[发明专利]铝电解槽用阳极钢爪及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝电解技术领域，具体涉及一种铝电解槽用阳极钢爪及其制备方法。

背景技术

在铝电解生产过程中，阳极被誉为“电解的心脏”，目前预焙电解槽阳极均采用铸钢阳极钢爪，主要是通过铝、钢复合爆炸块与铝导杆焊接，铝导杆和阳极钢爪起到传导电流和承载负载的作用。由于铸钢的电阻比较大，在铝电解过程中，阳极钢爪部分电压降较大，通常达50～80mV，甚至更高，损耗的功率也大，增加了电解铝的吨铝电耗和生产成本。并且阳极钢爪在工作过程中，由于工作环境恶劣，需要定期的更换焊接阳极钢爪支腿和更新阳极钢爪，通常阳极钢爪支腿的更换周期为1年、阳极钢爪的更换周期为3年。仅此一项，一个年产25万吨原铝的电解铝生产企业就需支出上千万元的阳极钢爪维护费用。因此，如何采用新型阳极钢爪生产工艺，减少目前铸钢阳极钢爪压降大产生的电能损耗，降低电解铝生产成本，对于电解铝企业来说是保证其市场竞争力的必要条件。

发明内容

本发明旨在解决现有的阳极钢爪在高温条件下易被氧化腐蚀、能耗高、更换周期短、维护成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种铝电解槽用阳极钢爪，包括钢爪坯件，所述钢爪坯件包括钢爪横梁和焊接在所述钢爪横梁下部的钢爪支腿；在所述钢爪坯件的表面覆有金属复合层，所述金属复合层由Fe、Al、Cu、Ni和Cr复合而成，其中各组分的质量百分比为：Al：0.1～15%、Cu：0.1～2%、Ni：0.1～1.5%、Cr：0.1～8%、余量为Fe。

优选的，所述金属复合层的厚度为0.01～5mm。

优选的，所述金属复合层的孔隙率≤5%。

优选的，所述金属复合层与所述钢爪坯件之间的结合强度＞50MPa。

优选的，所述金属复合层在800℃～1000℃的高温电解质熔融液体中，腐蚀速率≤0.01mm/d。

优选的，所述钢爪横梁与钢爪支腿之间的焊缝为立缝焊接的焊缝。

本发明还提供了一种上述铝电解槽用阳极钢爪的制备方法，包括如下步骤：

（1）型钢加工：将型钢材料按照钢爪横梁和钢爪支腿的尺寸进行切割，切割面平行度小于等于5°，得到制备钢爪坯件所需的钢爪横梁和钢爪支腿；

（2）全截面熔焊：将步骤（1）所得的钢爪支腿焊接于所述钢爪横梁上，首先使焊接面的平面度于等于5°，打磨清理焊缝两侧的氧化皮；固定工件和夹具，使两个焊接面的距离5～40mm，焊缝为立缝焊接；采用熔焊设备进行5～30min的焊接，待焊缝冷却后去除夹具；将全部钢爪支腿焊接于所述钢爪横梁上之后，即制得所述钢爪坯件；

（3）表面处理：将步骤（2）所得的钢爪坯件进行酸洗、除锈，所用酸洗液为硝酸和氢氟酸的混合溶液，其中，硝酸所占体积百分比为15～25%，氢氟酸所占百分比为2～8%，余量为水；将所述钢爪坯件浸入所述酸洗液中，浸泡8～12小时后取出，用清水对所述钢爪坯件表面进行清洗，然后将该钢爪坯件放入烘干炉进行烘干；

（4）覆设金属复合层：采用金属渗层技术或超音速电弧喷涂技术，在所述钢爪坯件的表面覆设金属复合层。

优选的，步骤（4）中所述采用金属渗层技术覆设金属复合层的方法为：

A.在铝液中按下列质量百分比添加金属元素：Cu：0.1～2%、Ni：0.1～1.5%、Cr：0.1～8%；

B.将所述钢爪坯件浸入到步骤A所得铝液中，并在渗铝炉内加热到730℃～880℃，保温10～60min；

C.将步骤B所得的铝液和钢爪坯件放入扩散炉，温度维持在820～880℃，使表面金属渗层向钢爪坯件内部扩散0.15～90min，即在所述钢爪坯件形成金属复合层。

优选的，步骤（4）中所述采用金属渗层技术覆设金属复合层的方法为：

a.在固体粉末渗铝剂中按下列质量百分比加入添加金属元素：Cu：0.1～2%、Ni：0.1～1.5%、Cr：0.1～8%；

b.将所述钢爪坯件埋入步骤a所得固体粉末渗铝剂中，并置于密封的渗铝箱内，使渗铝箱在3～6h内升温到700～850℃，保温3～6h；然后将渗铝箱冷却1～2h，温度降至400～600℃，即在所述钢爪坯件表面形成金属复合层。