鋁用預備陽極電解槽搖籃架開裂原因分析與治理

2022-06-26 04:47:02肖述兵

世界有色金屬 2022年4期

關鍵詞：變形

1 前言

1886年美國大學生霍爾(C.M.Hall)與法國大學生挨羅(C．L．T．Heroult)幾乎同時在大洋彼岸獨自發明鋁的熔鹽電解法，使鋁的提取進入工業化生產階段，鋁的價格大幅度下跌，從此以后，鋁的應用日益廣泛，這種電解法被稱為霍爾-埃羅法。至今，全世界每年生產的近8000萬t原鋁都是用該法提取的，不過生產技術與效益有了很大改進，工藝參數有了不少改變，例如電流強度已從1888年的1.8kA增大到2016年600KA，提高了近333倍，提取原鋁的能耗即從那時40000kWh下降到12750kWh，即用當前最先進的SY600槽的電耗僅相當于那時的31.8%，電流效率從1888年的70%上到日前的93%。日前最先進與最大的鋁電解槽是中國SY600型槽。它的長度28m，工作電流600kA，電壓3.85V，電流效率93%，每臺槽每天可生產4500kg原鋁，電耗12.75kWh/kg鋁。鋁電解生產工藝是采用碳熱還原法，工業規模上用于煉鋁的直接還原法原理是AL

+3C=2AL+3CO。碳熱煉鋁法是用純氧化鋁或直接用含鋁的礦石做原料，輔助氟化鹽作為溶劑，將氧化鋁的熔點降低到950度以下，固體氧化鋁在溶液中變成離子狀態，然后通以強大的直流電（系列電流350KA以上、系列電壓1100V）將鋁離子置換出來形成液體鋁液沉積在電解槽陰極上。

某電解鋁企業1339#槽于2018年12月5日點火焙燒，72小時后，焙燒溫度達到745℃，1339#槽（電流350KA）B面出現17處、A面3處搖籃架撕裂，B1鋼棒位置處槽殼撕裂，立即停止焙燒，并逐步降低溫度，搖籃架撕裂狀況如圖1所示。

兩年來，李莉一直很忙，卻沒有多大成就，工作稍微好點兒了而已，生活檔次就是吃烤串掏腰包利索了點兒。存款嘛，四位數而已。至于許峰，一直在她的心尖蕩漾。

2 結構簡介

槽殼：內襯砌體外的鋼殼，俗稱槽殼，不僅是盛裝內襯砌體的容器，而且還承擔著克服內襯材料的高溫下產生的熱應力和化學應力，約束其內襯不發生較大變形和斷裂。因此，槽殼在熔池部位的周邊都具有較大的剛度和強度，如圖2所示。

搖籃架：與小容量電解槽采用框架式槽殼不同，大容量電解槽采用剛性極大的搖籃式槽殼。所謂搖籃式結構，實質上是用24組“U”型的約束架，也就是俗稱的搖籃支架，緊密地卡住鋼板焊成的殼體。搖籃支架具有較大的剛度和強度，殼體起容器作用。搖籃支架小面最外側的兩組與殼體焊成一體，其余均為用螺栓連接的可拆卸的支架。

槽內襯：內襯砌體包括保溫材料砌體和陰極炭塊組，其結構和尺寸是根據生產工藝要求和現有材料的性能，通過熱解析模擬計算確定的。

保溫耐火砌體：它由各種耐火磚、保溫磚砌筑而成。在槽殼中自下而上一般砌有2-3層石棉板，鋪有一層70mm厚的氧化鋁粉，再砌上2-3層硅藻土保溫磚，2層粘土磚，搗固（熱搗或冷軋）一層炭素糊，最后按錯縫方式安放好陰極炭塊組，炭塊間的縫隙要用底糊搗固充實。槽殼與其上的窗口（陰極棒引出口）各處，均須用水玻璃。石棉灰調和料密封，以免在生產中炭塊與空氣接觸而氧化。電解槽的四側由外至里地砌有石棉板（或作為伸縮縫），耐火磚和側部炭塊。由槽壁內襯和槽底炭塊圍成的空間稱為槽膛，其深一般為500mm～600mm。槽膛四周下部用碳糊搗固成斜坡，稱為人工伸腿，以幫助鋁液收縮于陽極投影區內，電解槽結構如圖3所示

