大型预焙阳极铝电解槽制作安装工程施工方法

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  引言:电解槽施工主要是钢结构(槽壳、上部结构)、筑炉(内衬砌体)、母线结构三个关键施工环节,本文从施工角度对钢结构施工环节就制作、安装施工技术要点进行总结,以保证施工质量,降低生产成本,提高使用寿命。
  一、引言
  铝电解槽经过一百多年发展,技术已经很成熟,今后发展方向是大容量、大型化、高程度自动化,追求高效、低污染、低能耗的工艺。
  目前电解槽已发展到AP50,槽长度18米,电流500kA,单台日产量3825kg铝,阳极效应为0.04~0.05次/日,这种电解槽投资成本比一般电解槽高出15%,生产成本降低10%,和同样容积的AP30电解槽相比,每位记雇员的劳动生产率提高36%。
  电解槽能否充分发挥它的性能,延长设备的使用寿命和提高生产产品的质量,在很大程度上决定于电解槽制作、安装的施工质量,其中钢结构部分的制作安装非常关键。
  下面以某厂GY-30型予焙槽为例,阐述钢结构部分施工方法。
  二、电解槽钢结构的施工方法
  电解槽钢结构包括三个部分,即摇篮架、槽壳、上部结构。
  摇篮架主要由底梁和两侧立撑组成,是支撑槽壳并加强槽壳强度;
  槽壳主要由端头板、长侧板和底板组成,是加强内衬砌体强度,保护内衬砌体在生产时不因热膨胀过度而损坏;
  上部结构一般为工字钢结构,也有桁架结构,是用来承重阳极提升装置、自动打壳下料装置、阳极母线和阳极组、集气排烟装置。
  钢结构制作施工主要是保证几何尺寸和焊缝质量。控制焊接变形常用的方法有:工艺顺序法、胎具法、反变形法、焊后矫正法等。
  根据电解槽结构特点,施工时主要采用焊缝工艺顺序法、胎具法、反变形法结合的方式。
  2.1主要施工程序
  2.1.1制作工艺流程
  施工准备→材料验收 →下料→校平→加工→组对→校正→焊接→
  校正→检验 →除锈刷漆→出场
  2.1.2槽壳短侧结构制作
  a 为控制焊接变形、保证制作质量,槽壳短侧结构组对采用胎具见附图1。也可以将胎具的一个角改为活口,用丝杠调节胎具的尺寸距离,便于脱胎。
  b 短侧板结构利用半自动切割机进行下料或打坡口。
  c 短侧壁板及围带下料校平后,用卷板机按圆弧定位进行卷弧,并用样板检查,其间隙应不大于1mm,将短侧壁板与斜侧板相贯线切割掉,立放待用。
  d 将卷好的短侧壁板扣在胎具上,对好中心用卡具夹紧,划出各组对位置线,按沿板→斜侧板→丁字板→围带的顺序组对点固。
  e 焊接,焊接采用CO2气体保护焊和手工电弧焊相结合,焊接顺序为丁字板与沿板 →丁字筋板与围带 → 丁字盘板、沿板与短侧壁板。焊接时自中间向两边分段退焊,沿板与围板内角缝等焊工操作者看不见不易施焊时,可将短侧板结构连同胎具放倒,吊至1.4m高的工字钢支架上,焊接平角焊缝。仍看不到的焊缝,由有经验的焊工进行经验焊接。f 焊接完后待冷至常温,方可从胎具上脱胎。
  2.2长侧板结构制作
  2.2.1长侧壁板与斜侧板按定尺板进料。
  2.2.2长侧壁板、斜侧板及翼缘板等利用半自动切割机进行下料,并留出适当的收缩余量和作出中心线标记,翼缘板下料时可采用分段割开,等冷却后再将连点割开,以减小变形。对不合要求的用压力机予以校正。
  2.2.3校平长侧板及斜侧板,用压力机校直、校平翼缘板后自中心线向两侧号孔并钻孔。
  2.2.4在长侧板上准确放出翼缘板组对位置线及斜侧板组对定位线。
  2.2.5组对翼缘板:依图纸尺寸将翼缘板组对点固成一体,注意螺栓孔定位尺寸一定要以中心线为准,然后进行焊接。焊接时可采用两种办法减少变形,一是采用卡具将要焊接侧平台卡紧(可加反变形),二是采用增加临时支撑板。每道焊缝均自中间向两侧焊接,焊接也尽可能采用C02气体保护焊,以减少变形。单面焊接完,等到冷却至常温再卸卡具,卡固、焊接另一面。
