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[摘要]电解槽作为电解铝生产的重要设备，其运行状态的良好程度、大修周期的长短，直接关系电解铝生产的质量、产量和生产成本的高低。根据分公司投产20多年来电解的生产运行状况，征对槽壳破损的主要原因进行分析，总结、学习槽壳的修复方法和减少变形的改进措施。
[关键词]电解槽 槽壳破损 原因分析 修复工艺 改进
中图分类号：TQ16 文献标识码：A 文章编号：1671－7597 (2008) 0210051－02
电解槽是电解铝生产的重要设备，其运行状态良好程度，寿命长短，直接关系到电解铝生产的质量和产量，同时也对电解铝生产的成本有很大影响。
分公司现有180KA和200KA两种规格的电解槽，其中200KA电解槽是新投产的新槽，投产周期较短，槽壳结构采用的船形槽，电解槽运行状况良好，大修理较少。而180KA电解槽经多年使用，运行周期较长，电解槽槽壳变形、破损严重，需进行大修理。改进电解槽大修理工艺，提高电解槽大修理质量和大修理效率，降低维修成本，是生产中一项重要的设备管理、维护工作。
一、180KA电解槽槽壳运行及大修理状况
电解槽正常生产时，内腔温度在930～960℃，原设计的槽壳内腔是直角U型，槽壳是钢结构件，净重23吨多，内部为耐火砖匝的槽内衬。电解槽生产运行时，巨大的热膨胀力只有在两个槽邦和端头方向扩展，破损的电解槽常出现端头鼓肚、开裂，大面槽邦变形，摇篮架撕裂等破损现象。电解槽破损变形严重后，可能导致槽壳与阴极母线接触，引发重大安全事故；而且因内衬耐火砖随槽壳变形膨胀，发生漏炉，使原铝含铁量大于2.0%，含硅量明显增加，且连续上升，影响原铝品位，不能维持正常生产而停槽大修理，变形超过大修标准的还必须报废，更换新槽壳。
二、180KA电解槽槽壳修复工艺改进
正常情况下，电解槽壳钢结构主要变形的部位是槽邦、槽端头、摇篮架。因槽膛内的高温产生的热量，只有水平的四个方向、槽底和槽上方来散热，在摇篮架固定的槽邦大面两侧，因炉膛变形而产生的热膨胀力，集中在摇篮架的立柱后形成巨大的弯矩。而180KA槽壳的摇篮架弯角处只是立插的钢板和筋板，不是整体，抗弯矩强度差，大修的槽壳摇篮架大多被撕裂；有部分槽的端头也因散热不好而发生胀裂，这些因素都将使槽壳发生严重的变形，从而引起槽膛破损。
（一）180KA电解槽槽邦的大修
因槽邦面的平直度和内腔尺寸，都直接影响槽膛的砌筑，前些年槽邦大修的主要方式，以更换新槽邦为主进行。
但新槽邦制作成本高，单片槽邦净重约1.2吨/片，单台槽壳共需两片槽邦，新制作周期较长，使大修周期长；为提高大修效率，降低大修成本，在2006年公司自主研发了槽邦校直机，并取得新型实用专利，使槽壳大修工艺有了新的突破，可以对变形在更新标准范围以内的槽邦，通过校直修复后，重新投入生产使用，经现场对比，完全符合新槽壳的技术要求。改进的槽邦修复工艺不仅提高了槽邦大修工艺水平，在保证大修理质量的要求下，降低了槽壳大修成本。对槽邦变形超标而无法修复的，为保证大修的质量，仍然采用更换新槽邦的修复方式。
（二）180KA电解槽摇篮架的大修
电解槽摇篮架大修，因摇篮架为U型支架结构，破损为支腿直角处撕裂。单件摇篮架净重为800公斤/件，一台槽壳共有15组摇篮架，如果把旧摇篮架报废，更换为新件，共需型材约12吨/台，不仅造成材料浪费，还使槽壳修理成本巨大，很不经济。
改进的修复方法（如图1示），将摇篮架底梁两端工字钢面气割开，在平台上按摇篮架的外形焊牢几个固定支腿，保证开口尺寸为4410mm，在立柱支腿外侧分别焊牢固定千斤顶的支脚，在合适位置安放好安全固定销。用火焰将断口处稍适加热后，即用千斤顶施力，将摇篮架支腿复位，保证开口尺寸和支腿垂直度，焊牢后，在两端支腿直角处侧面贴焊16mm厚的直角弯板（如图1示），修复的摇篮架刚性和强度均能满足设计要求，且修复成本低，工期短，经济效益好，修复的摇篮架运行状态良好，有的使用周期超过新摇篮架。
