一种抗铝液腐蚀的吸铝管及其制造方法与应用技术

本发明专利技术提供一种抗铝液腐蚀的吸铝管的制造方法，包括以下步骤：首先、对钢材基体的表面进行打磨抛光、除油除锈和喷砂处理；其次、将高熵合金复合粉末以等离子熔敷的方式，在处理后的钢材基体表面形成高熵合金涂层；再次，将产物随炉降温冷却，得到抗铝液腐蚀的复合材料；最后、将抗铝液腐蚀的复合材料卷匝形成管材，采用MIG焊的方式将管材的接缝紧密相连，即得到一种抗铝液腐蚀的吸铝管。本发明专利技术还提供由上述制造方法制得的吸铝管，以及设有该吸铝管的抬包。所述吸铝管具有优异的抗铝液腐蚀性能、更高的使用寿命、更低的报废率，对于提高铝液质量，减少吸铝管拆卸清理效率，降低劳动强度，实现节能减排，保障电解系列安全生产具有重要意义。意义。意义。

【技术实现步骤摘要】
一种抗铝液腐蚀的吸铝管及其制造方法与应用


[0001]本专利技术属于有色冶金
，具体涉及一种抗铝液腐蚀的吸铝管及其制造方法，还涉及一种包括该抗铝液腐蚀的吸铝管的抬包。

技术介绍

[0002]抬包是电解铝生产过程中的重要设备，它主要承担着从电解槽中将高温铝液吸出，转运的任务。而吸铝管是各种类型抬包(包括敞口抬包和真空抬包)不可缺少的重要结构，它一般由处于最上部与包体相连的弯管(又叫球形管，A管)、吸铝时插入铝液的马蹄口状直管(C管)以及两端均带有法兰的直管(B管)三段组成。目前所用的吸铝管基本全由整体铸造而成，成本较高，且对于材料有较高的要求。
[0003]在工作时，吸铝管的C管插入电解铝槽的铝液内，利用虹吸原理，铝水沿B管和A管被吸入到抬包中。由于铝液的温度高达660～950℃，并存在有电解质氟化物。吸铝管在上述工作过程中会不断受到高温铝液的冲刷和腐蚀，这很容易导致管壁减薄甚至穿孔，一般吸铝管出铝20～30包就会报废，使用寿命短，消耗材料大，更换频率高，不仅降低了电解槽的生产效率，还增加了出铝成本。
[0004]基于以上背景，研究人员一直在探索新的吸铝管制备方法；但这些方法也大多存在不足。例如：公开号为CN 104894465 A的专利公开了一种高铬铸铁吸铝管及其制备方法，其通过熔炼、变质处理、镇静处理、热处理等工艺流程制备了一种高铬铸铁吸铝管，相较于现有吸铝管，其高温稳定性得到了一定提升，但该方法工序较为复杂，生产效率较低，经济效益不足。
[0005]公开号为CN2821346的专利公开了一种高强度复合吸铝管，该复合吸铝管采用外层为金属套管、内层为石墨纤维的结构，以解决使用过程中管道内壁被电解铝和滤渣挂住堵死而导致的无法继续使用的问题。然而，该吸铝管存在着工艺流程复杂，生产成本居高不下的问题，同时外层金属套管和内层石墨的连接强度难以满足，且外层金属管还是不能防止电击损耗。
[0006]基于此，提供一种具有优异的抗铝液腐蚀性能的吸铝管，并提高复合材料与基体之间的连接强度，使其具有更长的使用寿命、更低的报废率，进而提高电解铝生产行业中吸铝管的制造及使用成本，实现节能减排及安全生产，是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的之一在于提供一种抗腐蚀性能好、涂层材料与基体之间连接强度高的抗铝液腐蚀的吸铝管的制造方法。
[0008]本专利技术的目的之二在于提供一种抗腐蚀性能好、涂层材料与基体之间连接强度高的抗铝液腐蚀的吸铝管。
[0009]本专利技术的目的之三在于提供一种使用寿命长、报废率低、降低吸铝管更换频率的抬包。
[0010]本专利技术实现目的之一采用的技术方案是：提供一种抗铝液腐蚀的吸铝管的制造方法，包括以下步骤：
[0011]S1、对钢材基体的表面进行打磨抛光、除油除锈和喷砂处理，得到处理后的钢材基体；
[0012]S2、将高熵合金复合粉末以等离子熔敷的方式，在所述处理后的钢材基体表面形成高熵合金涂层；所述高熵合金复合粉末包括合金粉末和陶瓷相粉末，所述合金粉末选自FeCrCoMnNi系合金和/或FeCuCoMnNi合金，所述陶瓷相粉末选自ZrC粉末、WC粉末或MoC粉末中的一种或多种的组合；
[0013]S3、将步骤S2制得的产物随炉降温冷却，得到抗铝液腐蚀的复合材料；
[0014]S4、将所述抗铝液腐蚀的复合材料卷匝形成直径为130～150mm的管材，采用MIG焊的方式将所述管材的接缝紧密相连，即得到一种抗铝液腐蚀的吸铝管。
[0015]在上述制造方法中，首先，对钢材基体进行充分的预处理，以提升高熵合金涂层与钢材基体之间的结合性；其次，利用等离子熔敷的方式，选择与钢材基体结合性能良好、具有抗铝液腐蚀性能的高熵合金复合粉末为原料，在钢材基体表面形成一定厚度的高熵合金涂层，进一步提升钢材基体表面的抗铝液腐蚀的性能；再次，通过随炉冷却降温，消除熔敷过程中残余的热应力，有效的防止涂层发生开裂的情况，制得结合性能好、连接强度高的复合材料；最后，采用MIG焊的方式将卷匝管材的接缝紧密相连，制得耐铝液腐蚀性能优异的吸铝管。
