[发明专利]全截面熔焊修复电解铝阳极钢爪设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解铝领域消耗件阳极钢爪的修复设备，属于电解铝行业。

背景技术

电解铝阳极钢爪是铝电解设备上阳极炭块与铝电解电路阳极之间的连接件，在铝电解过程中承载着大功率的电流，又经常受到高温电解液的侵蚀，导致钢爪腿部位腐蚀严重，所以工作一段时间之后，与阳极炭块连接的钢爪腿部就会逐步变细，导致钢爪腿变细的部位电阻增大，发热严重，能耗增加，这反过来又进一步加快了逐步变细的钢爪腿部位的腐蚀，影响电解铝的效率，由于电解铝阳极钢爪的失效主要是钢爪腿部位逐步腐蚀变细，阳极钢爪的主题部分仍然完好，所以长期以来电解铝企业一直采用人工电焊的修复方式修复电解铝阳极钢爪，即先从钢爪上将钢爪腿腐蚀变细的部位去除，然后用一段材质和直径均与钢爪腿相同的新钢棒通过人工电焊的方法焊接到已将腐蚀变细的钢爪腿部分切除之后的钢爪腿残存部分上，使人工电焊修复之后的钢爪腿长度恢复到新钢爪的钢爪腿的长度，使之可以再度用于电解铝的生产。

然而，用人工电焊方法修复电解铝阳极钢爪存在如下问题：

1、  焊缝处无法实现与钢爪腿和被焊接钢棒之间的冶金结合，且存在残余应力，导致焊缝处于钢爪腿和被焊接钢棒之间的结合力差；钢爪腿与钢棒之间在焊接处实际接触面积小，导致修复的钢爪腿整体抗拉能力大幅度降低；在钢爪腿与钢棒之间的中心部位存在没有焊接而被焊缝包围密封的空腔，空腔中的空气在发热时会急剧膨胀，产生具有使钢爪腿与钢棒脱开趋势的巨大张力，可能导致人工修复的钢爪腿在焊缝处“断腿”。

2、在电解铝过程中人工修复的钢爪腿焊缝处局部发热情况严重，能耗增加，降低了电解铝的能源利用率。

3、使用寿命短。通常钢爪的使用周期为18个周期，人工电焊修复的钢爪的使用周期仅为3个周期左右。

发明内容

为了克服上述存在的问题，本发明提供了一种全截面熔焊修复电解铝阳极钢爪设备，能够从根本上解决人工电焊方法修复电解铝阳极钢爪存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：全截面熔焊修复电解铝阳极钢爪设备，金属托盘与模具及残余钢爪腿组成的空腔形成熔渣池，所述金属托盘置于残余钢爪腿的两个相对侧面，模具置于金属托盘上且与残余钢爪腿紧密贴合；所述模具上下分别连接出水管和进水管且模具内为空腔；助熔剂置于熔渣池内；电极插入熔渣池内且与残余钢爪腿保持一定距离；所述电极与残余钢爪腿通过导线与变压器相连接。

全截面熔焊修复电解铝阳极钢爪的工艺过程为：

金属托盘与模具及残余钢爪腿组成的空腔形成熔渣池，助熔剂置于熔渣池内，当电极的一端插入熔渣池后，电极、助熔剂熔渣池、残余钢爪腿和金属底盘通过导线和变压器就形成了助熔剂渣层保护全截面熔焊的导电回路，当回路闭合时在整个回路中具有高电阻率的助熔剂熔渣池电阻最大，变压器输出电压主要分配在渣池上，渣池相当于一个“电阻元件”，电流通过助熔剂熔渣池析出电阻热，变电能为热能，将助熔剂熔渣池温度升高到1600-1900℃的温度，导致与钢爪化学成分相同的电极在高温助熔剂渣层中不断熔化形成液滴，通过助熔剂渣层净化后滴到与助熔剂熔渣池接触的待修复残余钢爪腿表面，在残余钢爪腿和起保护作用的助熔剂熔渣池之间形成了一个金属熔池。一方面，电极下端在高温助熔剂熔渣池中继续不断熔化形成液滴滴入熔池，另一方面，残余钢爪腿通过与其紧密接触的连接有进水管和出水管的模具在冷却水的循环过程中将金属熔池中的热量不断传走，使金属熔池底部的液态金属不断在残余钢爪腿上表面凝固结晶，使残余钢爪腿不断“生长”。随着金属熔池底部的不断上升，浮于其上的助熔剂熔渣池也随之上升，使金属熔池始终与外界空气隔绝，一方面起到了防止金属氧化和向大气散热的作用，另一方面浮在金属熔池上的助熔剂熔渣池也起到了高温冒口的作用，使在残余钢爪腿上部由液态金属不断凝固结晶而“生长”出来的修复部分避免了缩孔、气孔等缺陷的产生，这就使因熔焊而“生长”出来的修复部分强度至少与钢爪基体部分相同，甚至略高于铸钢钢爪基体强度。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、修复结合面实现了全面积的冶金结合，焊接部分强度与钢爪基体部分前度相同甚至更高，修复的钢爪腿焊接强度高。

2、采用此设备，在整条钢爪腿上没有截面的明显变化，在整条钢爪腿的长度方向上不存在因导电面积急剧变化而产生的电阻变化，电流密度也基本一致，从而有效的消除了传统的人工焊接修复时局部受热严重的现象，电耗与用新钢爪时的电耗相同，节能效果好。