CN112458500A - 电解槽阴极母线在线修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解槽阴极母线在线修复方法，利用流动高温铝液对母材预热后进行浇铸，具体过程如下：(1)母材预处理；(2)修复模具支护；(3)初步预热；(4)浇铸：预浇铸，浇铸预热，最终浇铸；(5)成型拆模。优点：本方法通过浇铸前在母材断面处打入自攻螺丝，并在浇铸前使用喷枪对母材进行一次预热，然后再进行浇铸，浇铸过程分为预浇铸、浇铸预热和最终浇铸三个阶段，在浇铸预热过程中，排放管先不进行关闭，使流动的高温铝液冲刷母材，对母材进行二次加热，使母材温度与高温铝液温度接近，减小母材与高温铝液的温度差，进而提高浇铸段与母材的融合效果，提高修复效果，降低浇铸段的电阻值，延长修复后母材的使用寿命。

Description

电解槽阴极母线在线修复方法

技术领域：

本发明涉及阴极母材修复技术领域，具体地说涉及一种电解槽阴极母线在线修复方法。

背景技术：

铝电解槽在电解铝生产中，会发生电解槽漏炉，漏炉过程中，极易造成阴极母线冲毁，被迫停槽修复。常用的母线修复方法有以下三种：1、系列停电焊接：此焊接方式为常规停电焊接，使用10mm铝焊板在断口两侧平整部位焊接，经测算，1根母线的母材焊接完成需系列停电2小时，系列停电2小时对电解生产影响巨大，造成损失约162万元；2、采用屏蔽短路装置后焊接：贵阳铝镁设计院研发出电解槽屏蔽短路装置，此装置可将电解槽磁场有效屏蔽，磁场屏蔽后再使用铝焊板焊接，但是此装置费用近100余万元，价格较高；3、不停电浇铸修复：即在残损母线母材外部架设修复模具，向修复模具中注入铝液，待铝液冷却成型后即可修复，但是，由于修复模具内容积较小，铝液温度降低速率高，铝液不能很好的与母线的母材熔合，修复后的母材电阻大，且使用寿命短，造成维修频率增加。综上，目前还没有一种不停电、成本低且修复效果好的母线修复方法。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种成本低且修复效果好的电解槽阴极母线在线修复方法。

本发明由如下技术方案实施：电解槽阴极母线在线修复方法，其特征在于，利用流动高温铝液对母材预热后进行浇铸，具体过程如下：

(1)母材预处理

先将母材断口处的断面打磨成粗糙面直至露出母材本色，然后用汽油清洗断面的粉尘和氧化膜，最后在母材断面打入若干自攻螺丝；

(2)修复模具支护

在母材外部支护开口向上设置的槽型修复模具，使母材断口与修复模具下部的排放管对应，母材断面位于修复模具排放管的两侧，在母材和修复模具的内壁之间垫入绝缘板；

(3)初步预热

使用喷枪对断口处的母材和修复模具进行加热，加热至280℃-300℃。

(4)浇铸

预浇铸，初步预热完成后，关闭排放管上的控制阀，从断口上方向修复模具内加入高温铝液，断口部位充满高温铝液完成预浇铸；

浇铸预热，预浇铸完成后，打开控制阀，调整加入高温铝液的速度，保证修复模具中始终有高温铝液，利用流动高温铝液对断口处的母材和修复模具进行浇铸预热，待母材表面温度达到450℃-500℃时完成浇铸预热；

最终浇铸，待浇铸预热完成后，关闭控制阀，待高温铝液注满断口部位的修复模具后，停止加入高温铝液完成最终浇铸；

(5)成型拆模

浇铸完成后，待浇铸段母材自然冷却成型后，拆除修复模具。

进一步的，步骤(4)中，最终浇铸完成后，待浇铸段母材自然冷却3min-5min后，在浇铸段母材的收缩部位注入高温铝液进行一次补充浇铸。

进一步的，在浇铸段母材一次补充浇铸完成后自然冷却2min，之后再向浇铸段母材的收缩部位注入高温铝液进行二次补充浇铸。

进一步的，步骤(4)中，浇铸预热包含两个阶段，在预浇铸完成后进入第一阶段，将控制阀开度调整至100％全开状态，待母材表面温度达到370℃-390℃时，将控制阀开度调整至20％进入第二阶段，直至母材表面温度达到450℃-500℃。

进一步的，步骤(1)中，自攻螺丝的数量根据断面的面积设置，相邻两根自攻螺丝之间的距离为2cm-3cm。

进一步的，在排放管上方的修复模具的侧板的顶端开设有溢流口，且溢流口位于母材断口上方，便于控制液面，步骤(4)中，当溢流口有铝液溢出时，说明修复模具内注满高温铝液。

