一种铝电解槽短路母线的不停电修复方法技术

本发明专利技术属于电解铝行业，涉及一种强磁场环境下的铝电解槽短路母线的不停电修复方法。本发明专利技术包括以下步骤：1、切除短路母线损伤区；2、制作预制铝块，表面进行加工研磨；3、焊前装配；4、放热焊接；5、焊后处理。本发明专利技术的不停电修复方法，不受电解厂房强磁场的干扰，可以实现短路母线上的爆口、凹坑等缺陷的不停电修复，并且修复后的表面光洁度极高，有效避免了由于表面不平整引起的导电面积减少的问题。修复工艺安全可靠，操作简单迅速，适合在铝电解行业推广应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术属于电解铝行业，涉及一种强磁场环境下的铝电解槽短路母线的不停电修复方法。
技术介绍
近年来，全国铝行业发展迅猛，为提高铝的产量，铝电解槽电流强度也从以前的100KA发展到现在的300KA，400KA，500KA和600KA，目前700KA电解槽也在研发之中。电解槽用电量大，导线布置较为复杂，整个电解车间产生强大的电磁场。根据电流强度不同，电解槽磁场强度设计最大值为20~50GS，但实际运行过程中的磁场强度值已经达到850GS，即使在停电的状态下，强大的剩磁仍难短时消除。铝电解槽在生产过程中，立柱母线和短路母线经常会受到意外伤害而出现损伤，尤其是短路口电弧放电、绝缘板击穿引起的立柱母线和短路母线放炮爆口等，以致导电面积减少，单位面积的电流密度增大，致使立柱母线的温度过高，能耗增大，存在潜在的重大安全隐患。对于短路母线出现的这些损伤，一般需要采用弧焊方法进行修复。但磁场的存在对焊接的实施产生了很大的负面影响，导致整个焊接过程困难、焊缝成型质量差，甚至有可能使焊接过程无法实施。在选择焊接方法上，理论上可以采取抗磁能力强或者不受磁场影响的焊接方法。从目前的研究和应用现状看，常规的焊接方法很难解决电解槽附近强磁场的干扰问题。如果采取停电措施，对电解槽产生将带来不可估量的损失，能否在不停电的情况下采取不受磁场影响的焊接技术成为一个迫切需要解决的技术难关。为了避免停电对电解槽带来的破坏影响，国内外电解铝厂家尝试采取了各种带电焊接的工艺方法。如专利技术名称为“一种抗磁干扰电弧焊接装置”，申请号为200820077927.5的专利公开的技术于2008年底在190KA电解槽的阳极平衡母线上进行了成功的焊接试验。在2009年的继续研究开发试验中，采用了立体组合屏蔽、电磁屏蔽保护、安全操作保护进行了调整实验，于2009年10月进行了不停电焊接试验获得成功。专利技术名称为“电解槽铝母线带电焊接方法”，专利号为200810153133的专利公开了电解槽铝母线不停电焊接方法，在爆炸焊接块的前方放置一不锈钢屏蔽环，然后进行常规的连接钢板堆焊焊接。这些方法应用范围及其有限，只适合于电流较小和磁场简单的场合，而由于铝电解槽周围情况的复杂性，实际运行过程中在槽边母线任意一点的磁场都是三维立体旋转磁场，并且是随时间的变化而变化的，磁场强度很大，磁场沿各个方向都有分布，很难采用常规“蔽、防、导、疏、扰”等工艺技术消除磁场影响，尤其是垂直于焊缝方向的磁场分量更难屏蔽，而且消磁成本很高，所以无法在实际生产中进行大范围推广应用。为了实现磁场内短路母线的良好焊接，理论上可以采用抗磁能力强或者不受磁场影响的焊接方法。从目前的研究和应用现状看，常规的方法很难解决磁场的干扰问题。电阻焊需要专用夹具，且受到短路母线位置和空间的限制，同时电流分布不均匀，焊缝成型和焊接质量难以得到保证。气焊和气压焊由于其焊接效率较低以及气压焊时加压工艺的限制，不适用于铝电解槽的现场焊接操作。搅拌摩擦焊在应用于薄板铝合金焊接时技术非常成熟，但尚不能用于大截面积铝合金母线的焊接。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。如专利技术名称为“一种铝母材的熔铸焊接方法”，申请号为200510003327.5的专利公开了一种铝母材的熔铸焊接方法，对铝母材待焊表面进行清污、除油、去除氧化膜处理，在待焊母材表面涂抹助焊剂，根据接头的形状和要求，用耐火阻燃材料在焊接接头位置做成熔铸腔，对铝母材进行预热，铝母材温度达到100-200°C后，用熔炼设备加热熔化按一定比例配制好的铝和铝合金，将熔融的铝合金液浇铸到熔腔内，利用熔融金属的高温熔化母材金属，同时填充焊缝，实现焊接。这种方法存在以下不足:(1)由于加热条件的限制，铝液的温度只有900多度，只略高于铝的熔点，倾倒进入焊缝后母材迅速散热，很难实现较好的熔合；(2)铝液填缝仅仅依靠重力，填缝效果不良；(3)铝液与母材润湿效果差。