Anoditangon liitoksen kehittäminen

Abstract

Tämä opinnäytetyö tehtiin Boliden Kokkolalle elektrolyysiprosessissa käytetyistä anodilevyjen tan­goista. Prosessissa olevien tankojen lyijy-kuparikontaktit eivät ole tällä hetkellä sillä tasolla kuin haluttaisiin. Kuparitangon tinauksen ja lyijyn välinen liitos ei ole tällä hetkellä parhaimmillaankaan kuin noin 10 % pinta-alastaan kiinni toisissaan.

Työn tarkoituksena oli suorittaa anoditangoille valukokeet, joissa kokeiltiin eri lämpötilojen ja juo­tosapuaineiden vaikutusta liitoksen laatuun. Lisäksi kokeiltiin kahta eri tankomallia, nykyisin käy­tössä olevaa kuparitankoa sekä teräsydintankoa. Tutkimuksen tarkoituksena oli löytaa ne parametrit joilla tina- lyijyliitos onnistuisi parhaiten.

Tangot valettiin BKO:n anodivalimossa. Tangot esilämmitettiin uunissa eri lampötiloihin. Juotosai­neet ripoteltiin tangon pinnalle ja lämmitettiin nestekaasupolttimella niin, että juotosapuaine muuttui nestemäiseksi. Tämän jälkeen tanko laitettiin kokilliin ja sen päällä valettiin lyijy.

Koetangoista kalvettiin paineilmatalttaa käyttämällä lyijy irti. Kiinnitartuntapinta-alat määritettiin piirtämällä ne kalvolle, josta millimetri-paperia apuna käyttämällä laskettiin tartuntapinta-alat. Tä­män jälkeen tangoista valittiin parhaat jatkotutkimukseen ORC:lle Poriin.

ORC:ssa leikattiin tangoista näytteet, 2kpl/tanko, keskeltä sekä reunasta. Näytepaloista tehtiin hieet, joita tarkasteltiin optisesti elektronimikroskoopilla.

Liitokset olivat erittäin hyvin kiinni kun käytettiin teräsydintankoa, juotosapuainetta sekä korkeam­paa esilämmityslämpötilaa. Kuparitankojen osalta tulokset ovat selvasti huonommat kuin teräsydin­tangoilla. Tämä selittyy korkeammalla esilämmityslämpötilalla, kuparitankoa ei pystytä esilämmit­tämään yhtä korkeaan lämpötilaan ilman, etta tanko menettäisi lujuusominaisuuksia. Koevaluissa saavutettiin erinomaisia tuloksia, ja toivottavasti niitä pystytään hyödyntämään tulevaisuudessa, kun koneita modernisoidaan.

This thesis was commissioned to Boliden Kokkola . On the anode bars used in the electrolysis pro­cess. The lead copper contact on the bars, are not optimal at the moment. Lead-copper contact is max­imum of 10% of the bars area. The purpose of this thesis was to create casting test, which would test different preheating temperatures and soldering materials and their effect on the connection quality of the bars. Two different kinds of bars were also examined, the copper bar and the steel core bar. One of the objectives/aims was to find the best connection values, temperature and solder materials for the connection. The bars were casted in the BKO lead foundry. The bars were preheated in the oven to different temperatures. Soldering materials were sprinkled on bar's surface and heated by liquefied gas burner until the powder had melted. After this the bar were placed and molded in the cask. The test bars were scraped from lead by using pneumatic chisel. The attached areas were marked on a foil and the area was calculated using tools such graph paper. After this the best bars were chosen to sent for further studies to ORC Pori. At ORC, samples were cut from the bars, 2pcs/bar, middle and an edge sample. Microsections were made from the test pieces, which were examined optically with an electron microscope. The connection were very good, when the steel core bar and soldering mate­rials and higher pre temperature had been used. When comparing copper bars and steel core bars, copper bars are not as good as steel core bars. The major reason is that preheat temperatures are much higher on steel core bars than copper bars. The copper bars cannot be preheated as high a temperature as steel core bars if the strength feature of the bars want to be kept on the same level.

The test casting provided very good results and hopefully they can be used in the future, when the casting machines will be modernized.