。

陰極炭塊組：它包括陰極炭塊組和鋼棒。鋼棒鑲嵌在陰極碳塊的燕尾槽內，也是用高磷生鐵澆鑄，是鐵棒與炭塊連接在一起。鋁電解槽所用的陰極炭塊性能見表1所示。

陰極鋼棒與陰極炭塊組合類型結構見圖4。其中A和B比較，B較好，C型長炭塊幾乎貫穿全槽的寬度，這種炭塊接逢數目最少，可使電解質和鋁液滲出的可能性以及由于上抬和推積力所引起的機械破損可能性均可減至最少，發展趨勢是通長炭塊和通長陰極棒。

3 原因分析

（一）如果陰極膨脹系數為5＊10

，楊氏模量10Gpa，陰極溫度500℃（爐膛745℃），相關計算如下：

6.搖籃架鋼梁彎曲變形撓度

一個自由伸縮的物體，當溫度變化時，其伸縮量大小可由下式計算

。

式中：L

——自由伸縮量，mm

α——-膨脹系數，1/℃

黑龍江省應當對貧困區域的資源和產業進行分析，結合林區、墾區、農區、礦區、油區等不同地域特征，培植特色優勢產業項目，因地制宜分類推進扶貧開發工作。

L——-物體長度，mm

△t—-溫度變化，℃

溫升按500℃、長度4300mm計算，假設陰極兩端無約束，一端的膨脹量為總膨脹量的一半，既：

2．陰極膨脹力計算

陰極變形量大于搖籃架變形量，受搖籃架的約束，陰極向外擠壓側板和搖籃架，側板在陰極擠壓力作用下，向外變形，變形量等于陰極最終膨脹量，也等于搖籃架立柱、鋼梁彎曲變形量和鋼梁拉伸延長量之和。膨脹力由下式計算，變形模型如圖5所示：

式中：k——陰極彈性系數，N/m△L——伸長量，m

式中：E— —陰極彈性模量，Gpa，

民國時期，上到政府官員，下到黎民百姓，崇尚社會本位法律，厭惡個人本位法律，已經成為了一種社會趨勢和人們內心的固有想法。大部分的學者認為，社會本位法律更具道德性和正當性，所以，應該拋棄個人本位法律，從信念和法理上，學者更愿意將社會本位作為中國現代法律體系的中心。正如胡漢民所言，民國的立法宗旨在于通過社會本位來影響中國法律思想的發展，甚至試圖以此來改造整個社會。就此分析，中國法律之所以采用了社會本位，從邏輯推理上并未獲得正當性證明，只是從人們的信念上獲得一種支持和認同。不過，問題就來了，信念只是人民內心的一種選擇和堅守而已，民國時期大部分的學者都愿意尊崇社會本位，拋棄個人本位，這又是為何呢？

L— —陰極長度，m

7.鋼梁拉伸變形

3.槽殼受力分析

槽殼在不考慮自身受熱膨脹力的情況下，側板受到24組陰極膨脹力F、自身彈性反作用力q和搖籃架反彈力F1的作用，力學模型如圖7所示，其關系式為：

側板在陰極擠壓力作用下，向外變形。側板與端頭焊接為一體，可視為兩端固定的梁，其它力不予以考慮，力學模型如圖8所示，已知側板長度16100mm，鋼板厚度16mm，高度1144mm，槽沿板寬度349mm，船型板高度500mm，共24組陰極和24組搖籃架，變形撓度如下

。

4.槽殼側板擠壓變形撓度

5.搖籃架立柱變形撓度

第五，撤銷正稅之外的1.2%“傾熔費”附加。海關征收正稅之后，要將收上來的碎銀融化而成官銀，在此過程中會有損耗，因此在海關征收5%正稅基礎上，還要附加征收1.2%“傾熔費”，相當于“火耗”。中英《通商章程善后條約》第九款規定：“向例英商完納稅餉，每百兩另交銀壹兩貳錢，作為傾熔之費，嗣后裁撤，英商毋庸另交傾熔銀兩。”即此前繳納的“傾熔之費”被裁撤，進口商人只繳納關稅、船鈔，若運往內地銷售再繳納2.5%的子口稅即可免稅在大陸銷售。美、法、俄等國商人同樣享此優待。

