《系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備》是貴陽鋁鎂設計研究院於2009年11月17日申請的發明專利，該專利申請號為2009103098689，公布號為CN102059428A，專利公布日為2011年5月18日，發明人是楊濤、曹斌。該發明屬於鋁電解技術領域。
《系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備》公開了一種系列全電流下鋁電解槽大修帶電焊接方法及裝備，它由槽底短路母線（1）、立柱母線（2）；陽極母線（3）、平衡母線（4）、跨槽應急母線（5）、立柱門形夾具（6）、陽極母線弓形卡具（7）、換流開關（8）、短路口機械開閉裝置（9）、電壓感測器及導線（10）、溫度感測器及導線（11）、數據採集、顯示、分析和報警系統（12）、A側施焊區域（13）、B側施焊區域（14）、大修槽立柱軟帶壓接點（15）構成。
2017年12月，《系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備》獲得中國第十九屆專利優秀獎。
（概述圖為《系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備
- 公布號：CN102059428A
- 公布日： 2011年5月18日
- 申請日：2009年11月17日
- 申請號： 2009103098689
- 類別：發明專利
- 申請人：貴陽鋁鎂設計研究院
- 發明人：楊濤、曹斌
- 地址：貴州省貴陽市金陽新區金朱路2號
- 代理機構：貴陽中新專利商標事務所
- 代理人：吳無懼
- Int.Cl.：B23K 9/00 (2006.01) 、B23K 101/12 (2006.01)
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
電解槽陰極鋼棒與陰極軟帶的連線有焊接和壓接兩種方式。
2009年11月之前中國國內外預焙陽極電解槽的設計均採用焊接方式，一般在系列停電狀態下進行焊接，對於200千安及以下的電解槽型的焊接，某些鋁廠也嘗試過“禁止”、“引流”、“直接帶電焊接”等方式，焊接操作能否進行與焊工的經驗有較大關係，另外，即使可以操作，焊接質量也比較差。2009年11月之前，隨著電解槽迅速大型化，電流強度的上升使得電解槽周圍磁場強度增大，導致無法對大型槽的陰極鋼棒與軟帶的連線施焊，因此，2009年11月之前電解槽陰極鋼棒與陰極軟帶的連線設計大多採用壓接方式，以方便大修。現有焊接和壓接各自優缺點如下：
從以上分析可以看出：焊接方式除了實施時需要系列停電外，其餘各特性皆勝出或相近。所以，研製出電解系列全電流下可進行帶電焊接的技術和相關裝備，不僅可以避免系列停電，還可降低母線系統壓降，促進電解槽母線電平衡，為電解鋁企業帶來節能、增產和減排的社會經濟效益。
發明內容
專利目的
《系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備》要解決的技術問題是提供一種系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備，以克服現有技術存在的以下不足：傳統停電焊接——系列停電，導致電能損失，減產和溫室氣體排放增加；直接帶電焊接——焊接質量差，壓降高導致電能損失；壓接——安裝麻煩導致用工量增加；壓降高導致電能損失；通流均布性差導致電解槽運行穩定性差。
技術方案
《系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備》是指將電解槽陰極鋼棒與陰極軟帶進行焊接的方法，將電解槽施焊區域細分為B側施焊區域和A側施焊區域，B側即出電側，A側即進電側，對B側和A側各自施焊時所採取的導流方法不同；對某個區域進行焊接，首先斷開對施焊區域影響最大的槽底短路母線和立柱母線的電流，將系列電流導向其它立柱母線、槽底短路母線和跨槽應急母線，從而使焊接區域磁場強度降低到可以施焊的程度，然後使用焊機進行焊接。
對電解槽B側施焊，保持與B側非施焊區域相對應的短路口閉合，槽底短路母線仍處於通流狀態，接通跨槽應急母線，在大修槽B側某個區域施焊時，將對應區域的短路口斷開，將槽底短路母線斷流，使電流導向其它槽底短路母線和跨槽應急母線，接通槽況監控及報警系統，使其進入工作狀態，然後進行焊接操作。