进一步的，在排放管上方的修复模具的顶端开设有溢流口，便于控制液面，步骤(4)中，当溢流口有铝液溢出时，说明修复模具内注满高温铝液。

进一步的，步骤(3)中喷枪选用煤油喷枪。

本发明的优点：本方法通过浇铸前在母材断面处打入自攻螺丝，并在浇铸前使用喷枪对母材进行一次预热，然后再进行浇铸，浇铸过程分为预浇铸、浇铸预热和最终浇铸三个阶段，在浇铸预热过程中，排放管先不进行关闭，使流动的高温铝液冲刷母材，对母材进行二次加热，使母材温度与高温铝液温度接近，减小母材与高温铝液的温度差，进而提高浇铸段与母材的融合效果，提高修复效果，降低浇铸段母材的电阻值，延长修复后母材的使用寿命；且本方法可实现不停电在线修复，无需系列停电，进而降低经济损失，修复过程中仅用到喷枪、修复模具和高温铝液，修复成本低。

附图说明：

图1为实施例1中修复模具的结构示意图。

图2为图1的A-A的俯视图。

图3为图2的右视图。

图4为实施例2的实施状态示意图。

图5为母材断口照片。

图6为实施例2修复后的母材照片。

图7为实施例2修复后的母材剖面照片。

修复模具主体1、底板2、侧板3、通孔3.1、排放管4、控制阀5、衬板6、垫块7、螺栓8、螺母9、溢流口10、试验母材11、自攻螺丝12。

具体实施方式：

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1：如图1至图3所示，电解槽阴极母线修复用模具，其包括模具主体1，模具主体1包括底板2和相对竖直固定在底板2两侧顶部的侧板3，模具主体1整体为顶端开口的凵字型结构；在两块侧板3的顶部对应设有若干对通孔3.1，在对应的通孔3.1内穿置有螺栓8，在侧板3外侧的螺栓8上螺接有螺母9，通过螺栓8和螺母9配合，可将两侧板3顶部拉紧，加强模具的稳定性，减小温度变化引发的模具变形；在任一侧板3的中部下方连通有排放管4，在排放管4上安装有控制阀5；在排放管4两侧的底板2的顶部和两块侧板3的内壁上均固定有绝缘板6，绝缘板6为陶瓷纤维板，陶瓷纤维板具有压缩性和耐高温性，两侧板3通过螺栓8紧固时可与母材压紧，防止漏模，使得修复模具对母材的支撑更加稳定，进而保证浇铸段母材在冷却收缩时能紧紧包在原母材上，提高接触导电效果；在绝缘板6与对应的底板2或侧板3之间固定有垫块7，通过调整垫块7的厚度，可以使绝缘板6和母线更好的贴合，防止漏液，提高操作的安全性；在排放管4上方的侧板3的顶部开设有溢流口10，当模具主体1内注入的铝液超过设计液面时，铝液会从溢流口10溢出，便于控制铝液的注入量。

实施例2：电解槽阴极母线在线修复方法，应用实施例1所示的修复模具，并利用流动高温铝液对母材预热后进行浇铸，高温铝液的温度为800℃-850℃，具体过程如下：

(1)母材预处理

先将母材断口(如图5所示)处的断面打磨成粗糙面直至露出母材本色，然后用汽油清洗断面的粉尘和氧化膜，去除氧化膜可让高温铝液与母材熔断面充分接触，增强熔合效果；最后在母材断面打入若干自攻螺丝12；自攻螺丝12的数量根据断面的面积设置，相邻两根自攻螺丝12之间的距离为2cm-3cm，浇铸段母材通过预埋的自攻螺丝12与原母材连接为一体，可加强两者连接的稳定性，降低熔合面开裂的风险；

(2)修复模具支护

在母材外部支护开口向上设置的槽型修复模具，槽型修复模具的侧板下部连通有排放管4，排放管4上安装有控制阀，使母材断口与修复模具下部的排放管4对应，母材断面位于修复模具排放管4的两侧，在母材和修复模具的内壁之间垫入绝缘板，绝缘板选用耐磨陶瓷纤维板，陶瓷纤维板具有压缩性和耐高温性，修复模具紧固时可与母材压紧，防止漏模，使得修复模具对母材的支撑更加稳定，进而保证浇铸段母材在冷却收缩时能紧紧包在原母材上，提高接触导电效果；最终支护效果如图4所示；