（三）180KA电解槽槽端头的大修
电解槽槽壳槽端头的大修理，由于槽端头结构设计钢性较好，变形较小，大修理数量比槽邦相对少。随着180KA电解槽运行周期的延长，槽端头变形情况越来越严重，必须对其进行更换或大修理。2006年7月分公司对部分变形超标而无修复价值的180KA电解槽槽端头进行报废、更新处理。一个端头净重约3吨/个，一台槽壳两个端头约6吨/台。如果对分公司520台180KA电解槽槽端头全部更换，制作新槽端头不仅工期长，材料消耗大，制作成本高，而且分公司制作能力有限，生产任务量大，无法及时完成大批量的新槽端头制作和保证大修工期。 经过对槽端头结构进行分析研究，槽端头结构钢性较好，其变形主要是长期在高温下工作引起的热变形，其内部有较大的残余热应力。因此，对刚性较大的槽端头产生的弯曲变形不宜采用冷矫正方法，即机械外力矫正，否则将会在结构件上产生较大的叠加应力或裂纹。
采用火焰矫正法进行矫正，其内部残余热应力与火焰矫正产生的残余应力可以相互抵消一部分。但是，采用火焰矫正时，要严格控制加热温度，加热温度过高时会使钢的组织发生变化，并产生较大的残余应力，大大降低刚材的力学性能和结构的承载能力。在火焰加热时，现场测量一般是用眼睛观察加热部位颜色，大致判断加热部位的温度，加热温度不容易控制。如果矫正加热温度过高会矫正过度，加热温度过低达不到矫正效果。
因此，我们采用的修复方法是火焰矫正和机械外力矫正相结合的方法对槽端头进行矫正，火焰加热温度控制在600℃～650℃之间（加热时目测钢板呈深褐红色即可），再以自制胎具千斤顶作为辅助矫正，在矫正符合标准尺寸时，将端头变形处焊实，并可贴焊加强钢板。这样的槽端头修复方法，既便于操作，又能保证槽端头矫正效果。经过在多台槽端头大修的实际使用，总结经验并加以改进，取得良好的矫正效果。
三、防止和减少槽壳破损的改进措施
（一）采用新槽形，提高槽壳钢结构的强度
目前，分公司200KA的电解槽槽壳全部采用船形槽壳（如图2示），根据设计院设计论证和其他铝厂使用表明，此船形结构的槽壳比原180KA电解槽的槽壳抗变形强度好，易于分散热量，不易破损，运行周期长。分公司对旧槽壳报废后，更新的180KA槽槽壳也已改用船形槽壳，电解现场使用效果很好。
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（二）保证原辅材料和大修质量合格
管理部门要严格旧槽壳的报废标准，加强大修槽的焊接及槽膛的耐火砖砌筑质量检查，提高槽壳大修后就位的准确率，阴极炭块和匝固糊料等的原料进货质量检查等基础环节上要严格。避免因槽壳变形或漏炉而造成的早期破损、停槽大修。
（三）加强电解的日常操作维护
在日常的操作和维护上，要从提高换极质量到保温料的添加，从炉底处理到大面整形，都精细操作，严格根据槽运行情况设定合理 的目标电压、保持合理的槽温，控制好合理的氧化铝浓度、分子比，设定理想的加料间隔，保持匹配的电解质水平和铝水平，密切关注电解槽运行状态，使各项技术条件相互匹配，为延长槽壳的运行周期奠定基础。
四、槽壳修复工艺改进后的使用效果
使用槽邦矫直机矫平修复的槽邦，平直度和抗弯强度符合原设计的要求；摇篮架贴焊加强直角弯板后，抗弯强度和使用周期超过原设计的新摇篮架；槽端头采用火焰和机械外力矫正相结合的方法矫正，修复后使用效果良好。修复后的槽壳，端头鼓肚或开焊，因槽邦或摇篮架变形而造成槽膛破损的数量减小，延长了槽壳的使用寿命。原大修一台槽壳至少需一个月以上，还不包括更换新备件的制作时间，且原辅材料消耗也大。现采用改进的修复方法后，修复一台槽壳约10天，缩短大修周期约3倍，机修厂2007年共大修槽壳30台。经在生产实际中的运用可见，采用改进的槽壳修复工艺后，不仅可将大修周期缩短，及时保证了电解生产的需要，且减少了原辅材料的消耗，降低槽壳的大修理成本，经济效益巨大。