對大修槽A側施焊，保持與B側非施焊區域相對應的短路口閉合，槽底短路母線仍處於通流狀態，接通跨槽應急母線；在大修槽B側某個區域施焊時，將對應區域的短路口斷開，將槽底短路母線斷流，同時，斷開與A側施焊區域相對應的立柱軟帶壓接點，使此立柱母線斷流，使電流導向其它槽底短路母線和跨槽應急母線，接通槽況監控及報警系統，使其進入工作狀態，然後進行焊接操作。
該發明的裝備是這樣構成的：它包括槽底短路母線、立柱母線、陽極母線、平衡母線、跨槽應急母線，槽底短路母線、立柱母線、陽極母線、平衡母線依次連線，跨槽應急母線的一端通過立柱門形夾具與下游槽的立柱母線連線，另一端通過陽極母線弓形卡具與平衡母線連線；在立柱母線上有換流開關和大修槽立柱軟帶壓接點；短路口機械開閉裝置安裝在立柱母線上；在立柱母線和跨槽應急母線上分別還有電壓感測器、溫度感測器通過導線與數據採集、顯示、分析和報警系統連線；在槽底短路母線的兩端分別有A側施焊區域和B側施焊區域。
該發明的技術原理：針對大修電解槽陰極軟帶焊接處磁場強度大導致不能施焊的現狀，該發明將電解槽所有陰極軟帶施焊點劃分為A側（進電側）和B側（出電側）的多個區域，當需要在某個區域進行焊接時，首先斷開對施焊區域影響最大的槽底母線和立柱母線的電流，將系列電流導向其它立柱母線、槽底母線和跨槽應急母線，從而使焊接區域磁場強度降低到可以施焊的程度，然後使用普通焊機進行焊接。在上述操作過程中，裝備各組成部分的功用如下：跨槽應急母線枛它包括跨槽應急母線、立柱門形夾具、陽極母線弓形卡具，可分擔部分系列電流，降低槽底母線電流密度，減輕槽底母線通流壓力，提高安全性；在減少其它槽底母線電流的同時，也會降低施焊區域的磁場強度；在焊接A側陰極軟帶時，有利於下游槽陽極電流的均布。
系列全電流開/停槽裝置枛它包括換流開關和短路口機械開閉裝置，可遠程操控短路口的斷開或閉合，實現槽底母線電流的切換，保障人員安全；在出現非正常狀況時，可進行遠程機械操動短路口和換流開關，保證非正常狀況被及時地、安全地處理。
槽況監控及報警系統枛它包括電壓感測器、溫度感測器和數據採集、顯示、分析和報警系統，在對電流切換和進行焊接的全過程中，可以監控大修槽及其上、下游槽的導流或通流的狀況，如有異常，立即報警，從而充公保證人員和設備安全。
改善效果
《系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備》與2009年11月之前技術比較，該發明具有如下優點：
（1）與傳統停電焊接方式比較：該發明可避免系列停電，減少停電造成的電能損失，減產和溫室氣體排放，為企業帶來節能、增產和減排的社會經濟效益。
（2）與直接帶電焊接方式比較（一般在200千安及以下電解系列上進行）：該發明可以提高陰極軟帶焊接質量，降低電解槽運行電壓，從而減少電能損失，為企業帶來節能的社會經濟效益。
（3）與大型電解槽普遍採用的壓接方式比較：該發明可以有效降低陰極鋼棒與陰極軟帶的連線壓降，減少此處的發熱電能損失；另外，還可以提高陰極電流的均布性，有利於增強電解槽運行穩定性，該發明可以為企業帶來節能的社會經濟效益。
附圖說明
圖1《系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備》配置結構示意圖；
圖2該發明電路示意圖；
圖3該發明電路及施焊區域劃分示意圖；
圖4對應B側非施焊區域的電路示意圖；
圖5對應B側施焊區域的電路示意圖；
圖6對B1區域施焊時電路示意圖；
圖7對B2區域施焊時電路示意圖；
圖8對B3區域施焊時電路示意圖；
圖9對B4區域施焊時電路示意圖；
圖10對應A側非施焊區域的電路示意圖；
圖11對應A側施焊區域的電路示意圖；
圖12對A側1號區域施焊時電路示意圖；
圖13對A側2號區域施焊時電路示意圖
圖14對A側3號區域施焊時電路示意圖；
圖15對A側4號區域施焊時電路示意圖。
權利要求
1.《系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備》是指將電解槽陰極鋼棒與陰極軟帶進行焊接的方法，其特徵在於：將電解槽施焊區域細分為B側施焊區域和A側施焊區域，B側即出電側，A側即進電側，對B側和A側各自施焊時所採取的導流方法不同；對某個區域進行焊接，首先斷開對施焊區域影響最大的槽底短路母線（1）和立柱母線的電流，將系列電流導向其它立柱母線、槽底短路母線（1）和跨槽應急母線（5），從而使焊接區域磁場強度降低到可以施焊的程度，然後使用焊機進行焊接。