(3)初步预热

由于母材温度低，高温铝液温度高，若直接向修复模具浇铸高温铝液会造成母材、修复模具膨胀，应力变形不可控；因此，需要先使用喷枪对断口处的母材和修复模具进行加热，加热至280℃-300℃，通过对母材进行初步预热，可减小母材和高温铝液的温度差，降低应力变形；

(4)浇铸

预浇铸，初步预热完成后，关闭排放管4上的控制阀5，从断口上方向修复模具内加入高温铝液，直至断口部位充满高温铝液完成预浇铸；

浇铸预热，预浇铸完成后，打开控制阀5，调整加入高温铝液的速度，保证修复模具中始终有高温铝液，利用流动高温铝液对断口处的母材和修复模具进行浇铸预热，待母材表面温度达到450℃-500℃时完成浇铸预热；通过浇铸预热，使得母材温度与高温铝液温度接近，进而来提高熔合效果，降低浇铸段母材的电阻；本实施例中，浇铸预热包含两个阶段，在预浇铸完成后进入第一阶段，将控制阀5开度调整至100％全开状态，待母材表面温度达到370℃-390℃时，将控制阀5开度调整至20％进入第二阶段，直至母材表面温度达到450℃-500℃；浇铸预热刚开始时母材温度低、倒入高温铝液温度高，高温铝液散热快，在第一阶段将修复模具中温度下降速度较快的高温铝液排出，不断的倒入新的高温铝液，待到达450℃-500℃时减缓高温铝液流出速度，到达第二阶段，保持缓慢升温；

最终浇铸，待浇铸预热完成后，关闭控制阀5，待高温铝液注满断口部位的修复模具后，停止加入高温铝液完成最终浇铸；

浇铸段母材在刚开始冷却时，温度降低速度快，会出现部分应力变形，因此，在最终浇铸完成后，观察浇铸段母材应力变形情况，待浇铸段母材自然冷却3min-5min后，本实施例中，，在最终浇铸完成后，待浇铸段母材自然冷却4min后，在浇铸段母材的收缩部位注入高温铝液进行一次补充浇铸；在浇铸段母材一次补充浇铸完成后自然冷却2min，之后再向浇铸段母材的收缩部位注入高温铝液进行二次补充浇铸；

在排放管4上方的修复模具的侧板的顶端开设有溢流口10，且溢流口10位于母材断口的上方，便于控制液面，当溢流口10有铝液溢出时，说明修复模具内注满高温铝液；

(5)成型拆模

浇铸完成后，待浇铸段母材自然冷却成型后，拆除修复模具。

为了验证本方法的效果，申请人利用电解槽铝液制作了三对共六段试验母材，每段试验母材的尺寸为400*200*600mm，并进行了如下三组对比次试：

第一组为直接浇铸，将第一对试验母材放置在槽型模具中，将高温铝液倒入模具中，直至将模具空腔倒满高温铝液，浇铸完毕冷却后拆下模具，发现试验母材与浇铸段试验母材未有效熔合；使用压降测量仪进行等距离测量，测量距离300mm，电流200A对试验母材及浇铸段试验母材进行压降(电阻)值测量，测量浇铸段电阻值远大于试验母材段，具体测量数据如下:

第二组为喷枪预热+浇铸，在第二对试验母材两端钻孔，放入模具中，并使用氧气乙炔对试验母材进行预热，预热至300℃，将高温铝液倒入模具空腔，浇铸完毕拆下模具，查看断面，还是未能完全熔合，但熔合效果要好于前两次，分析原因在于使用氧气乙炔割枪在模具空腔内进行预热时，喷枪预热范围小，温度只能升温至380℃左右，试验母材与高温铝液温差大，无法熔合；使用压降测量仪进行等距离测量，测量距离300mm，电流200A对试验母材及浇铸段试验母材进行压降(电阻)值测量，测量浇铸段电阻值远大于试验母材段，具体测量数据如下:

第三组采用本实施例的方法，将第三对试验母材11放入到实施例1的修复模具中，利用本方法进行母线的修复，浇铸完毕冷却后拆除修复模具，如图6，发现浇铸段和试验母材11熔合，打磨出修复后的试验母材11剖面如图7所示，发现浇铸段试验母材和试验母材之间没有缝隙，完全熔合，同样使用压降测量仪进行等距离测量，测量距离300mm，电流200A对试验母材及浇铸段试验母材进行压降(电阻)值测量，测量浇铸段试验母材11电阻值与试验母材段的基本相同，具体测量数据如下：

综上，本方法通过浇铸前在母材断面处打入自攻螺丝，并在浇铸前使用喷枪对母材进行一次预热，然后再进行浇铸，浇铸过程分为预浇铸、浇铸预热和最终浇铸三个阶段，在浇铸预热过程中，放铝口先不进行封堵，使流动的高温铝液冲刷母材，对母材进行二次加热，便于更好的融合，且可有效降低浇铸段的电阻值。