鉴于上述各种方法的劣势，部分企业尝试采用放热焊接方法对立柱母线及短路母线进行修复，并取得一些成果。如专利“铝电解槽立柱母线带电修复方法”(申请号:201310175028.4)，公开了一种铝电解槽立柱母线带电修复方法，包括对缺口表面进行损伤处理、安装石墨棒、并计算铝电解槽立柱母线带电修复用熔剂的添加量、安装模具、焊接、开模和焊缝金属面处理等一系列工序。采用该专利技术提供的铝电解槽立柱母线带电修复方法，可实现立柱母线与短路母线的带电修复，不会受电解厂房强磁场的干扰。但该专利技术存在以下问题:(1)由于焊接工艺属于侧面开口型，当金属液从侧面进入并逐渐填满缺口时，上层金属液凝固后与下层母线之间容易出现未熔合，并且焊渣不易处理，容易产生夹渣，影响焊接质量；(2)由于立柱母线与短路母线在停槽时需要压接在一起进行短路(称为短路口)，表面平整度要求极高，所以焊后需要对焊接表面进行认真打磨使其表面光滑。一方面焊肉金属由合金组成而且焊接过程中会出现金属高温氧化，所以焊肉硬度很高，打磨速度很慢；另一方面，由于强磁场的存在和短路口现场空间的限制，只能使用角磨机等较小设备，大大增加了打磨难度。一般来说，一个短路母线焊接仅仅需要几十分钟，但焊肉表面的打磨往往需要数小时甚至数天时间；而且打磨后的焊肉表面无法达到原有母线的表面光滑度和平整度要求，仍然存在着一定的安全隐患。基于上述各专利缺陷，专利技术人欲提供一种基于放热焊接的铝电解槽短路母线的不停电修复方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于放热焊接的铝电解槽短路母线的不停电修复方法。为达到以上目的，本专利技术所采用的技术方案是: ，具体包括以下步骤: 1)切除损伤区:将短路母线从顶端倾斜3~5°向下切除成L型，确保母线上损伤区域完全移除； 2)制作预制铝块:根据短路母线上被切除区域尺寸预制铝块，预制铝块待熔合面保留3-5°的倾角，且配置有与短路母线上位置、尺寸匹配的连接孔，然后对预制铝块压接面(待熔合面背面)进行磨光处理； 3)焊前装配:将预制铝块置于短路母线的被移除区，确保预制铝块压接面与短路母线立面平齐，在短路母线和预制铝块的连接孔中插入紧密配合的石墨棒；在预制铝块与短路母线之间形成V型槽，将V型槽两端用石墨板封住，并用火泥密封间隙； 将装料模具置于V型槽上，下方小孔用挡片封住；根据待焊间隙大小，称取适量铝基自蔓延焊粉，装入装料模具中，并在其表面撒上引火粉，插入引线； 4)放热焊接:对短路母线、预制铝块、石墨板进行焊前预热，然后点燃引线，引发放热反应，待装料模具底部的挡片熔化后，高温金属液由装料模具底部小孔流入到V型槽； 5)焊后处理:待金属液冷却后，拆卸下石墨板和石墨棒，清理焊渣，再将焊高打磨平整即可。步骤(I)的短路母线切面和步骤(2)的预制铝块待焊合面都有3~5°的倾角，主要是为了高温金属液从装料模具下方小孔喷出后，更容易在切面上冲出蚀坑，形成凹凸不平的粗糙切面，可以增加高温铝液与短路母线和预制铝块的焊接熔合面积，使焊接更加牢固可靠。步骤(2)中将预制铝块压接面提前在电解车间外的铣床和磨床上进行加工和磨光处理，避免了现场直接打磨焊肉时存在的高硬度、强磁场、狭窄空间、只能使用角磨机等较小设备打磨等限制，大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝电解槽短路母线的不停电修复方法，其特征在于，包括以下步骤：1）切除损伤区：将短路母线从顶端倾斜3~5°向下切除成L型，确保母线上损伤区域完全移除；2）制作预制铝块：根据短路母线上被切除区域尺寸预制铝块，预制铝块待熔合面保留3~5°的倾角，且配置有与短路母线上位置、尺寸匹配的连接孔，然后对预制铝块压接面进行磨光处理；3）焊前装配：将预制铝块置于短路母线的被移除区，确保预制铝块压接面与短路母线立面平齐，在短路母线和预制铝块的连接孔中插入紧密配合的石墨棒；在预制铝块与短路母线之间形成V型槽，将V型槽两端用石墨板封住，并用火泥密封间隙；将装料模具置于V型槽上，下方小孔用挡片封住；根据待焊间隙大小，称取适量铝基自蔓延焊粉，装入装料模具中，并在其表面撒上引火粉，插入引线；4）放热焊接：对短路母线、预制铝块、石墨板进行焊前预热，然后点燃引线，引发放热反应，待装料模具底部的挡片熔化后，高温金属液由装料模具底部小孔流入到V型槽；5）焊后处理：待金属液冷却后，拆卸下石墨板和石墨棒，清理焊渣，再将焊高打磨平整即可。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张国栋，杨辉，王麒瑜，张建强，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42