[發明專利]一種吸鋁管電擊坑的修補劑及其修補方法

有效

• 申請號: 201510439623.3
• 申請日: 2015-07-24
• 公開（公告）號: CN104959728B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 張國棟;李莉;張暉;張雅芝;王麒瑜;王帥;張建強
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B23K23/00
• 分類號: B23K23/00;B23K101/06;B23K103/10
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 汪俊鋒

技術領域

本發明屬于電解鋁行業，具體涉及一種吸鋁管電擊坑的修補劑及其修補方法。

背景技術

吸鋁管是電解鋁廠必須使用的設備，與真空抬包相連，參見圖1。它一般由處于最上部與包體相連接的彎管(A管)、吸鋁時插入鋁液中的馬蹄口狀直管(C管)以及兩端均帶有法蘭的直管(B管)三段組成。工作時，吸鋁管的A管插入電解鋁槽的鋁液里，利用虹吸原理，鋁水沿B管和C管被吸入到抬包中。吸鋁管在抽吸鋁水過程中的使用狀況直接制約著出鋁成本和出鋁效率的高低，尤其在出鋁量大、要求出鋁精度高的大型預焙槽生產中顯得更為重要。

目前，國內電解鋁廠出鋁抬包使用的吸鋁管材質主要是普通耐熱鑄鐵或者鑄鋼，它們工作在800~950℃的高溫鋁水中，吸鋁管的損傷主要包括腐蝕、擊穿、堵管、變形和法蘭破壞等現象。國內外相關企業以及專業人士對控制吸鋁管損傷，提高吸鋁管壽命進行了大量的試驗和研究工作，取得了一定的進展。針對腐蝕、堵管和氧化等問題，主要利用外加套管的方式對吸鋁管進行保護，如專利“一種帶石墨保護套管的吸鋁管”（201320011919.1）和專利“石墨吸鋁套管”(200920319079.9)，利用石墨纖維的耐高溫、耐腐蝕等特點制備石墨套管，專利“高強度復合吸鋁管”（200520118707.9）則提出利用外層為金屬套管，內層為高強度石墨纖維復合層的吸鋁管解決吸鋁管損傷問題。另外，專利“電解鋁真空包吸鋁管”（200720089695.0）針對吸鋁管因負壓作用而變形損壞和密封不嚴出現鋁水泄漏的問題對吸鋁管法蘭和外形進行了改進。然而通過對相關企業調研，大量統計數據表明吸鋁管消耗量最大的是C管，占總消耗量的59.8%，而C管報廢的主要是原因是出鋁過程中管壁碰到陽極短路擊穿，致使管壁破裂，形成距直管端部約400mm左右的蝕坑。而以上專利均未涉及到影響吸鋁管壽命最主要的損傷原因，且工藝操作難度相對較大，生產成本高，在實際生產中推廣及其困難。

放熱焊接實質上是自蔓延技術與焊接技術相結合的一種新型技術，屬于自蔓延焊接技術的范疇，它具有焊接簡單方便，工作效率高；焊接效果好，焊縫性能優良；不存在焊接電弧，適合在強磁場等特殊環境下應用等優點，不僅在無縫鋼軌的焊接和接地線路金屬導體的連接中早已大規模應用，近幾年放熱焊接在電解鋁行業的應用也越來越多。專利“一種鋁電解槽陰極軟母線系列不停電焊接方法”（201210299900.1）采用鋁-鋁放熱焊完成過渡鋁塊與槽周圍母線之間的連接，在系列電解槽不停電的狀態下完成的鋁電解槽陰極軟母線系列不停電焊接。

基于此，本發明旨在研發一種適用于修補吸鋁管電擊坑的修補劑，提供一種操作安全，設備簡單，成本低廉的基于放熱焊接的修補吸鋁管的方法，減少吸鋁管的消耗，實現真正意義上的吸鋁管使用壽命延長。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種修補吸鋁管電擊坑的修補劑，該修補劑發生放熱反應后與吸鋁管結合好且更耐電擊。

本發明另一目的是提供一種使用上述修補劑修補吸鋁管電擊坑的方法。該方法是基于放熱焊接的修補吸鋁管電擊坑的方法，操作安全，設備簡單，成本低廉。

為達到以上目的，本發明所采用的修補劑成分及質量百分比為：氧化鐵40%~60%，三氧化二鉻10%~15%，硫酸鈣1%~5%，氟化鈣2%~3%，鐵8%~12%，硅1.0%~2%，錳0.25%~1%，鉬0.25%~0.5%，鈧0.05%~0.1%，鋁粉20%~25%。

目數皆為200~300目焊接效果較好。所述鐵中含碳量重量百分比為3%~3.4%。

本修補劑涉及三種放熱反應，分別為鋁和氧化鐵反應置換出鐵，鋁和三氧化二鉻反應置換出鉻，鋁和硫酸鈣反應生成氧化鈣和氧化鋁。鋁和氧化鐵、氧化鉻反應放出大量熱，生成的鐵、鉻和原修補劑中的錳，鉬和硅作為蝕坑填充金屬的來源。其中鐵為修補蝕坑的合金基體；鉻能大幅度提高合金的耐腐蝕性；硅對合金的影響一方面提高合金耐腐蝕性，一方面使得合金電阻率升高，提高吸鋁管抗電擊能力；鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力；稀土元素鈧的加入可改善其抗熱沖擊性。另外，吸鋁管主要成分為耐熱鑄鐵，成分及質量百分比為：碳3.06%，硅1.73%，錳0.91%，鉻0.51%及Mo0.57%。修補蝕坑形成的合金基體成分與吸鋁管相似，易與吸鋁管形成牢固的冶金結合。