供稿|周 虹, 王 林

鋁電解槽側(cè)部炭塊壓鐵改進(jìn)措施

供稿|周 虹, 王 林

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在鋁電解槽中，為了保護(hù)側(cè)部炭塊不受氧化、加工擊打等損壞，通常在側(cè)部炭塊上部附貼加焊一層厚度為10 mm的防護(hù)鋼板（簡稱：壓鐵）。存在的問題：在鋁電解槽投入生產(chǎn)不久后，壓鐵向上翹起嚴(yán)重，失去了保護(hù)炭塊的作用。文章分析了壓鐵變形翹起的原因，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，對(duì)壓鐵的焊接方式提出改進(jìn)措施，為減少電解槽的側(cè)部壓鐵變形提供了改造方案。

!存在的問題

在鋁電解技術(shù)大規(guī)模推廣以來，尤其是大型預(yù)焙電解槽的開發(fā)應(yīng)用后，鋁電解槽的結(jié)構(gòu)也在不斷地發(fā)展改進(jìn)，但就其電解槽的側(cè)部炭塊上層的壓鐵結(jié)構(gòu)基本沒有太大的改變，如圖 1 所示.

從圖 1 可見，電解槽槽殼與側(cè)部炭塊壓鐵垂直焊接在一起。壓鐵的作用：防止側(cè)部炭塊裸露在空氣中而發(fā)生氧化，造成側(cè)部炭塊破損；防止側(cè)部炭塊受到高溫熔鹽的熱應(yīng)力向上發(fā)生位移，造成側(cè)部炭塊變形破損。

電解槽經(jīng)過焙燒、啟動(dòng)進(jìn)入正常生產(chǎn)，隨著生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，高溫的熔鹽應(yīng)力逐步增大，向上的應(yīng)力也會(huì)逐步增大，使得側(cè)部炭塊逐步向上發(fā)生位移，進(jìn)而推動(dòng)側(cè)部炭塊的壓鐵也向上發(fā)生位移，最終使得壓鐵產(chǎn)生翹起。一般在電解槽生產(chǎn)到 1000 d后大部分壓鐵脫落，起不到保護(hù)側(cè)部炭塊的作用，使得電解槽的側(cè)部炭塊破損加劇，影響電解槽的生產(chǎn)壽命和爐膛的形成，進(jìn)而影響電解槽的技術(shù)指標(biāo)。

壓鐵的受力分析

鋁電解槽在正常生產(chǎn)時(shí)，壓鐵會(huì)受到電解槽槽殼的拉力和電解槽側(cè)部炭塊的熱應(yīng)力的作用，受力分析如圖 2。

圖1 電解槽的側(cè)部結(jié)構(gòu)剖面示意圖

壓鐵的變形位移

在不考慮壓鐵的內(nèi)應(yīng)力時(shí)，以壓鐵的幾何中心為受力點(diǎn)，壓鐵受到的力為 F，致使壓鐵隨時(shí)間的推移發(fā)生位移，最終擺脫電解槽槽殼的拉力束縛而脫落。

造成的危害

側(cè)部炭塊氧化

當(dāng)鋁電解槽側(cè)部炭塊上層的壓鐵發(fā)生位移翹起或脫落時(shí)，電解槽的側(cè)部炭塊很容易暴露在空氣中。由于電解槽在正常生產(chǎn)時(shí)的電解質(zhì)溫度大多為 920 ℃～960 ℃，炭在 900 ℃ 左右很容易與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生 CO2，因此電解槽的側(cè)部炭塊會(huì)逐步氧化破損，進(jìn)而造成槽殼受熱過大，熱應(yīng)力加劇，導(dǎo)致槽殼也隨之發(fā)生變形，加劇電解槽的破損，影響電解槽的生產(chǎn)槽齡。

圖2 壓鐵受力分析簡圖

側(cè)部炭塊的位移加劇

當(dāng)電解槽的壓鐵發(fā)生翹起時(shí)，側(cè)部炭塊因受到熱應(yīng)力的作用而位移加劇。這種位移會(huì)引起側(cè)部炭塊與人造伸腿、陰極等結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，容易產(chǎn)生裂縫，為高溫的鋁液、電解熔體的滲透提供了通道，加劇了電解槽的內(nèi)襯破損速度，同樣會(huì)影響電解槽的生產(chǎn)槽齡。

改進(jìn)措施

為了避免或減小鋁電解槽側(cè)部炭塊上部壓鐵變形，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和分析，將鋁電解槽側(cè)部炭塊上部壓鐵的焊接方式做了改進(jìn)，如圖 3 所示。

圖3 壓鐵的焊接方式改進(jìn)示意圖

改進(jìn)后的壓鐵受力分析

鋁電解槽的側(cè)部炭塊壓鐵焊接方式改進(jìn)后，會(huì)受到電解槽槽殼斜向下的壓力、電解槽側(cè)部炭塊的熱應(yīng)力的作用，受力分析如圖 4。

從圖 4 中可以明顯看出鋁電解槽側(cè)部炭塊壓鐵在改進(jìn)后的受力改變較大，而這種受力的改變可以使得壓鐵發(fā)生位移的幅度明顯減小，變形會(huì)大幅減少。

圖4 改進(jìn)后壓鐵受力分析簡圖

結(jié)束語

在電解槽上要實(shí)現(xiàn)改變側(cè)部炭塊壓鐵的焊接方式存在一定的困難，一方面是在強(qiáng)電磁場的作用下焊接質(zhì)量會(huì)受到影響，另一方面是在去除原有的側(cè)部炭塊壓鐵時(shí)存在一定的難度，也會(huì)對(duì)側(cè)部炭塊造成一定的損壞；因此該改進(jìn)方式適合于系列電解槽大修時(shí)采用，或者在新鋁電解系列上應(yīng)用效果較佳。

[1] 單輝祖 謝傳鋒. 工程力學(xué)（靜力學(xué)與材料力學(xué)）. 北京：高等教育出版社，2004

[2] 邱竹賢. 鋁電解. 沈陽：東北大學(xué)出版社，1997

[3] 楊重愚. 輕金屬冶金學(xué). 北京：冶金工業(yè)出版社，1991

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Improved Measures of Protected Steel for Side Carbon Block in Pre-baked Cell

ZHOU Hong, WANG Lin

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中國鋁業(yè)青海分公司第一電解廠，青海 大通 810108