強磁場環(huán)境焊接鋁電解槽陰極方鋼的鋁熱焊劑及焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種強磁場環(huán)境焊接鋁電解槽陰極方鋼的鋁熱焊劑及焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 因電解鋁行業(yè)的生產(chǎn)特性，其電解槽在運行三一四年時間就進入大修周期，而在 電解槽底部鋪設(shè)的陰極方鋼因已朽蝕也需要更換。而陰極方鋼在電解槽外連接著鋁母線， 為不可拆卸組件，更換時要在陰極方鋼兩端連接鋁母線處留出相應(yīng)長度，將朽蝕部分切割 掉，更換新陰極方鋼與原預(yù)留的連接鋁母線的短頭焊接在一起。所以更換和焊接陰極方鋼 是電解槽大修的主要工作之一。
[0003] 陰極方鋼鋪設(shè)于電解槽底部防滲夯實層與炭素塊之間，每兩根一為組，一般一個 電解槽有40-50多組、共100個左右的焊接接口，在電解槽外有鋁母線軟帶與之相連。大修 時需要將原有的陰極方鋼在鋁母線一端離電解槽內(nèi)壁130-150mm長度處用氧割切割開， 移走舊的陰極方鋼，再換上加工好長度、同型號的新陰極方鋼，與炭塊組裝在一起重新鋪設(shè) 在電解槽底部，與留下的方鋼短頭找正對齊焊接起來連成一體的維修方式。
[0004] 以前在進行電解槽大修時采用的是傳統(tǒng)的電弧焊或氣體保護焊等焊接方式對焊 陰極方鋼進行焊接，因大修是在廠房內(nèi)不停電、不停產(chǎn)情況下進行的，電解鋁生產(chǎn)時整個廠 房內(nèi)都處在不定向強磁場環(huán)境中，在這種強磁場環(huán)境下如用電弧焊或氣體保護焊方式對陰 極方鋼進行焊接，有嚴(yán)重的磁偏吹影響，而不定向強磁場也無法用其他消磁方式處理，幾乎 無法正常進行的焊接作業(yè)。其焊合程度僅能達到要求地40%左右。陰極方鋼如焊合不好， 其由鋁母線輸入的電流在通過陰極方鋼時就會產(chǎn)生較大電阻，而近100個焊口因受磁場影 響所焊合的程度又不一致，其每一組的電阻值的大小也不一樣，就會導(dǎo)致電解槽槽底通電 不均勻、槽底發(fā)熱、電解槽運行不平穩(wěn)等諸多有害現(xiàn)象，對安全生產(chǎn)也造成影響。而電阻的 增大又影響到電流的輸入，大大增加了電耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出了一種強磁場環(huán)境焊接鋁電解槽陰極方鋼的鋁熱焊劑及焊接方法，本 發(fā)明利用鋁熱焊劑焊接電解槽陰極方鋼時有不需要耗電、經(jīng)鋁熱反應(yīng)形成的高溫鋼水不受 磁場的影響，專用抗磁性工裝卡具在強磁場環(huán)境下使用方便的特性，非常適合在電解鋁行 業(yè)強磁場環(huán)境下對電解槽陰極方鋼的焊接作業(yè)，其焊合程度大95%以上，焊后電解槽底部 電阻幾乎為零，而使電解槽通電均勻、運行平穩(wěn)，還可壓降6-10毫伏，噸鋁約節(jié)電60-100 度電。
[0006] 本發(fā)明具體是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的： 一種一種強磁場環(huán)境下焊接電解槽陰極方鋼的鋁熱焊劑，由鋁粉、氧化鐵、合金添加劑 和填充物組成。
[0007] 進一步地，所述鋁粉的重量百分比為16. 1%，氧化鐵的重量百分比為61%，合金添 加劑質(zhì)量百分比為8%，填充物質(zhì)量百分比為14. 9%。
[0008] 進一步地，所述鋁粉選用高活性、高純度鋁粉。
[0009] 進一步地，所述合金添加劑為Mn、Cr、V合金。
[0010] 進一步地，所述填充物為鋼絲頭和鐵珠。
[0011] 進一步地，所述氧化鐵的粒度為20-80目，合金添加劑的粒度在5-20目。
