200KA電解槽槽端頭校正工藝的改進及應用

張君

摘 ?要：電解槽槽端頭大修理難度大，我們對槽端頭結構進行分析研究，槽端頭結構剛性較好，其變形主要是長期在高溫下工作引起的熱變形，內部有較大的殘余熱應力，校正比較困難。但電解槽槽端頭屬于剛性較大的大型鋼結構件，使用機械校正和火焰矯產生會大大降低鋼結構的力學性能和結構的承載能力。經過一段時間的摸索與總結，我們采用火焰校正和機械校正相結合的綜合校正法對槽端頭進行校正并且達到了預期目標。

關鍵詞：電解槽槽端頭;端頭校正;校正工藝改造

一、現狀

電解槽槽殼變形的主要變形部位是槽底鼓包、槽側板變形和槽端頭變形。在槽殼大修中，槽底鼓包和槽側板校可通過用千斤頂頂壓或抽條和機械校正的方法就能達到校正效果。而槽端頭由于其結構設計復雜，加強筋多，且與槽底板和槽側板相連接，如果用機械校正法進行校正，就必須將槽端頭與槽側板、槽底解體后才能進行機械校正，這樣，不僅對槽底板進行了破壞，校正后組焊很困難，大修效率極低。因此，在不解體的情況下進行槽端頭修復，大修難度很大。槽端頭大修成為槽殼大修中的最大難題。

二、項目具體實施過程

2.1槽端頭大修理新工藝

單純的火焰矯和機械校正不是槽端頭校正的最佳方法。我們采用火焰校正和機械校正相結合的綜合校正法對槽端頭進行校正使得槽端頭校正的效率和質量大為提高。

2.2火焰校正槽端頭定性與定量分析

2.2.1確定加熱位置

根據結構件變形大小判斷加熱位置。槽端頭變形大時，加熱點應選擇離中性軸稍遠的地方，根據電解槽槽端頭鋼結構的變形和截面形狀，選擇如圖2所示，A、B、C、D、E點為火焰校正加熱位置。

2.2.3加熱方式

結構件剛性較大并且有較大的彎曲變形所以用三角形加熱，如圖1b所示為槽端頭加熱方式。

實踐證明，此形狀加熱區域比較理想。圍板和翼板采用三角形同時加熱，火焰校正褶皺現象消失，校正效果良好。

2.3.4應力計算

用火焰校正法校正槽端頭時，隨著加熱區域增大，槽端頭產生的撓曲變形量增大。撓曲變形大小，與槽端頭中性層的偏心距（加熱中心到截面中性層距離）和假想外力P成正比，與結構件的剛度成反比。

槽端頭受力簡圖如圖3所示：

根據公式：

截面彎矩：M=Pe=

截面壓應力：σ=-=-計算中性層距離y及截面慣性矩I：

y=

≈0.223m

截面慣性矩I等于由5個小矩形截面組成的慣性矩之和。

I1≈2.4×10?mI2≈0.24×10?mI3 ≈2.8×10?m

I= I1+I2+I3

=5.44×10?m

截面壓應力：

取 ?E=19.6×10Pa ????f=70mm

σ=-??≈-1.94×10Pa

2.3.5加熱溫度計算

T=-

低碳鋼的線膨脹系數：α=13×10/℃

T ≈760℃

考慮到計算誤差，電解槽槽端頭火焰校正加熱溫度應在760℃

以上，才能達到校正效果。

2.4槽端頭機械輔助校正千斤頂噸位選擇

槽端頭變形截面的中性層位置及慣性矩在上面已經算出。

Z1=0.223m，

Iy=5.44×10?m

分析槽端頭橫截面上的應力：根據中心截面上的平衡條件求得截面的內應力為：

A ??=0.023m

N=P2 ?????My=（0.5+0.134）×P2= 0.634P2

在mn截面上軸向力N產生均布正應力為：

σ′===43.5P2

與彎矩My對應的正應力按線性分布，并由公式=計算最大彎曲壓應力為：

=-==-259.9P2

彎曲應力與軸應力疊加后，在截面的外側發生最大壓應力：

?=σ′+=-216.4P2

當火焰加熱溫度在600℃～650℃之間時，取T=630℃，火焰加熱所產生的壓縮應力為：

=-αET ?=-1.61×10?Pa

千斤頂對槽端頭施加的壓應力等于760℃與630℃熱應力之差：

-216.4P2=σ-=3.3×10?Pa

P2=152.5（噸）

考慮到槽端頭結構，加熱溫度，取工況系數K=1.8

所需千斤頂額頂壓力為：1.8×P2=274.5（噸）

選擇標準千斤頂，壓力為：P= 300噸。

2.5槽端頭校正工藝

2.5.1 先將槽殼放置在自制的大修平臺上;

2.5.2將槽端頭翼板與槽側板翼板沿焊縫氣割解體，解體時割矩的風線應保持與工件垂直，不能因氣割不當傷害本體;

2.5.3氣割槽端頭圍板接頭處加強板，并氣割槽端頭翼板接口焊縫;

2.5.4 在距離槽端頭內壁板500mm處安裝槽端頭校正專用胎具;

2.5.5 根據槽端頭冷態變形測量數據，確定火焰校正位置。先從上層圍板和上層翼板開始按圖4b所示三角形方式加熱，當加熱溫度達到600℃～650℃之間同時，利用校正胎具上的千斤頂施加外力，對槽端頭進行機械輔助校正。

三、成果實施效果

綜合校正解決了槽端頭難以校正的問題，節約了制作、更換新槽端頭費用（60450元/臺），節約鋼材5噸/臺，而用綜合校正法大修槽端頭修理費用僅為2200元/臺，大大降低了電解槽槽殼大修成本，同時，也減少了原材料浪費。