一種吸鋁管電擊坑的修補劑及其修補方法
【技術領域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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 0C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宄工作，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。
[0004]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。
[0005]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】
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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%。
[0009]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%。
[0010]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；絡能大幅度提高合金的耐腐蝕性；娃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。
[0011]鋁和硫酸鈣反應作為熱源補給熱量，減少熱量散失。生產的反應物氧化鈣與原修補劑中的氟化鈣作為造渣劑，與放熱反應生成的Al2O3反應結合，實現熔渣與金屬液的有效分離，改善金屬液修補蝕坑的質量。
[0012]采用本發明的修補劑的吸鋁管電擊坑修補方法，具體包括以下步驟:
1)將因電擊穿報廢的吸鋁管內壁、外壁和電擊坑上的銹層清理干凈；
2)用壓縮空氣將蝕坑處的粉塵吹掃干凈，用毛刷蘸酒精濕潤蝕坑處2-3次；
3)將環形石墨擋板置于吸鋁管內壁處固定，并完全封住電擊坑；
4)用固定模具固定住吸鋁管，并和裝料模具進行組裝，裝料模具底部有一小孔與吸鋁管電擊坑相通，與固定模具共同形成熔腔，再將擋片放入裝料模具底部；
5)按比例配制修補劑，混合均勻；
6)將吸鋁管點擊坑部位預熱到400~500°C，裝料模具預熱到200-300°C；
7)將修補劑裝入模具，略壓平壓實后，撒上火藥，插入引線，點火，待裝料模具中的擋片熔化后，高溫液態金屬由裝料模具底部小孔流入到吸鋁管蝕坑中，冷卻后進行打磨清理即可完成吸鋁管蝕坑的修補。
[0013]所述環狀石墨擋板弧度與吸鋁管一致，與吸鋁管內壁貼合無縫隙，采用夾具實現自我固定。
[0014]所述固定模具與吸鋁管外壁貼合無縫隙，從吸鋁管電擊坑附近兩側對吸鋁管進行固定。
[0015]所述熔腔由固定模具，裝料模具和電擊坑共同形成。
[0016]所述擋片為紙片。
本發明具有如下的有益效果:
1.操作簡單，節約能源。本發明針對影響吸鋁管壽命最主要原因一一蝕坑，采用基于放熱反應的修補劑進行局部修補，放熱反應操作簡單安全，勞動強度大大降低，局部修補最大程度上在節約能源的同時實現真正意義上吸鋁管壽命的提高。鋁和硫酸鈣反應作為熱源補給熱量，減少熱量散失，預熱溫度控制在400-500攝氏度即可以；采用鋁熱反應焊接鋼軌時，母材需要預熱到700攝氏度以上。顯著降低了預熱溫度。
[0017]2.修補質量好。修補劑反應后從裝料模具中流入蝕坑，金渣分離，金屬成分與吸鋁管相近，與蝕坑周圍吸鋁管形成冶金結合。鉻的加入提高了蝕坑修補后的耐腐蝕能力，硅在提高其耐腐蝕能力的基礎上還提高了其抗電擊能力。本來即將報廢的吸鋁管，通過修補可以再次使用，大大降低了電解出鋁成本。
[0018]3.修補成本低，安全可靠。本發明采用綠色無電修補劑，無需電焊機和電能消耗。修補劑價格低廉