[关键词]电解槽 槽壳破损 原因分析 修复工艺 改进
中图分类号：TQ16 文献标识码：A 文章编号：1671－7597 (2008) 0210051－02
电解槽是电解铝生产的重要设备，其运行状态良好程度，寿命长短，直接关系到电解铝生产的质量和产量，同时也对电解铝生产的成本有很大影响。
分公司现有180KA和200KA两种规格的电解槽，其中200KA电解槽是新投产的新槽，投产周期较短，槽壳结构采用的船形槽，电解槽运行状况良好，大修理较少。而180KA电解槽经多年使用，运行周期较长，电解槽槽壳变形、破损严重，需进行大修理。改进电解槽大修理工艺，提高电解槽大修理质量和大修理效率，降低维修成本，是生产中一项重要的设备管理、维护工作。
一、180KA电解槽槽壳运行及大修理状况
电解槽正常生产时，内腔温度在930～960℃，原设计的槽壳内腔是直角U型，槽壳是钢结构件，净重23吨多，内部为耐火砖匝的槽内衬。电解槽生产运行时，巨大的热膨胀力只有在两个槽邦和端头方向扩展，破损的电解槽常出现端头鼓肚、开裂，大面槽邦变形，摇篮架撕裂等破损现象。电解槽破损变形严重后，可能导致槽壳与阴极母线接触，引发重大安全事故；而且因内衬耐火砖随槽壳变形膨胀，发生漏炉，使原铝含铁量大于2.0%，含硅量明显增加，且连续上升，影响原铝品位，不能维持正常生产而停槽大修理，变形超过大修标准的还必须报废，更换新槽壳。
二、180KA电解槽槽壳修复工艺改进
正常情况下，电解槽壳钢结构主要变形的部位是槽邦、槽端头、摇篮架。因槽膛内的高温产生的热量，只有水平的四个方向、槽底和槽上方来散热，在摇篮架固定的槽邦大面两侧，因炉膛变形而产生的热膨胀力，集中在摇篮架的立柱后形成巨大的弯矩。而180KA槽壳的摇篮架弯角处只是立插的钢板和筋板，不是整体，抗弯矩强度差，大修的槽壳摇篮架大多被撕裂；有部分槽的端头也因散热不好而发生胀裂，这些因素都将使槽壳发生严重的变形，从而引起槽膛破损。
（一）180KA电解槽槽邦的大修
因槽邦面的平直度和内腔尺寸，都直接影响槽膛的砌筑，前些年槽邦大修的主要方式，以更换新槽邦为主进行。
但新槽邦制作成本高，单片槽邦净重约1.2吨/片，单台槽壳共需两片槽邦，新制作周期较长，使大修周期长；为提高大修效率，降低大修成本，在2006年公司自主研发了槽邦校直机，并取得新型实用专利，使槽壳大修工艺有了新的突破，可以对变形在更新标准范围以内的槽邦，通过校直修复后，重新投入生产使用，经现场对比，完全符合新槽壳的技术要求。改进的槽邦修复工艺不仅提高了槽邦大修工艺水平，在保证大修理质量的要求下，降低了槽壳大修成本。对槽邦变形超标而无法修复的，为保证大修的质量，仍然采用更换新槽邦的修复方式。
（二）180KA电解槽摇篮架的大修
电解槽摇篮架大修，因摇篮架为U型支架结构，破损为支腿直角处撕裂。单件摇篮架净重为800公斤/件，一台槽壳共有15组摇篮架，如果把旧摇篮架报废，更换为新件，共需型材约12吨/台，不仅造成材料浪费，还使槽壳修理成本巨大，很不经济。
改进的修复方法（如图1示），将摇篮架底梁两端工字钢面气割开，在平台上按摇篮架的外形焊牢几个固定支腿，保证开口尺寸为4410mm，在立柱支腿外侧分别焊牢固定千斤顶的支脚，在合适位置安放好安全固定销。用火焰将断口处稍适加热后，即用千斤顶施力，将摇篮架支腿复位，保证开口尺寸和支腿垂直度，焊牢后，在两端支腿直角处侧面贴焊16mm厚的直角弯板（如图1示），修复的摇篮架刚性和强度均能满足设计要求，且修复成本低，工期短，经济效益好，修复的摇篮架运行状态良好，有的使用周期超过新摇篮架。
（三）180KA电解槽槽端头的大修
