大型預(yù)焙陽極鋁電解槽制作安裝工程施工方法

高偉

引言：電解槽施工主要是鋼結(jié)構(gòu)（槽殼、上部結(jié)構(gòu)）、筑爐（內(nèi)襯砌體）、母線結(jié)構(gòu)三個(gè)關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，本文從施工角度對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工環(huán)節(jié)就制作、安裝施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，以保證施工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高使用壽命。

一、引言

鋁電解槽經(jīng)過一百多年發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)很成熟，今后發(fā)展方向是大容量、大型化、高程度自動(dòng)化，追求高效、低污染、低能耗的工藝。

目前電解槽已發(fā)展到AP50，槽長度18米，電流500kA，單臺(tái)日產(chǎn)量3825kg鋁，陽極效應(yīng)為0.04～0.05次/日，這種電解槽投資成本比一般電解槽高出15%，生產(chǎn)成本降低10%，和同樣容積的AP30電解槽相比，每位記雇員的勞動(dòng)生產(chǎn)率提高36%。

電解槽能否充分發(fā)揮它的性能，延長設(shè)備的使用壽命和提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，在很大程度上決定于電解槽制作、安裝的施工質(zhì)量，其中鋼結(jié)構(gòu)部分的制作安裝非常關(guān)鍵。

下面以某廠GY-30型予焙槽為例，闡述鋼結(jié)構(gòu)部分施工方法。

二、電解槽鋼結(jié)構(gòu)的施工方法

電解槽鋼結(jié)構(gòu)包括三個(gè)部分，即搖籃架、槽殼、上部結(jié)構(gòu)。

搖籃架主要由底梁和兩側(cè)立撐組成，是支撐槽殼并加強(qiáng)槽殼強(qiáng)度；

槽殼主要由端頭板、長側(cè)板和底板組成，是加強(qiáng)內(nèi)襯砌體強(qiáng)度，保護(hù)內(nèi)襯砌體在生產(chǎn)時(shí)不因熱膨脹過度而損壞；

上部結(jié)構(gòu)一般為工字鋼結(jié)構(gòu)，也有桁架結(jié)構(gòu)，是用來承重陽極提升裝置、自動(dòng)打殼下料裝置、陽極母線和陽極組、集氣排煙裝置。

鋼結(jié)構(gòu)制作施工主要是保證幾何尺寸和焊縫質(zhì)量。控制焊接變形常用的方法有：工藝順序法、胎具法、反變形法、焊后矯正法等。

根據(jù)電解槽結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，施工時(shí)主要采用焊縫工藝順序法、胎具法、反變形法結(jié)合的方式。

2.1主要施工程序

2.1.1制作工藝流程

施工準(zhǔn)備→材料驗(yàn)收 →下料→校平→加工→組對(duì)→校正→焊接→

校正→檢驗(yàn) →除銹刷漆→出場(chǎng)

2.1.2槽殼短側(cè)結(jié)構(gòu)制作

a 為控制焊接變形、保證制作質(zhì)量，槽殼短側(cè)結(jié)構(gòu)組對(duì)采用胎具見附圖1。也可以將胎具的一個(gè)角改為活口，用絲杠調(diào)節(jié)胎具的尺寸距離，便于脫胎。

b 短側(cè)板結(jié)構(gòu)利用半自動(dòng)切割機(jī)進(jìn)行下料或打坡口。

c 短側(cè)壁板及圍帶下料校平后，用卷板機(jī)按圓弧定位進(jìn)行卷弧，并用樣板檢查，其間隙應(yīng)不大于1mm，將短側(cè)壁板與斜側(cè)板相貫線切割掉，立放待用。

d 將卷好的短側(cè)壁板扣在胎具上，對(duì)好中心用卡具夾緊，劃出各組對(duì)位置線，按沿板→斜側(cè)板→丁字板→圍帶的順序組對(duì)點(diǎn)固。

e 焊接，焊接采用CO2氣體保護(hù)焊和手工電弧焊相結(jié)合，焊接順序?yàn)槎∽职迮c沿板 →丁字筋板與圍帶 → 丁字盤板、沿板與短側(cè)壁板。焊接時(shí)自中間向兩邊分段退焊，沿板與圍板內(nèi)角縫等焊工操作者看不見不易施焊時(shí)，可將短側(cè)板結(jié)構(gòu)連同胎具放倒，吊至1.4m高的工字鋼支架上，焊接平角焊縫。仍看不到的焊縫，由有經(jīng)驗(yàn)的焊工進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)焊接。f 焊接完后待冷至常溫，方可從胎具上脫胎。