  2.2.6组对长侧板与翼缘板。长侧板中心线与梁中心线一定要对正,在胎具上组对卡固后进行焊接,焊接顺序如图5。焊接时由两人对称分段退焊,先焊横缝,多条横缝均自中心向两侧焊;再焊纵缝,隔空分段退焊。焊后冷却至常温,方可脱胎。另外两侧最后一格焊缝待与端板组对后再焊。长度方向反变形控制依实际情况调整。
  2.2.7将斜侧板分成三段,两侧椭圆弧板等长,在组对端板结构与端头壁板时在胎具上焊接。
  2.2.8设置斜侧板与长侧板对接胎具。先将斜侧板与长侧板固定在胎具上,组对成一体。焊接仍由中间向两侧对称分段退焊。先焊一遍外焊缝,翻转后反面清根,再焊一遍里缝。该焊接须C02气体焊以减少开口变形。
  2.2.9脱胎后由中心向两侧对称切割阴极钢棒孔。该切割可先用手枪钻在孔角钻一个3~6mm孔,然后用火焰切割以减少烘烤时间长引起的变形。
  2.2.10检查校正侧板结构,不符合要求应予以校正。
  2.3摇篮架制作
  2.3.1工字钢留出余量下料并校正,最好按定尺进料。
  2.3.2钢板下料矫正,δ=14mm及其以下的板可用剪板机剪切,其余用半自动切割机下料。
  2.3.3摇篮架端头立柱内翼缘板及顶板用液压机压出反焊接变形量。内翼缘板变形也可以焊后用压力机校正
  2.3.4焊接除点固点外,均采用CO2气体保护焊焊接。
  2.3.5工字钢上、下翼缘板上的贴板组对焊接,焊接时由两名焊工对称由中心向两侧同步分段退焊。
  2.3.6摇篮架端头立柱组对焊接。
  在工字钢组件上做出中心线标记,由中心往两侧划出立柱安装线并留出焊接收缩余量,切割翼缘缺口,在定位的胎具上将立柱插入工字钢翼缘缺口内组对焊接。
  2.3.7摇篮架角部的两板先焊成T形后再与摇篮架组焊。
  2.3.8摇篮架检查修正,合格后除锈刷漆。
  2.4底板制作
  2.4.1底板由两块定尺板拼而成,也可由四块板拼接,拼接板的尺寸按图中要求。
  2.4.2底板下料平直后,在平台上组对,最好在车间内组对,组对间隙0-1mm,在焊口两端各点焊一块12×100×150mm的引弧板,焊前在焊缝下垫一通长反焊接变形垫板,板宽20-30mm板厚3-6mm。
  2.4.3用埋弧自动焊进行焊接,单面焊完后,用专用胎具翻面,然后清根焊另一面,焊完后去除焊接引弧板,然后用磨光机修整端部。焊接时应先焊横缝(可自由收缩),后焊纵缝。
  2.4.4检查底板变形情况,底板不平度1米<1.0mm,如不符合要求,用火焰进行修正。
  2.4.5单面除锈、刷漆,做好中心标记。
  2.5、支承梁制作
  支承梁工字钢及连接板下料校正 横梁及连接板钻床钻孔焊接连接板除锈刷漆。
  2.6槽壳组装
  2.6.1槽壳组装可在电解车间内搭设的组装平台上进行,也可在电解槽基础墩上搭设组装平台,即先安装支承梁并找平,将26根端梁等距放在支承梁上,用水准仪测量并找平、点固,即成槽壳组装平台
  2.6.2将底板用吊架吊至组对平台上,检查中心线并划出组对内环线。
  2.6.3将两短侧板结构吊至底板上,对正中心线及内环线后,检查垂直度、对角线无误后,用角钢作临时支撑固定,将短侧壁板与底板组对点固。
  2.6.4测量两短侧壁至中心间距,由中心向两侧测量并修正长侧板,然后吊装长侧板,对正中心线及内环线并与底板点固,找好垂直度、对角线后用角钢临时支撑,组对壁板四条立缝、斜侧板对接缝及翼板对接缝,组对且检查槽壳尺寸应符合设计要求。
  2.6.5由四名焊工同时焊四条立缝及斜侧板对接缝,先焊外缝,再清根焊内缝,然后焊接翼缘板对接缝和斜侧板与底板的角缝,最后再焊短侧板结构的立筋与底板的角焊缝。为防止变形,焊斜侧板与底板的角缝时,焊前在底板上压一定重物,重约15-20t,底板与短侧板、长侧板的焊接,先焊外缝,后焊内缝,焊工应对称分段退焊。