[0012] 一種一種強磁場環(huán)境下焊接電解槽陰極方鋼的方法，包括以下步驟： (1) 對正：將陰極方鋼受腐蝕部分切除并將留下的陰極方鋼短頭清理干凈，并與相對應(yīng) 需焊接在一起的新陰極方鋼對正找平，留出26~30mm焊縫； (2) 裝模：將與需焊接的陰極方鋼同型號的兩片特制的專用焊接砂型及底板對中扣在 焊縫處并使其緊密貼合，用抗磁卡夾具固定，并裝上坩堝支架和接渣斗，用封箱砂將焊接砂 型周圍的封箱槽填實密封； (3) 預(yù)熱：用預(yù)熱器使用氧一丙烷氣火焰，利用減壓閥和流量計調(diào)整火焰到所需要的 各參數(shù)值后，將預(yù)熱器咀頭對準(zhǔn)預(yù)留焊縫中間位置并固定住，用秒表計時，對扣在焊接砂型 中的陰極方鋼端頭進行預(yù)熱，采用定時預(yù)熱方式，控制陰極方鋼待焊接頭的整個端面溫度 較均勻的達到750-850度； (4) 焊接：將裝有如權(quán)利要求1-6任一項的鋁熱焊劑的坩堝放在焊接砂型口上方坩堝 支架正中位置，用高溫火柴引燃焊劑，經(jīng)30秒鐘的鋁熱化學(xué)反應(yīng)，釋放出高溫熔化合金、還 原出高溫鋼水；用側(cè)頂澆方式澆注到焊接砂型中，反應(yīng)后形成的鋼渣經(jīng)排渣口流入接渣斗 中，高溫鋼水將待焊方鋼接頭兩端面熔化后一起冷卻凝固，完成對陰極棒方鋼的焊接； (5) 拆模：高溫鋼水澆注完成后5分鐘拆除卡具，8分鐘敲掉砂型，冷卻20分鐘后將焊 縫周圍殘留的沙子清理干凈，用氧割切去多余的焊瘤和冒口棒，用打磨機將焊縫打磨成型。
[0013] 進一步地，步驟（3)中預(yù)熱采用先中間，再兩邊，最后再中間的方式。
[0014] 進一步地，步驟（3)的預(yù)熱時間以陰極方鋼單位重量kg/m除以10為預(yù)熱時間(分 鐘)。
[0015] 本發(fā)明采用高活性的鋁粉為鋁熱反應(yīng)的氧化劑、氧化鐵為還原劑，填充物添加物 為增碳劑和增加鋼水量；合金添加劑為調(diào)整鋼水化學(xué)成份，使焊縫材質(zhì)與母材一致。而且鋁 熱焊接運用的是化學(xué)鋁熱反應(yīng)原理，其鋁和氧化鐵的配比必須是一個完整的化學(xué)方程式， 如配方內(nèi)的各物質(zhì)劑量、含量不對，就不能產(chǎn)生完全的化學(xué)反應(yīng)，其產(chǎn)生的高溫和還原出的 鋼水就達不到鋁熱焊接的要求。因此使用時需按陰極方鋼的型號大小選用相應(yīng)型號的鋁熱 焊劑及專用砂型，使用時不可分包使用或隨意添加或減少焊劑計量，否則焊接后在焊縫中 就會產(chǎn)生各種焊接缺陷，影響焊接質(zhì)量。
[0016] 焊縫的設(shè)計考慮到預(yù)熱狀況和鋼水量及焊接砂型的形狀等因素，預(yù)熱過程中如焊 縫過大或過小都會造成待焊端面預(yù)熱不良，焊后在焊縫中產(chǎn)生焊接缺陷；而焊劑量也是按 規(guī)定的預(yù)留焊縫和砂型型腔容量所需鋼水量配制的，使用時鋼水正好填滿焊接砂型內(nèi)部為 佳。所以焊縫過小會在預(yù)熱過程中形成待焊接頭端面頂部燒化、中間及下部預(yù)熱溫度不夠、 預(yù)熱器咀頭燒紅、燒化或回火等現(xiàn)象；焊縫偏大還會使砂型不好安裝、封箱砂封箱不嚴(yán)而跑 鋼水現(xiàn)象或鋼水不足、焊縫不滿。
[0017] 本發(fā)明鋁熱焊接方法的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且由于鋁熱焊接的特殊性，鋁熱鋼 水的澆注溫度很高，鋼水在凝固中收縮較大，易形成縮孔、氣孔、疏松、熱裂等缺陷，因此在 鋁熱焊接操作時的預(yù)熱效果及鋁熱鋼水在澆注到型腔中的流動性和冷卻凝固過程尤為重 要，且從鋼水澆注入型腔到成型的時間很短，一般在40-50秒鐘完成，因此陰極方鋼的預(yù)熱 對澆注后的凝固產(chǎn)生了很重要的影響，因此預(yù)熱在整個焊接工作中可稱為核心，本申請在 鋁熱焊接過程中嚴(yán)格控制鋁熱焊劑的配比，以及對陰極方鋼在焊接前的預(yù)熱，可以實現(xiàn)焊 合程度大95%以上，焊后電解槽底部電阻幾乎為零，整個焊接過程不受強磁場環(huán)境的影響。
【具體實施方式】
[0018] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的 實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)