强磁场环境焊接铝电解槽阴极方钢的铝热焊剂及焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种强磁场环境焊接铝电解槽阴极方钢的铝热焊剂及焊接方法。
【背景技术】
[0002] 因电解铝行业的生产特性，其电解槽在运行三一四年时间就进入大修周期，而在 电解槽底部铺设的阴极方钢因已朽蚀也需要更换。而阴极方钢在电解槽外连接着铝母线， 为不可拆卸组件，更换时要在阴极方钢两端连接铝母线处留出相应长度，将朽蚀部分切割 掉，更换新阴极方钢与原预留的连接铝母线的短头焊接在一起。所以更换和焊接阴极方钢 是电解槽大修的主要工作之一。
[0003] 阴极方钢铺设于电解槽底部防渗夯实层与炭素块之间，每两根一为组，一般一个 电解槽有40-50多组、共100个左右的焊接接口，在电解槽外有铝母线软带与之相连。大修 时需要将原有的阴极方钢在铝母线一端离电解槽内壁130-150mm长度处用氧割切割开， 移走旧的阴极方钢，再换上加工好长度、同型号的新阴极方钢，与炭块组装在一起重新铺设 在电解槽底部，与留下的方钢短头找正对齐焊接起来连成一体的维修方式。
[0004] 以前在进行电解槽大修时采用的是传统的电弧焊或气体保护焊等焊接方式对焊 阴极方钢进行焊接，因大修是在厂房内不停电、不停产情况下进行的，电解铝生产时整个厂 房内都处在不定向强磁场环境中，在这种强磁场环境下如用电弧焊或气体保护焊方式对阴 极方钢进行焊接，有严重的磁偏吹影响，而不定向强磁场也无法用其他消磁方式处理，几乎 无法正常进行的焊接作业。其焊合程度仅能达到要求地40%左右。阴极方钢如焊合不好， 其由铝母线输入的电流在通过阴极方钢时就会产生较大电阻，而近100个焊口因受磁场影 响所焊合的程度又不一致，其每一组的电阻值的大小也不一样，就会导致电解槽槽底通电 不均匀、槽底发热、电解槽运行不平稳等诸多有害现象，对安全生产也造成影响。而电阻的 增大又影响到电流的输入，大大增加了电耗。
【发明内容】
[0005] 本发明提出了一种强磁场环境焊接铝电解槽阴极方钢的铝热焊剂及焊接方法，本 发明利用铝热焊剂焊接电解槽阴极方钢时有不需要耗电、经铝热反应形成的高温钢水不受 磁场的影响，专用抗磁性工装卡具在强磁场环境下使用方便的特性，非常适合在电解铝行 业强磁场环境下对电解槽阴极方钢的焊接作业，其焊合程度大95%以上，焊后电解槽底部 电阻几乎为零，而使电解槽通电均匀、运行平稳，还可压降6-10毫伏，吨铝约节电60-100 度电。
[0006] 本发明具体是通过以下技术方案来实现的： 一种一种强磁场环境下焊接电解槽阴极方钢的铝热焊剂，由铝粉、氧化铁、合金添加剂 和填充物组成。
[0007] 进一步地，所述铝粉的重量百分比为16. 1%，氧化铁的重量百分比为61%，合金添 加剂质量百分比为8%，填充物质量百分比为14. 9%。
[0008] 进一步地，所述铝粉选用高活性、高纯度铝粉。
[0009] 进一步地，所述合金添加剂为Mn、Cr、V合金。
[0010] 进一步地，所述填充物为钢丝头和铁珠。
[0011] 进一步地，所述氧化铁的粒度为20-80目，合金添加剂的粒度在5-20目。