要堅持“法定職責必須為、法無授權不可為”，全面公開行政執法部門權責清單。凡無法律依據的，一律不得開展執法檢查，嚴防執法擾企。切實防止一些部門在執法中對民營企業采取“一刀切”等簡單粗暴做法，對民營企業經營中的一般違法行為，要以教育為主，不能一味處罰、一罰了事。

式中：q— —作用在側板上的力，N

A— —陰極截面積，m

如圖6所示

l— —側板長度，m

E— —側板彈性模量，Gpa，200

I——側板慣性矩， m4 ，截面尺寸如圖9所示。

適建區主要分布于榮成經濟開發區、港西鎮、成山鎮、港灣街道、斥山街道、桃園街道、王連街道、東山街道、寧津街道。根據資源稟賦和區域特點，港西鎮、成山鎮和港灣、斥山、桃園、王連、東山、寧津有豐富的旅游資源，可優先發展旅游建設，盡量減少旅游設施對生態環境的影響和破壞，構筑水系和綠帶等生態廊道，保障生態系統的完整性；榮成經濟開發區，要發揮資源環境承載力較強的優勢，在城市建設中起帶動作用，促進戰略性新興產業、先進制造業、現代服務業以及高效生態農業的聯動發展，建設現代產業集群，增強產業競爭力，完善人口集聚和產業發展的聯動機制，提高城市的集聚和輻射能力，積極承接限制區的人口和產業轉移。

在小學教學中應用信息化資源的根本目的是確保教學目標的順利完成，而要想達到這個目的，就需要小學教師積極轉變以往傳統的教學理念，把信息化教學資源有效融入小學教學中，充分發揮出信息化教學資源在小學教學中的實際教育功能，在實際的小學課堂教學中發揮信息化教學資源的貫穿和引導作用，比如可以利用信息化教學資源給學生構建一個良好的學習環境，發揮環境育人的作用，學習環境好了，學生的學習壓力自然就會減輕，在課堂上表現得也會更為活潑，在無形中就拉近了彼此之間的距離。

立柱受陰極的擠壓力作用繞根部向外發生彎曲，其它力不予以考慮，該受力結構可視為懸臂梁，其受力變形如圖10所示。

式中：ΔL

——立柱變形撓度，mm

——受力，N

L——立柱受力點懸臂長度，m 0.63

E——立柱彈性模量，Gpa 200

I——慣性矩，m4，截面尺寸如圖11所示。

1.陰極熱變形量計算

鋼梁在陰極擠壓力作用下，受扭矩力作用翻轉彎曲變形，其它力不予以考慮，該受力結構可視為懸臂梁，其受力變形如圖12所示。

積極向上的大學校園文化作為一種環境教育力量，是大學生精神食糧獲取的重要渠道。通過和諧豐富的校園文化活動，吸引年輕有激情的大學生的注意力，充實他們的大學生活，提高生活學習質量，引導他們樹立健康的人生觀、價值觀和愛情觀。因此高校應立足辦學特點和校風校訓，以高尚的健康的校園文化理念來引領校園文化建設，打造具有本校特色和時代特征的人文環境氛圍，讓積極向上的校風學風滲透到學生內心，外化于學生行為，從而推進大學生精神文化建設，營造健康豐富的內心世界。

式中：ΔL

------鋼梁變形撓度mm

排除標準：(1)惡性腫瘤；(2)嚴重的肝腎功能異常；(3)嚴重的甲狀腺功能異常；(4)嚴重的血液疾病；(5)感染性疾病；(6)系統性炎癥疾病；(7)既往經冠狀動脈造影診斷為冠心病。

M---------轉動力矩，N.m

L----------鋼梁懸臂長度，m

E---------鋼梁彈性模量，Gpa 200Gpa

I---------慣性矩，m

輔導班是另一種學習方法，它是在學習書本知識之后進行的課后輔導，一般通過老師的講解，自己的多次練習去學習，對掌握的知識進行再次鞏固。這種現象也最常見在我們的學生當中，學生們從剛開始上學就開始被安排上各種輔導班，有學舞蹈，有學畫畫，到了大學畢業后，通過各種專業的考研輔導、國家公務員考試等輔導班，來強化各種能力。尤其在現在的社會中競爭激烈，輔導班的學習也逐漸成為潮流。

鋼梁在陰極擠壓力作用下，受拉伸力延長變形，其它力不予以，變形量ΔL

，已知鋼梁長度4800mm，截面積121.121cm

。