2.根據權利要求1所述的系列全電流下鋁電解槽大修帶電焊接方法，其特徵在於：對電解槽B側施焊，保持與B側非施焊區域相對應的短路口閉合，槽底短路母線（1）仍處於通流狀態，接通跨槽應急母線（5），在大修槽B側某個區域施焊時，將對應區域的短路口斷開，將槽底短路母線（1）斷流，使電流導向其它槽底短路母線和跨槽應急母線，接通槽況監控及報警系統（12），使其進入工作狀態，然後進行焊接操作。
3.根據權利要求1所述的系列全電流下鋁電解槽大修帶電焊接方法，其特徵在於：對大修槽A側施焊，保持與B側非施焊區域相對應的短路口閉合，槽底短路母線（1）仍處於通流狀態，接通跨槽應急母線（5）；在大修槽B側某個區域施焊時，將對應區域的短路口斷開，將槽底短路母線（1）斷流，同時，斷開與A側施焊區域相對應的立柱軟帶壓接點（15），使此立柱母線斷流，使電流導向其它槽底短路母線（1）和跨槽應急母線（5），接通槽況監控及報警系統（12），使其進入工作狀態，然後進行焊接操作。
4.一種實施如權利要求1所述的系列全電流下鋁電解槽大修帶電焊接方法的裝備，其特徵在於：它包括槽底短路母線（1）、立柱母線（2）、陽極母線（3）、平衡母線（4）、跨槽應急母線（5），槽底短路母線（1）、立柱母線（2）、陽極母線（3）、平衡母線（4）依次連線，跨槽應急母線（5）的一端通過立柱門形夾具（6）與下游槽的立柱母線（2）連線，另一端通過陽極母線弓形卡具（7）與平衡母線（4）連線；在立柱母線（2）上有換流開關（8）和大修槽立柱軟帶壓接點（15）；短路口機械開閉裝置（9）安裝在立柱母線上；在立柱母線（2）和跨槽應急母線（5）上分別還有電壓感測器（10）、溫度感測器（11）通過導線與數據採集、顯示、分析和報警系統（12）連線；在槽底短路母線（1）的兩端分別有A側施焊區域（13）和B側施焊區域（14）。
實施方式
如圖1所示，《系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備》的裝備組成為：它包括槽底短路母線1、立柱母線2、陽極母線3、平衡母線4、跨槽應急母線5，槽底短路母線1、立柱母線2、陽極母線3、平衡母線4依次連線，跨槽應急母線5的一端通過立柱門形夾具6與下游槽的立柱母線2連線，另一端通過陽極母線弓形卡具7與平衡母線4連線；在立柱母線2上有換流開關8和大修槽立柱軟帶壓接點15；短路口機械開閉裝置9安裝在立柱母線上；在立柱母線2和跨槽應急母線5上分別還有電壓感測器10、溫度感測器11通過導線與數據採集、顯示、分析和報警系統12連線；在槽底短路母線1的兩端分別有A側施焊區域（1）和B側施焊區域14。
如圖2、3所示，首先將電解槽施焊區域細分為B側的B1、B2、B3、B4和A側的A1、A2、A3、A4。對B側和A側各自施焊時所採取的導流方法不同。
對電解槽B側施焊時，第一步：應將大修槽電路切換為如下狀態：如圖4所示，保持與B側非施焊區域相對應的短路口閉合，槽底短路母線1仍處於通流狀態，接通跨槽應急母線5；如圖5所示，與B側施焊區域相對應的短路口斷開，槽底短路母線1斷流；如圖6、7、8、9所示，在大修槽B側某個區域施焊時，將對應區域的短路口斷開，將槽底短路母線1斷流，使電流導向其它槽底短路母線和跨槽應急母線，另外臨近施焊區域的相鄰短路口，可根據設計和磁場情況，決定是否斷開或閉合。第二步：接通槽況監控及報警系統12，使其進入工作狀態。第三步：進行焊接操作。
對大修槽A側施焊時，第一步：應將大修槽電路切換為如下狀態：如圖10所示，保持與B側非施焊區域相對應的短路口閉合，槽底短路母線1仍處於通流狀態，接通跨槽應急母線5；如圖11所示，與B側施焊區域相對應的短路口斷開，槽底短路母線1斷流，斷開與B側施焊區域相對應的立柱軟帶壓接點15，使此立柱母線斷流；如圖12、13、14、15所示，在大修槽B側某個區域施焊時，將對應區域的短路口斷開，將槽底短路母線1斷流，使電流導向其它槽底短路母線1和跨槽應急母線5，同時，斷開與B側施焊區域相對應的立柱軟帶壓接點15，，使此立柱母線斷流，另外臨近施焊區域的相鄰短路口，可根據設計和磁場情況，決定是否斷開或閉合。第二步：接通槽況監控及報警系統12，使其進入工作狀態。第三步：進行焊接操作。
在保證槽底短路母線1、立柱母線2、陽極母線3、平衡母線4、跨槽應急母線5等母線通流正常和壓接處正常的前提下，可以使用人工進行短路口斷開或閉合操作。
在保證槽底短路母線1、立柱母線2、陽極母線3、平衡母線4等母線電流密度正常和施焊處磁場強度允許的前提下，可以不使用跨槽應急母線。
榮譽表彰
2017年12月，《系列全電流下鋁電解槽帶電焊接方法及裝備》獲得中國第十九屆專利優秀獎。
