%，铝粉22.08%的200目修补剂，混合均匀待用。将吸铝管修补部位预热到450℃，装料模具预热到220℃，将配制好的修补剂装入模具，略压平压实后，撒上火药，插入引线，点火，待石墨模具中的挡片熔化后，高温液态金属由装料模具底部小孔流入到吸铝管蚀坑中，冷却后进行打磨清理掉吸铝管表面的渣即可完成吸铝管蚀坑的修补。

Claims (7)

1.一种吸铝管电击坑的修补剂，其特征在于，成分及质量百分比为：氧化铁40.38%~49.5%，三氧化二铬10.16%~19.89%，硫酸钙1.94%~4.35%，氟化钙2.04%~2.51%，铁8.02%~11.37%，硅1.16%~2%，锰0.25%~0.5%，钼0.25%~0.27%，钪0.05%~0.1%，铝粉21.01%~22.23%。

2.根据权利要求1所述的修补剂，其特征在于，所有成分目数皆为200~300目。

3.根据权利要求1所述的修补剂，其特征在于，所述铁中含碳量重量百分比为3%~3.4%。

4.采用权利要求1所述的修补剂修补吸铝管电击坑的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将因电击穿报废的吸铝管内壁、外壁和电击坑上的锈层清理干净；

2）用压缩空气将电击坑处的粉尘吹扫干净，用毛刷蘸酒精湿润蚀坑处2-3次；

3）将环形石墨挡板置于吸铝管内壁处固定，并完全封住电击坑；

4）用固定模具固定住吸铝管，并和装料模具进行组装，装料模具底部有一小孔与吸铝管电击坑相通，与固定模具共同形成熔腔，再将挡片放入装料模具底部；

5）按比例配制权利要求1所述的修补剂，混合均匀；

6）将吸铝管电击坑部位预热到400~500℃，装料模具预热到200-300℃；

7）将修补剂装入模具，略压平压实后，撒上火药，插入引线，点火，待装料模具中的挡片熔化后，高温液态金属由装料模具底部小孔流入到吸铝管电击坑中，冷却后进行打磨清理即可完成吸铝管电击坑的修补。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述环形石墨挡板弧度与吸铝管一致，与吸铝管内壁贴合无缝隙，采用夹具实现自我固定。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述固定模具与吸铝管外壁贴合无缝隙，从吸铝管电击坑附近两侧对吸铝管进行固定。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述挡片为纸片。