[0012] 一种一种强磁场环境下焊接电解槽阴极方钢的方法，包括以下步骤： (1) 对正：将阴极方钢受腐蚀部分切除并将留下的阴极方钢短头清理干净，并与相对应 需焊接在一起的新阴极方钢对正找平，留出26~30mm焊缝； (2) 装模：将与需焊接的阴极方钢同型号的两片特制的专用焊接砂型及底板对中扣在 焊缝处并使其紧密贴合，用抗磁卡夹具固定，并装上坩埚支架和接渣斗，用封箱砂将焊接砂 型周围的封箱槽填实密封； (3) 预热：用预热器使用氧一丙烷气火焰，利用减压阀和流量计调整火焰到所需要的 各参数值后，将预热器咀头对准预留焊缝中间位置并固定住，用秒表计时，对扣在焊接砂型 中的阴极方钢端头进行预热，采用定时预热方式，控制阴极方钢待焊接头的整个端面温度 较均匀的达到750-850度； (4) 焊接：将装有如权利要求1-6任一项的铝热焊剂的坩埚放在焊接砂型口上方坩埚 支架正中位置，用高温火柴引燃焊剂，经30秒钟的铝热化学反应，释放出高温熔化合金、还 原出高温钢水；用侧顶浇方式浇注到焊接砂型中，反应后形成的钢渣经排渣口流入接渣斗 中，高温钢水将待焊方钢接头两端面熔化后一起冷却凝固，完成对阴极棒方钢的焊接； (5) 拆模：高温钢水浇注完成后5分钟拆除卡具，8分钟敲掉砂型，冷却20分钟后将焊 缝周围残留的沙子清理干净，用氧割切去多余的焊瘤和冒口棒，用打磨机将焊缝打磨成型。
[0013] 进一步地，步骤（3)中预热采用先中间，再两边，最后再中间的方式。
[0014] 进一步地，步骤（3)的预热时间以阴极方钢单位重量kg/m除以10为预热时间(分 钟)。
[0015] 本发明采用高活性的铝粉为铝热反应的氧化剂、氧化铁为还原剂，填充物添加物 为增碳剂和增加钢水量；合金添加剂为调整钢水化学成份，使焊缝材质与母材一致。而且铝 热焊接运用的是化学铝热反应原理，其铝和氧化铁的配比必须是一个完整的化学方程式， 如配方内的各物质剂量、含量不对，就不能产生完全的化学反应，其产生的高温和还原出的 钢水就达不到铝热焊接的要求。因此使用时需按阴极方钢的型号大小选用相应型号的铝热 焊剂及专用砂型，使用时不可分包使用或随意添加或减少焊剂计量，否则焊接后在焊缝中 就会产生各种焊接缺陷，影响焊接质量。
[0016] 焊缝的设计考虑到预热状况和钢水量及焊接砂型的形状等因素，预热过程中如焊 缝过大或过小都会造成待焊端面预热不良，焊后在焊缝中产生焊接缺陷；而焊剂量也是按 规定的预留焊缝和砂型型腔容量所需钢水量配制的，使用时钢水正好填满焊接砂型内部为 佳。所以焊缝过小会在预热过程中形成待焊接头端面顶部烧化、中间及下部预热温度不够、 预热器咀头烧红、烧化或回火等现象；焊缝偏大还会使砂型不好安装、封箱砂封箱不严而跑 钢水现象或钢水不足、焊缝不满。
[0017] 本发明铝热焊接方法的浇注系统结构复杂，而且由于铝热焊接的特殊性，铝热钢 水的浇注温度很高，钢水在凝固中收缩较大，易形成缩孔、气孔、疏松、热裂等缺陷，因此在 铝热焊接操作时的预热效果及铝热钢水在浇注到型腔中的流动性和冷却凝固过程尤为重 要，且从钢水浇注入型腔到成型的时间很短，一般在40-50秒钟完成，因此阴极方钢的预热 对浇注后的凝固产生了很重要的影响，因此预热在整个焊接工作中可称为核心，本申请在 铝热焊接过程中严格控制铝热焊剂的配比，以及对阴极方钢在焊接前的预热，可以实现焊 合程度大95%以上，焊后电解槽底部电阻几乎为零，整个焊接过程不受强磁场环境的影响。
【具体实施方式】
[0018] 下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术