2.2長側(cè)板結(jié)構(gòu)制作

2.2.1長側(cè)壁板與斜側(cè)板按定尺板進(jìn)料。

2.2.2長側(cè)壁板、斜側(cè)板及翼緣板等利用半自動(dòng)切割機(jī)進(jìn)行下料，并留出適當(dāng)?shù)氖湛s余量和作出中心線標(biāo)記，翼緣板下料時(shí)可采用分段割開，等冷卻后再將連點(diǎn)割開，以減小變形。對(duì)不合要求的用壓力機(jī)予以校正。

2.2.3校平長側(cè)板及斜側(cè)板，用壓力機(jī)校直、校平翼緣板后自中心線向兩側(cè)號(hào)孔并鉆孔。

2.2.4在長側(cè)板上準(zhǔn)確放出翼緣板組對(duì)位置線及斜側(cè)板組對(duì)定位線。

2.2.5組對(duì)翼緣板：依圖紙尺寸將翼緣板組對(duì)點(diǎn)固成一體，注意螺栓孔定位尺寸一定要以中心線為準(zhǔn)，然后進(jìn)行焊接。焊接時(shí)可采用兩種辦法減少變形，一是采用卡具將要焊接側(cè)平臺(tái)卡緊（可加反變形），二是采用增加臨時(shí)支撐板。每道焊縫均自中間向兩側(cè)焊接，焊接也盡可能采用C02氣體保護(hù)焊，以減少變形。單面焊接完，等到冷卻至常溫再卸卡具，卡固、焊接另一面。

2.2.6組對(duì)長側(cè)板與翼緣板。長側(cè)板中心線與梁中心線一定要對(duì)正，在胎具上組對(duì)卡固后進(jìn)行焊接，焊接順序如圖5。焊接時(shí)由兩人對(duì)稱分段退焊，先焊橫縫，多條橫縫均自中心向兩側(cè)焊；再焊縱縫，隔空分段退焊。焊后冷卻至常溫，方可脫胎。另外兩側(cè)最后一格焊縫待與端板組對(duì)后再焊。長度方向反變形控制依實(shí)際情況調(diào)整。

2.2.7將斜側(cè)板分成三段，兩側(cè)橢圓弧板等長，在組對(duì)端板結(jié)構(gòu)與端頭壁板時(shí)在胎具上焊接。

2.2.8設(shè)置斜側(cè)板與長側(cè)板對(duì)接胎具。先將斜側(cè)板與長側(cè)板固定在胎具上，組對(duì)成一體。焊接仍由中間向兩側(cè)對(duì)稱分段退焊。先焊一遍外焊縫，翻轉(zhuǎn)后反面清根，再焊一遍里縫。該焊接須C02氣體焊以減少開口變形。

2.2.9脫胎后由中心向兩側(cè)對(duì)稱切割陰極鋼棒孔。該切割可先用手槍鉆在孔角鉆一個(gè)3～6mm孔，然后用火焰切割以減少烘烤時(shí)間長引起的變形。

2.2.10檢查校正側(cè)板結(jié)構(gòu)，不符合要求應(yīng)予以校正。

2.3搖籃架制作

2.3.1工字鋼留出余量下料并校正，最好按定尺進(jìn)料。

2.3.2鋼板下料矯正，δ=14mm及其以下的板可用剪板機(jī)剪切，其余用半自動(dòng)切割機(jī)下料。

2.3.3搖籃架端頭立柱內(nèi)翼緣板及頂板用液壓機(jī)壓出反焊接變形量。內(nèi)翼緣板變形也可以焊后用壓力機(jī)校正

2.3.4焊接除點(diǎn)固點(diǎn)外，均采用CO2氣體保護(hù)焊焊接。

2.3.5工字鋼上、下翼緣板上的貼板組對(duì)焊接，焊接時(shí)由兩名焊工對(duì)稱由中心向兩側(cè)同步分段退焊。

2.3.6搖籃架端頭立柱組對(duì)焊接。

在工字鋼組件上做出中心線標(biāo)記，由中心往兩側(cè)劃出立柱安裝線并留出焊接收縮余量，切割翼緣缺口，在定位的胎具上將立柱插入工字鋼翼緣缺口內(nèi)組對(duì)焊接。