  2.6.6焊完后,进行检查探伤,对超差部位进行矫正,合格后除锈刷漆。
  2.7上部结构大梁制作
  2.7.1大梁腹板及翼缘板按定尺进料,下料采用半自动切割机,腹板做出中心标记后,在腹板上直接切割出上拱度,翼缘板可在压力机上压出2-3mm反变形量。大梁腹板及翼缘板也可拼接,拼接缝按图纸要求避开集中载荷,腹板与翼缘板对接缝应错开100以上。焊条可采用E50××-×型焊条。
  2.7.2组对单片工字梁,加设引弧板,采用埋弧自动焊焊接,焊后检查上拱度并超探角缝。注意单片梁应组对一片焊接一片,焊缝应除锈清理干净再施焊。按设计要求检查上拱度及旁弯度。腹板与翼缘板间的角焊缝用超声波探伤,探伤长度及焊缝质量应符合设计要求。
  2.7.3单片大梁腹板开孔,组焊角钢。
  2.7.4在平台上将工字梁定位点固,组对料箱及连接角钢,检查无误后进行焊接。
  2.7.5单片梁、水平罩板、料箱及连接角钢也可以在同一平台上一次组对完成。
  2.8水平罩板制作
  2.8.1罩板按定尺进料,下料采用半自动切割机和手工切割,筋板类用剪板机下料。水平罩板不平度按设计要求。罩板也可拼接,但拼接缝要躲开洞孔。
  2.8.2罩板两边折边用胎具及千斤顶压制,罩板下的烟道在液压机上压制,罩板上的螺栓孔采用磁力钻钻孔。
  2.8.3罩板、打壳桶烟道及筋板组对、焊接。
  2.9门型立柱制作
  2.9.1利用剪板机剪切下料,用模具在液压机上弯制成型,然后组对焊接。长度及高度方向应留收缩余量。
  2.9.2立柱与横梁组焊成门形立柱,横梁上靠大梁侧的筋板待大梁与罩板组对好再焊,立柱与底座组焊
  2.10上部结构组装
  2.10.1用两根工字钢将水平罩板支垫找平,大梁吊至水平罩板上,将大梁下翼缘板上的装配螺栓装上拧紧,检查无误后,由中心向两端断焊,组焊料箱等。
  2.10.2在平台上放出立柱尺寸位置,找平标高后用螺栓固定,利用龙门吊或天车将大梁吊至门形立柱上组对点固,加临时支撑,检查无误后焊接。也可直接在电解槽上组对立柱与大梁。
  2.10.3上部结构经检查合格后,除锈刷漆待安装。
  2.11电解槽安装工艺流程
  基础验收支承梁安装槽底、槽周母线安装 槽内衬砌筑上部结构安装
  2.11.1复测基础中心线及标高,基础上表面应密实平整,标高应符合设计要求。
  2.11.2支承梁安装
  先安装绝缘块,再支承梁就位,找正中心及标高,检测支承梁对地绝缘电阻≥1兆欧。
  2.11.3槽底及槽周母线就位后,安装摇篮架,找正纵横向中心。
  2.11.4槽壳安装
  a在槽安装位置四角处各设置一个专用支架,支架上放一块板。在两套丝杠的作用下能在支架上相对运动,支架与板间抹上黄油以减少摩擦力,板上安放10吨千斤顶顶出后高出摇篮架工字钢上表面40-50mm。
  b摇篮架上铺设石棉板后,用天车将槽壳落至摇篮架上,用支架及千斤顶调整槽壳中心位置,检查合格后将槽壳与摇篮架的联接螺栓装上并拧紧。
  c将摇篮架与槽壳间的垫块点焊在摇篮架上。
  2.11.5上部结构安装
  槽上部结构的安装在筑炉完成并验收合格后进行。安装施工程序为:
  
  大梁立柱→打壳下料装置→阳极升降装置→安装阳极母线→阳极母线铝连接板焊接
  结语
  施工质量是保证电解槽生产正常运行,延长使用寿命的前提。为保证施工质量,施工人员必须正确掌握预焙阳极铝电解槽的施工方法,施工过程每一道工序中严格按施工方法进行,认真贯彻三检制。经过多个工程实践证明,上述施工方法能够切实保证电解槽钢结构施工质量。
  
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