毛 興， 郭曉燕

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司， 青海 格爾木 816000)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，輕質(zhì)材料(如：鋁、鎂、鈦)成為航空航天工業(yè)的優(yōu)先選擇，青海鹽湖金屬鎂一體化項目10萬t/a電解鎂裝置是我國第一套采用氯化氫干燥技術(shù)干燥氯化鎂顆粒再進行電解生產(chǎn)的鎂電解槽，建成后將成為世界上規(guī)模最大的金屬鎂廠，主要技術(shù)來自挪威海德魯公司。項目位于青海省格爾木市察爾汗鹽湖，屬于國家發(fā)展改革委等六部委批準的柴達木循環(huán)經(jīng)濟試驗區(qū)中的格爾木循環(huán)經(jīng)濟工業(yè)園的重點項目。

青海鹽湖集團計劃分期建成總產(chǎn)能40萬t/a金屬鎂裝置。本期工程中，鎂電解槽施工工藝對其后續(xù)建設(shè)及其它類似工程建設(shè)有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。電解槽安裝及爐窯砌筑圖紙由加拿大赫氏(HATCH)公司設(shè)計。電解槽三維立體圖見圖1。

圖1 電解槽三維立體圖

1 電解槽槽殼吊裝

電解槽是電解車間尺寸最大的設(shè)備，槽殼整體到貨，在安裝前必須選好吊入車間的位置。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，決定分兩步吊裝槽殼，第一步將槽殼吊運至車間4m平臺，第二步將槽殼從4 m平臺吊至基礎(chǔ)就位。為了使電解槽能順利就位，必須事先將車間橋式吊車(共6臺，南、北跨各3臺)安裝好以便使用，經(jīng)計算須采取雙機抬吊，為避免建設(shè)單位因吊車到貨不及時影響施工，可根據(jù)到貨情況將吊車集中安裝在一側(cè)，以創(chuàng)造雙機抬吊條件。

2 電解槽槽底、槽壁爐窯砌筑

電解槽槽底砌筑三層耐火磚，側(cè)墻三層，縱墻五層。第一層砌筑時特別注意的是耐火磚與槽殼內(nèi)壁之間應(yīng)預(yù)留25 mm寬的排水溝以及電解槽四個角埋設(shè)導(dǎo)流不銹鋼管，詳見圖2。

圖2 排水溝示意圖

25 mm寬的排水溝的主要作用是將電解槽烘爐時凝結(jié)在槽殼內(nèi)壁上的冷凝水匯集，通過電解槽底邊留設(shè)的4個導(dǎo)流孔排出。電解槽內(nèi)襯砌筑按先砌筑一層底面，再砌一層側(cè)墻、縱墻的交替方式進行，灰漿接縫厚度應(yīng)1.5 mm，所有成排的磚塊上以及不同磚層之間應(yīng)盡可能有50%(最大粘結(jié)度)的灰漿重疊，陶瓷絕緣材料填充伸縮縫。砌筑的同時逐層對耐火材料進行檢查，以便在出現(xiàn)錯誤時及時采取糾正措施。需要注意的是嚴禁在已砌筑完的砌體上敲打或砍磚，砌筑過程中如停歇，下次砌筑前需將已松動的磚拆除重新砌。電解槽底、槽壁的砌筑是爐窯砌筑的主要工作量，涉及的材料種類較多，在施工前對容易混淆的材料做清晰標識，對砌筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、磚規(guī)格較多的部分，在地面上進行了模擬砌筑，模擬砌筑符合要求后再在槽內(nèi)進行真正砌筑，保證一次砌筑成功。

3 交流電極、陰極板的安裝

3.1 一般要求

交流加熱電極共2個，安裝與其同一側(cè)的墻面砌筑同時進行，陰極板總共21塊。陰極總體平面布置圖及類型圖見圖3。

圖3 陰極總體平面布置圖及陰極類型圖

陰極板安裝與常見的鋁電解槽完全不同，鋁電解槽陰極板安裝后，各陰極板之間填充炭塊使其與砌筑部分形成一個整體，而鎂電解槽各陰極板之間精度要求較高，因為在每兩個陰極板之間的空間要安裝陽極，并且陰極與陽極之間的距離必須保持在44.25±2 mm以內(nèi)。