2.3.7搖籃架角部的兩板先焊成T形后再與搖籃架組焊。

2.3.8搖籃架檢查修正，合格后除銹刷漆。

2.4底板制作

2.4.1底板由兩塊定尺板拼而成，也可由四塊板拼接，拼接板的尺寸按圖中要求。

2.4.2底板下料平直后，在平臺(tái)上組對(duì)，最好在車間內(nèi)組對(duì)，組對(duì)間隙0-1mm，在焊口兩端各點(diǎn)焊一塊12×100×150mm的引弧板，焊前在焊縫下墊一通長反焊接變形墊板，板寬20-30mm板厚3-6mm。

2.4.3用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行焊接，單面焊完后，用專用胎具翻面，然后清根焊另一面，焊完后去除焊接引弧板，然后用磨光機(jī)修整端部。焊接時(shí)應(yīng)先焊橫縫（可自由收縮），后焊縱縫。

2.4.4檢查底板變形情況，底板不平度1米<1.0mm,如不符合要求，用火焰進(jìn)行修正。

2.4.5單面除銹、刷漆，做好中心標(biāo)記。

2.5、支承梁制作

支承梁工字鋼及連接板下料校正 橫梁及連接板鉆床鉆孔焊接連接板除銹刷漆。

2.6槽殼組裝

2.6.1槽殼組裝可在電解車間內(nèi)搭設(shè)的組裝平臺(tái)上進(jìn)行，也可在電解槽基礎(chǔ)墩上搭設(shè)組裝平臺(tái)，即先安裝支承梁并找平，將26根端梁等距放在支承梁上，用水準(zhǔn)儀測(cè)量并找平、點(diǎn)固，即成槽殼組裝平臺(tái)

2.6.2將底板用吊架吊至組對(duì)平臺(tái)上，檢查中心線并劃出組對(duì)內(nèi)環(huán)線。

2.6.3將兩短側(cè)板結(jié)構(gòu)吊至底板上，對(duì)正中心線及內(nèi)環(huán)線后，檢查垂直度、對(duì)角線無誤后，用角鋼作臨時(shí)支撐固定，將短側(cè)壁板與底板組對(duì)點(diǎn)固。

2.6.4測(cè)量兩短側(cè)壁至中心間距，由中心向兩側(cè)測(cè)量并修正長側(cè)板，然后吊裝長側(cè)板，對(duì)正中心線及內(nèi)環(huán)線并與底板點(diǎn)固，找好垂直度、對(duì)角線后用角鋼臨時(shí)支撐，組對(duì)壁板四條立縫、斜側(cè)板對(duì)接縫及翼板對(duì)接縫，組對(duì)且檢查槽殼尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

2.6.5由四名焊工同時(shí)焊四條立縫及斜側(cè)板對(duì)接縫，先焊外縫，再清根焊內(nèi)縫，然后焊接翼緣板對(duì)接縫和斜側(cè)板與底板的角縫，最后再焊短側(cè)板結(jié)構(gòu)的立筋與底板的角焊縫。為防止變形，焊斜側(cè)板與底板的角縫時(shí)，焊前在底板上壓一定重物，重約15-20t，底板與短側(cè)板、長側(cè)板的焊接，先焊外縫，后焊內(nèi)縫，焊工應(yīng)對(duì)稱分段退焊。

2.6.6焊完后，進(jìn)行檢查探傷，對(duì)超差部位進(jìn)行矯正，合格后除銹刷漆。

2.7上部結(jié)構(gòu)大梁制作

2.7.1大梁腹板及翼緣板按定尺進(jìn)料，下料采用半自動(dòng)切割機(jī)，腹板做出中心標(biāo)記后，在腹板上直接切割出上拱度，翼緣板可在壓力機(jī)上壓出2-3mm反變形量。大梁腹板及翼緣板也可拼接，拼接縫按圖紙要求避開集中載荷，腹板與翼緣板對(duì)接縫應(yīng)錯(cuò)開100以上。焊條可采用E50××-×型焊條。

2.7.2組對(duì)單片工字梁，加設(shè)引弧板，采用埋弧自動(dòng)焊焊接，焊后檢查上拱度并超探角縫。注意單片梁應(yīng)組對(duì)一片焊接一片，焊縫應(yīng)除銹清理干凈再施焊。按設(shè)計(jì)要求檢查上拱度及旁彎度。腹板與翼緣板間的角焊縫用超聲波探傷，探傷長度及焊縫質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