另外，利用本方法在现场对母线进行修复后，选用1.5米母线，使用压降测量仪进行等距离测量，测量距离300mm，电流200A对母线母材及浇铸段母材进行压降(电阻)值测量，测量浇铸段电阻值要低于母材段的电阻值，具体测量数据如下：

如上，经过现场实践证明，采用本方法对母线断口进行修复后，浇铸段母材和母线母材熔合效果较好，且浇铸段母材的电阻要低于母线母材的电阻值，满足使用需求。

最后应说明的是：本方法中的母材是指母线原有完好部分，浇铸段母材为用铝液修复断口冷却成型后的部分；以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.电解槽阴极母线在线修复方法，其特征在于，利用流动高温铝液对母材预热后进行浇铸，具体过程如下：

(1)母材预处理

先将母材断口处的断面打磨成粗糙面直至露出母材本色，然后用汽油清洗断面的粉尘和氧化膜，最后在母材断面打入若干自攻螺丝；

(2)修复模具支护

在母材外部支护开口向上设置的槽型修复模具，使母材断口与修复模具下部的排放管对应，母材断面位于修复模具排放管的两侧，在母材和修复模具的内壁之间垫入绝缘板；

(3)初步预热

使用喷枪对断口处的母材和修复模具进行加热，加热至280℃-300℃。

(4)浇铸

预浇铸，初步预热完成后，关闭排放管上的控制阀，从断口上方向修复模具内加入高温铝液，直至断口部位充满高温铝液完成预浇铸；

浇铸预热，预浇铸完成后，打开控制阀，调整加入高温铝液的速度，保证修复模具中始终有高温铝液，利用流动高温铝液对断口处的母材和修复模具进行浇铸预热，待母材表面温度达到450℃-500℃时完成浇铸预热；

最终浇铸，待浇铸预热完成后，关闭控制阀，待高温铝液注满断口部位的修复模具后，停止加入高温铝液完成最终浇铸；

(5)成型拆模

浇铸完成后，待浇铸段母材自然冷却成型后，拆除修复模具。

2.根据权利要求1所述的电解槽阴极母线在线修复方法，其特征在于，步骤(4)中，最终浇铸完成后，待浇铸段母材自然冷却3min-5min后，在浇铸段母材的收缩部位注入高温铝液进行一次补充浇铸。

3.根据权利要求2所述的电解槽阴极母线在线修复方法，其特征在于，在浇铸段母材一次补充浇铸完成后自然冷却2min，之后再向浇铸段母材的收缩部位注入高温铝液进行二次补充浇铸。

4.根据权利要求1至3任一所述的电解槽阴极母线在线修复方法，其特征在于，步骤(4)中，浇铸预热包含两个阶段，在预浇铸完成后进入第一阶段，将控制阀开度调整至100％全开状态，待母材表面温度达到370℃-390℃时，将控制阀开度调整至20％进入第二阶段，直至母材表面温度达到450℃-500℃。

5.根据权利要求1至3任一所述的电解槽阴极母线在线修复方法，其特征在于，步骤(1)中，自攻螺丝的数量根据断面的面积设置，相邻两根自攻螺丝之间的距离为2cm-3cm。

6.根据权利要求4所述的电解槽阴极母线在线修复方法，其特征在于，步骤(1)中，自攻螺丝的数量根据断面的面积设置，相邻两根自攻螺丝之间的距离为2cm-3cm。

7.根据权利要求1、2、3或6所述的电解槽阴极母线在线修复方法，其特征在于，在排放管上方的修复模具的侧板的顶端开设有溢流口，且溢流口位于母材断口上方，便于控制液面，步骤(4)中，当溢流口有铝液溢出时，说明修复模具内注满高温铝液。

8.根据权利要求4所述的电解槽阴极母线在线修复方法，其特征在于，在排放管上方的修复模具的侧板的顶端开设有溢流口，且溢流口位于母材断口上方，便于控制液面，步骤(4)中，当溢流口有铝液溢出时，说明修复模具内注满高温铝液。

9.根据权利要求5所述的电解槽阴极母线在线修复方法，其特征在于，在排放管上方的修复模具的侧板的顶端开设有溢流口，且溢流口位于母材断口上方，便于控制液面，步骤(4)中，当溢流口有铝液溢出时，说明修复模具内注满高温铝液。

10.根据权利要求1、2、3、6、8或9所述的电解槽阴极母线在线修复方法，其特征在于，步骤(3)中喷枪选用煤油喷枪。

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