陰極板安裝至少要在其下方的耐火磚和耐火材料鋪設(shè)完一天(24 h)后進行，以避免陰極板對下方的耐火材料造成沉降。開始安裝調(diào)整陰極板時，砌筑施工就無法進行了，而陰極板安裝又是一個精細作業(yè)，從安裝到調(diào)整需要2～3天，這就導(dǎo)致砌筑工人窩工。為了避免窩工，在作業(yè)面上必須部署3臺以上的電解槽交替砌筑，形成流水作業(yè)，有效利用工序特點，降低施工成本。

3.2 陰極定位調(diào)整

陰極板的定位調(diào)整分為兩部分，分別為陰極板標高的確定和陰極板的縱橫向中心線(或相互間距離)調(diào)整。

3.2.1 標高確定

首先確定D型中心陰極在槽內(nèi)的標高，中心陰極直接放在已砌筑的中心壁上。然后將水平儀放在中心陰極頂面的光滑平整構(gòu)造面測量水平度，若槽內(nèi)標高略高，則在槽殼外面的條鋼上增加墊片，若槽內(nèi)標高略低，則在中心陰極的前部底端增加墊片。B、C型末端陰極標高調(diào)整與中心陰極類似，不同的是末端陰極與電解槽側(cè)壁貼在一起(即將陰極一側(cè)砌筑在耐火材料中)。A型標準陰極底平面和磚砌支撐之間夾一層PVC塑料板，調(diào)整標高時如標高不滿足要求，則在塑料板和陰極板之間放置薄鋼板，薄鋼板厚度可根據(jù)具體需要而定，長寬一般為660 mm×100 mm。

3.2.2 中心線調(diào)整

依據(jù)電解槽的橫向、縱向中心線首先確定中心陰極位置(中心陰極的縱向中心與槽殼橫向中心線重合，中心陰極的后部距電解槽槽殼縱向中心線1 950±2 mm；),中心陰極的重量和體積最大，幾乎是其它陰極板的2倍。然后以中心陰極為基準再確定其余各陰極的安裝位置。調(diào)整時，與中心陰極板距離偏近的不能滿足設(shè)計要求的，采用內(nèi)頂絲推開相互之間的距離，同時用事先做好的樣件判斷相互間距離。距離較遠的，利用專門制作的調(diào)整工具拉近陰極間的距離，距離調(diào)整好后利用小連接件將中心陰極與第一塊標準陰極板進行點焊以固定調(diào)整后的位置。以此類推以固定的陰極板為基準調(diào)整其余陰極板。小連接件在陰極周圍的耐火材料砌筑完后再行拆除。調(diào)整陰極板相互之間距離時，選取4個進行測量，在距陰極板前部和后部各550 mm處，距陰極板上表面100 mm處選兩個點，距陰極板前后部下表面250 mm處選兩個點，調(diào)整后的陰極板間間距為217.5±0.5 mm。當(dāng)所有陰極都安裝和固定后，還要檢查陰極相互之間的前部間隙和后部間隙，中心陰極與其相鄰的標準陰極前部間隙為5 mm，后部間隙為5.5 mm。其它各陰極之間的前部間隙為3 mm，后部間隙為3.5 mm。間隙較小不能滿足要求時，采用乙炔槍切割，以擴大間隙距離。間隙較大不能滿足要求時，在陰極前部或后部間隙面處焊接薄鋼板墊片，以縮小間隙距離。薄鋼板墊片厚度可根據(jù)具體需要而定，長寬一般為830 mm×40 mm。用搗打料封閉陰極板與孔洞之間的全部間隙。圖4為調(diào)整陰極板的示意圖。

圖4 陰極板的調(diào)整

4 石墨陽極安裝

陽極由五部分組成：①五個炭塊；②兩個冷卻夾套;③兩個銅接觸板；④澆筑耐火材料；⑤四個校平螺絲(四個角均有)，詳見圖5。

圖5 陽極組成示意圖

石墨陽極施工順序為：石墨板浸泡→陽極組裝→陽極澆筑→就位及找平找正。

4.1 石墨板浸泡

每臺電解槽有20個陽極，分為2個中心陽極(圖5中 b為中心陽極)和18個標準陽極，每個陽極由5組石墨炭塊組成。為了提高石墨陽極的使用壽命，接觸導(dǎo)電銅板的陽極上部區(qū)域需要浸泡(用50%的磷酸溶液)96 h，浸泡完放置21天陰干后，方可進行組裝作業(yè)。注意陽極安裝時務(wù)必嚴格按照施工進度要求及現(xiàn)場情況提前組織浸泡及陰干工作。

