[发明专利]一种铝电解槽短路母线的不停电修复方法

说明书

技术领域

本发明属于电解铝行业，涉及一种强磁场环境下的铝电解槽短路母线的不停电修复方法。

背景技术

近年来，全国铝行业发展迅猛，为提高铝的产量，铝电解槽电流强度也从以前的100KA发展到现在的300KA，400KA，500KA和600KA，目前700KA电解槽也在研发之中。电解槽用电量大，导线布置较为复杂，整个电解车间产生强大的电磁场。根据电流强度不同，电解槽磁场强度设计最大值为20~50GS，但实际运行过程中的磁场强度值已经达到850GS，即使在停电的状态下，强大的剩磁仍难短时消除。

铝电解槽在生产过程中，立柱母线和短路母线经常会受到意外伤害而出现损伤，尤其是短路口电弧放电、绝缘板击穿引起的立柱母线和短路母线放炮爆口等，以致导电面积减少，单位面积的电流密度增大，致使立柱母线的温度过高，能耗增大，存在潜在的重大安全隐患。对于短路母线出现的这些损伤，一般需要采用弧焊方法进行修复。但磁场的存在对焊接的实施产生了很大的负面影响，导致整个焊接过程困难、焊缝成型质量差，甚至有可能使焊接过程无法实施。在选择焊接方法上，理论上可以采取抗磁能力强或者不受磁场影响的焊接方法。从目前的研究和应用现状看，常规的焊接方法很难解决电解槽附近强磁场的干扰问题。如果采取停电措施，对电解槽产生将带来不可估量的损失，能否在不停电的情况下采取不受磁场影响的焊接技术成为一个迫切需要解决的技术难关。

为了避免停电对电解槽带来的破坏影响，国内外电解铝厂家尝试采取了各种带电焊接的工艺方法。如发明名称为“一种抗磁干扰电弧焊接装置”，申请号为200820077927.5的专利公开的技术于2008年底在190KA电解槽的阳极平衡母线上进行了成功的焊接试验。在2009年的继续研究开发试验中，采用了立体组合屏蔽、电磁屏蔽保护、安全操作保护进行了调整实验，于2009年10月进行了不停电焊接试验获得成功。发明名称为“电解槽铝母线带电焊接方法”，专利号为200810153133的专利公开了电解槽铝母线不停电焊接方法，在爆炸焊接块的前方放置一不锈钢屏蔽环，然后进行常规的连接钢板堆焊焊接。这些方法应用范围及其有限，只适合于电流较小和磁场简单的场合，而由于铝电解槽周围情况的复杂性，实际运行过程中在槽边母线任意一点的磁场都是三维立体旋转磁场，并且是随时间的变化而变化的，磁场强度很大，磁场沿各个方向都有分布，很难采用常规“蔽、防、导、疏、扰”等工艺技术消除磁场影响，尤其是垂直于焊缝方向的磁场分量更难屏蔽，而且消磁成本很高，所以无法在实际生产中进行大范围推广应用。

为了实现磁场内短路母线的良好焊接，理论上可以采用抗磁能力强或者不受磁场影响的焊接方法。从目前的研究和应用现状看，常规的方法很难解决磁场的干扰问题。电阻焊需要专用夹具，且受到短路母线位置和空间的限制，同时电流分布不均匀，焊缝成型和焊接质量难以得到保证。气焊和气压焊由于其焊接效率较低以及气压焊时加压工艺的限制，不适用于铝电解槽的现场焊接操作。搅拌摩擦焊在应用于薄板铝合金焊接时技术非常成熟，但尚不能用于大截面积铝合金母线的焊接。浇铸焊接是铸造技术和钎焊技术相结合的一种焊接技术。国内不少铝冶炼企业在这方面进行了尝试。如发明名称为“一种铝母材的熔铸焊接方法”，申请号为200510003327.5的专利公开了一种铝母材的熔铸焊接方法，对铝母材待焊表面进行清污、除油、去除氧化膜处理，在待焊母材表面涂抹助焊剂，根据接头的形状和要求，用耐火阻燃材料在焊接接头位置做成熔铸腔，对铝母材进行预热，铝母材温度达到100-200℃后，用熔炼设备加热熔化按一定比例配制好的铝和铝合金，将熔融的铝合金液浇铸到熔腔内，利用熔融金属的高温熔化母材金属，同时填充焊缝，实现焊接。这种方法存在以下不足：（1）由于加热条件的限制，铝液的温度只有900多度，只略高于铝的熔点，倾倒进入焊缝后母材迅速散热，很难实现较好的熔合；（2）铝液填缝仅仅依靠重力，填缝效果不良；（3）铝液与母材润湿效果差。