电解槽槽壳槽端头的大修理，由于槽端头结构设计钢性较好，变形较小，大修理数量比槽邦相对少。随着180KA电解槽运行周期的延长，槽端头变形情况越来越严重，必须对其进行更换或大修理。2006年7月分公司对部分变形超标而无修复价值的180KA电解槽槽端头进行报废、更新处理。一个端头净重约3吨/个，一台槽壳两个端头约6吨/台。如果对分公司520台180KA电解槽槽端头全部更换，制作新槽端头不仅工期长，材料消耗大，制作成本高，而且分公司制作能力有限，生产任务量大，无法及时完成大批量的新槽端头制作和保证大修工期。 经过对槽端头结构进行分析研究，槽端头结构钢性较好，其变形主要是长期在高温下工作引起的热变形，其内部有较大的残余热应力。因此，对刚性较大的槽端头产生的弯曲变形不宜采用冷矫正方法，即机械外力矫正，否则将会在结构件上产生较大的叠加应力或裂纹。
采用火焰矫正法进行矫正，其内部残余热应力与火焰矫正产生的残余应力可以相互抵消一部分。但是，采用火焰矫正时，要严格控制加热温度，加热温度过高时会使钢的组织发生变化，并产生较大的残余应力，大大降低刚材的力学性能和结构的承载能力。在火焰加热时，现场测量一般是用眼睛观察加热部位颜色，大致判断加热部位的温度，加热温度不容易控制。如果矫正加热温度过高会矫正过度，加热温度过低达不到矫正效果。
因此，我们采用的修复方法是火焰矫正和机械外力矫正相结合的方法对槽端头进行矫正，火焰加热温度控制在600℃～650℃之间（加热时目测钢板呈深褐红色即可），再以自制胎具千斤顶作为辅助矫正，在矫正符合标准尺寸时，将端头变形处焊实，并可贴焊加强钢板。这样的槽端头修复方法，既便于操作，又能保证槽端头矫正效果。经过在多台槽端头大修的实际使用，总结经验并加以改进，取得良好的矫正效果。
三、防止和减少槽壳破损的改进措施
（一）采用新槽形，提高槽壳钢结构的强度
目前，分公司200KA的电解槽槽壳全部采用船形槽壳（如图2示），根据设计院设计论证和其他铝厂使用表明，此船形结构的槽壳比原180KA电解槽的槽壳抗变形强度好，易于分散热量，不易破损，运行周期长。分公司对旧槽壳报废后，更新的180KA槽槽壳也已改用船形槽壳，电解现场使用效果很好。
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（二）保证原辅材料和大修质量合格
管理部门要严格旧槽壳的报废标准，加强大修槽的焊接及槽膛的耐火砖砌筑质量检查，提高槽壳大修后就位的准确率，阴极炭块和匝固糊料等的原料进货质量检查等基础环节上要严格。避免因槽壳变形或漏炉而造成的早期破损、停槽大修。
（三）加强电解的日常操作维护
在日常的操作和维护上，要从提高换极质量到保温料的添加，从炉底处理到大面整形，都精细操作，严格根据槽运行情况设定合理 的目标电压、保持合理的槽温，控制好合理的氧化铝浓度、分子比，设定理想的加料间隔，保持匹配的电解质水平和铝水平，密切关注电解槽运行状态，使各项技术条件相互匹配，为延长槽壳的运行周期奠定基础。
四、槽壳修复工艺改进后的使用效果
使用槽邦矫直机矫平修复的槽邦，平直度和抗弯强度符合原设计的要求；摇篮架贴焊加强直角弯板后，抗弯强度和使用周期超过原设计的新摇篮架；槽端头采用火焰和机械外力矫正相结合的方法矫正，修复后使用效果良好。修复后的槽壳，端头鼓肚或开焊，因槽邦或摇篮架变形而造成槽膛破损的数量减小，延长了槽壳的使用寿命。原大修一台槽壳至少需一个月以上，还不包括更换新备件的制作时间，且原辅材料消耗也大。现采用改进的修复方法后，修复一台槽壳约10天，缩短大修周期约3倍，机修厂2007年共大修槽壳30台。经在生产实际中的运用可见，采用改进的槽壳修复工艺后，不仅可将大修周期缩短，及时保证了电解生产的需要，且减少了原辅材料的消耗，降低槽壳的大修理成本，经济效益巨大。