4.2 陽極組裝及澆筑

首先制作陽極組裝架，如圖6所示，組裝架兩側(cè)各設(shè)置一個氣缸，在組裝的時候依據(jù)氣動原理調(diào)整桌面的角度，組裝架制作時各個定位尺寸與裝配后的陽極尺寸一致。組裝架的桌面處于傾斜狀態(tài)時，將冷卻套板和接觸板安裝到桌子上的項目A上，并將5個陽極碳塊置于桌面上，一個緊挨一個，定位準確后，利用氣動裝置將桌面拉平。為了絕緣及后續(xù)電解槽的密封，必須對陽極進行澆筑。陽極正常放置時，與鋁母線相連部分朝上，然而澆筑時必須將其倒置，才能在模內(nèi)灌入澆筑料,從圖5中可以看出，支模后只能從下方灌入澆筑料。

圖6 陽極組裝架

為了進行正常澆筑，必須制作專門的澆筑模具。澆筑料入模后，為防止出現(xiàn)氣孔，使用混凝土振搗器振搗，振搗時間不宜太長，因為長時間振搗會引起澆注料成分分離，降低澆筑質(zhì)量。澆筑24 h后方可拆除模具，澆筑完畢后將陽極放在運輸框內(nèi)。運輸框制作數(shù)量不宜太多能滿足周轉(zhuǎn)即可，因為可將大部分陽極暫時存放于已砌筑完的電解槽陽極安裝位置處，既節(jié)省了制作運輸框的時間又節(jié)約了成本。陽極炭塊澆筑裝置見圖7。

圖7 陽極炭塊澆筑裝置圖

4.3 陽極安裝定位及密封

陽極的前后左右均需定位?？砂匆韵氯竭M行：(1)陽極吊入電解槽前，安裝陽極兩端的定位卡具，卡具固定在陰極板上，吊入時卡具限制陽極的前后位置。(2)用精度0.02 mm/m的鉗工水平儀測量水平度時，可根據(jù)情況調(diào)整陽極每個角上的校平螺絲直至水平度滿足要求。(3)用鋼尺測量陽極與陰極之間的距離，保持在44.25±2 mm以內(nèi)。

陽極安裝后還需對冷卻夾套進行水壓試驗，試驗壓力為0.6 MPa，保壓1 h。試驗完成后，用干燥空氣將冷卻器吹干，并將冷卻器端口密封。為了封閉陽極之間的接縫以及中心陽極和氯氣罩之間的縫隙，首先在縫隙間放一條直徑25 mm的陶瓷繩輕壓，然后在陶瓷繩上澆筑一層高鋁砂漿，最后在高鋁砂漿上方施工氧化鎂搗打料，使其表面與陽極組件的耐火材料平齊。

5 槽蓋及其它金屬結(jié)構(gòu)安裝

在電解槽整體砌筑完成后安裝槽蓋，槽蓋內(nèi)部填充保溫隔熱的陶瓷纖維。槽蓋安裝時在槽蓋與電解槽接縫處敷設(shè)玻璃繩，槽蓋之間的接縫處敷設(shè)陶瓷纖維毯。

6 結(jié)束語

電解槽施工是一個很精細的工作，由于施工圖紙是英文版的，因此在安裝前必須準確翻譯成中文。砌筑時必須保證磚與磚之間的灰漿厚度及飽滿度，槽底和槽壁交替施工。密封時必須認真仔細，保證接縫嚴密可靠。在設(shè)備吊運過程中根據(jù)現(xiàn)場實際情況，創(chuàng)造雙機抬吊的條件。砌筑施工過程中，采取至少3臺電解槽交替施工，避免窩工。陰極安裝、陽極組裝過程中，在現(xiàn)場制作了組裝、密封及調(diào)平的專用工具，提高了施工效率。陽極安裝過程中，根據(jù)進度節(jié)點情況，提前浸泡，保證進度要求，同時利用已砌筑完的電解槽放置陽極，減少了運輸框制作的數(shù)量，降低了施工成本。