2.7.3單片大梁腹板開孔，組焊角鋼。

2.7.4在平臺(tái)上將工字梁定位點(diǎn)固，組對(duì)料箱及連接角鋼，檢查無誤后進(jìn)行焊接。

2.7.5單片梁、水平罩板、料箱及連接角鋼也可以在同一平臺(tái)上一次組對(duì)完成。

2.8水平罩板制作

2.8.1罩板按定尺進(jìn)料，下料采用半自動(dòng)切割機(jī)和手工切割，筋板類用剪板機(jī)下料。水平罩板不平度按設(shè)計(jì)要求。罩板也可拼接，但拼接縫要躲開洞孔。

2.8.2罩板兩邊折邊用胎具及千斤頂壓制，罩板下的煙道在液壓機(jī)上壓制，罩板上的螺栓孔采用磁力鉆鉆孔。

2.8.3罩板、打殼桶煙道及筋板組對(duì)、焊接。

2.9門型立柱制作

2.9.1利用剪板機(jī)剪切下料，用模具在液壓機(jī)上彎制成型，然后組對(duì)焊接。長度及高度方向應(yīng)留收縮余量。

2.9.2立柱與橫梁組焊成門形立柱，橫梁上靠大梁側(cè)的筋板待大梁與罩板組對(duì)好再焊，立柱與底座組焊

2.10上部結(jié)構(gòu)組裝

2.10.1用兩根工字鋼將水平罩板支墊找平，大梁吊至水平罩板上，將大梁下翼緣板上的裝配螺栓裝上擰緊，檢查無誤后，由中心向兩端斷焊，組焊料箱等。

2.10.2在平臺(tái)上放出立柱尺寸位置，找平標(biāo)高后用螺栓固定，利用龍門吊或天車將大梁吊至門形立柱上組對(duì)點(diǎn)固，加臨時(shí)支撐，檢查無誤后焊接。也可直接在電解槽上組對(duì)立柱與大梁。

2.10.3上部結(jié)構(gòu)經(jīng)檢查合格后，除銹刷漆待安裝。

2.11電解槽安裝工藝流程

基礎(chǔ)驗(yàn)收支承梁安裝槽底、槽周母線安裝 槽內(nèi)襯砌筑上部結(jié)構(gòu)安裝

2.11.1復(fù)測(cè)基礎(chǔ)中心線及標(biāo)高，基礎(chǔ)上表面應(yīng)密實(shí)平整，標(biāo)高應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

2.11.2支承梁安裝

先安裝絕緣塊，再支承梁就位，找正中心及標(biāo)高，檢測(cè)支承梁對(duì)地絕緣電阻≥1兆歐。

2.11.3槽底及槽周母線就位后，安裝搖籃架，找正縱橫向中心。

2.11.4槽殼安裝

a在槽安裝位置四角處各設(shè)置一個(gè)專用支架，支架上放一塊板。在兩套絲杠的作用下能在支架上相對(duì)運(yùn)動(dòng)，支架與板間抹上黃油以減少摩擦力，板上安放10噸千斤頂頂出后高出搖籃架工字鋼上表面40-50mm。

b搖籃架上鋪設(shè)石棉板后，用天車將槽殼落至搖籃架上，用支架及千斤頂調(diào)整槽殼中心位置，檢查合格后將槽殼與搖籃架的聯(lián)接螺栓裝上并擰緊。

c將搖籃架與槽殼間的墊塊點(diǎn)焊在搖籃架上。

2.11.5上部結(jié)構(gòu)安裝

槽上部結(jié)構(gòu)的安裝在筑爐完成并驗(yàn)收合格后進(jìn)行。安裝施工程序?yàn)椋?/p>

大梁立柱→打殼下料裝置→陽極升降裝置→安裝陽極母線→陽極母線鋁連接板焊接

結(jié)語

施工質(zhì)量是保證電解槽生產(chǎn)正常運(yùn)行，延長使用壽命的前提。為保證施工質(zhì)量，施工人員必須正確掌握預(yù)焙陽極鋁電解槽的施工方法，施工過程每一道工序中嚴(yán)格按施工方法進(jìn)行，認(rèn)真貫徹三檢制。經(jīng)過多個(gè)工程實(shí)踐證明，上述施工方法能夠切實(shí)保證電解槽鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。