[0016]在本专利技术中，高熵合金复合粉末的选取，是确保涂层与钢材基体之间的形成良好稳定结合性能、确保制得的吸铝管具有良好的抗铝液腐蚀性能的必要条件。经大量研究发现，当合金粉末选自FeCrCoMnNi系合金和/或FeCuCoMnNi合金，并配合ZrC粉末、WC粉末或MoC粉末形成的陶瓷相粉末时，等离子熔敷形成的高熵涂层与钢材基体的结合性能最好，能够确保制得高品质的吸铝管。
[0017]优选地，所述合金粉末选自FeCrCoMnNi系合金，所述陶瓷相粉末选自ZrC粉末，上述原料配合制成的复合材料具有良好的强韧性匹配和较为优异的抗冲击性能。此外，加入ZrC陶瓷粉末后，电阻降低，还能提高吸铝管在电解槽中的抗电击性能。从而能够更好的避免吸铝管在电解铝制备过程中因冲刷而引发的磨损和因电击导致的破损。
[0018]优选地，所述高熵合金粉末在使用前，置于箱式保温炉内在70～120℃恒温条件下进行保存。这样操作能够干燥高熵合金粉末，避免涂层中出现气孔等缺陷。
[0019]进一步的，所述步骤S1中，钢材基体的厚度为10～15mm，所述钢材基体选自Q235钢或304不锈钢。优选地，所述钢材基体为Q235钢，一方面因为Q235钢成本低廉，另一方面因为Q235钢中合金元素较少，卷板后焊接性能较好。可选地，在所述步骤S1中，采用喷砂处理的方式增加钢材基体表面的粗糙度。
[0020]进一步的，所述步骤S2中，所述高熵合金粉末呈球形，其粒径为100～200目，等离子熔敷工艺稳定可靠。
[0021]进一步的，所述高熵合金涂层的厚度为2～4mm。在该厚度条件下，通过优化工艺熔敷一层金属即可完成。整体吸铝管的壁厚可控制在12～25mm内，与现有其它设备匹配性能良好。
[0022]进一步的，所述等离子熔敷中，高熵合金复合粉末的温度为70～80℃，熔敷电流为
160～180A，送粉气流量为3.5～6.5L/min，送粉速率为40～60g/min，熔敷速度为300～400mm/min。优选地，所述等离子熔敷采用双面熔敷的方式进行，即在钢材基体的两侧表面均采用等离子熔敷的方式形成相应的高熵合金涂层。
[0023]在本专利技术中，选择等离子熔敷的方式进行高熵涂层的制备是由于等离子熔敷技术能够保证高熵合金涂层的致密性，增加了钢材基体与高熵合金涂层的结合强度；其中，氩气气氛能够避免钢材基体与高熵合金熔敷粉末发生氧化，本专利技术通过对等离子熔敷过程中工艺参数的优化调整，制备得到的吸铝管具有良好的抗铝液腐蚀性能、热稳定性、抗冲击性和磨耗比。
[0024]进一步的，所述步骤S3中，所述随炉降温冷却的初始温度为400～500℃，降温速度为30～50℃/h。在上述冷却条件下，能够有效的消除熔敷过程中残余的热应力，并防止涂层发生开裂的情况发生，为确保制备出结合性能好、连接强度高的复合材料提供保障。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗铝液腐蚀的吸铝管的制造方法，包括以下步骤：S1、对钢材基体的表面进行打磨抛光、除油除锈和喷砂处理，得到处理后的钢材基体；S2、将高熵合金复合粉末以等离子熔敷的方式，在所述处理后的钢材基体表面形成高熵合金涂层；所述高熵合金复合粉末包括合金粉末和陶瓷相粉末，所述合金粉末选自FeCrCoMnNi系合金和/或FeCuCoMnNi合金，所述陶瓷相粉末选自ZrC粉末、WC粉末或MoC粉末中的一种或多种的组合；S3、将步骤S2制得的产物随炉降温冷却，得到抗铝液腐蚀的复合材料；S4、将所述抗铝液腐蚀的复合材料卷匝形成管材，采用MIG焊的方式将所述管材的接缝紧密相连，即得到一种抗铝液腐蚀的吸铝管。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S1中，钢材基体的厚度为10～15mm，所述钢材基体选自Q235钢或304不锈钢。3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述高熵合金粉末呈球形，其粒径为100～200目。4.根据权利要求3所述的制造方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国栋，徐博聘，周怡成，李孟钊，汪昌顺，龚寅卿，银航，王麒瑜，郭嘉琳，梅青松，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：