铝电解槽侧部炭块压铁改进措施

供稿|周 虹, 王 林

铝电解槽侧部炭块压铁改进措施

供稿|周 虹, 王 林

内容导读

在铝电解槽中，为了保护侧部炭块不受氧化、加工击打等损坏，通常在侧部炭块上部附贴加焊一层厚度为10 mm的防护钢板（简称：压铁）。存在的问题：在铝电解槽投入生产不久后，压铁向上翘起严重，失去了保护炭块的作用。文章分析了压铁变形翘起的原因，结合实际生产，对压铁的焊接方式提出改进措施，为减少电解槽的侧部压铁变形提供了改造方案。

!存在的问题

在铝电解技术大规模推广以来，尤其是大型预焙电解槽的开发应用后，铝电解槽的结构也在不断地发展改进，但就其电解槽的侧部炭块上层的压铁结构基本没有太大的改变，如图 1 所示.

从图 1 可见，电解槽槽壳与侧部炭块压铁垂直焊接在一起。压铁的作用：防止侧部炭块裸露在空气中而发生氧化，造成侧部炭块破损；防止侧部炭块受到高温熔盐的热应力向上发生位移，造成侧部炭块变形破损。

电解槽经过焙烧、启动进入正常生产，随着生产的不断进行，高温的熔盐应力逐步增大，向上的应力也会逐步增大，使得侧部炭块逐步向上发生位移，进而推动侧部炭块的压铁也向上发生位移，最终使得压铁产生翘起。一般在电解槽生产到 1000 d后大部分压铁脱落，起不到保护侧部炭块的作用，使得电解槽的侧部炭块破损加剧，影响电解槽的生产寿命和炉膛的形成，进而影响电解槽的技术指标。

压铁的受力分析

铝电解槽在正常生产时，压铁会受到电解槽槽壳的拉力和电解槽侧部炭块的热应力的作用，受力分析如图 2。

图1 电解槽的侧部结构剖面示意图

压铁的变形位移

在不考虑压铁的内应力时，以压铁的几何中心为受力点，压铁受到的力为 F，致使压铁随时间的推移发生位移，最终摆脱电解槽槽壳的拉力束缚而脱落。

造成的危害

侧部炭块氧化

当铝电解槽侧部炭块上层的压铁发生位移翘起或脱落时，电解槽的侧部炭块很容易暴露在空气中。由于电解槽在正常生产时的电解质温度大多为 920 ℃～960 ℃，炭在 900 ℃ 左右很容易与空气中的氧气发生反应产生 CO2，因此电解槽的侧部炭块会逐步氧化破损，进而造成槽壳受热过大，热应力加剧，导致槽壳也随之发生变形，加剧电解槽的破损，影响电解槽的生产槽龄。

图2 压铁受力分析简图

侧部炭块的位移加剧

当电解槽的压铁发生翘起时，侧部炭块因受到热应力的作用而位移加剧。这种位移会引起侧部炭块与人造伸腿、阴极等结构发生变化，容易产生裂缝，为高温的铝液、电解熔体的渗透提供了通道，加剧了电解槽的内衬破损速度，同样会影响电解槽的生产槽龄。

改进措施

为了避免或减小铝电解槽侧部炭块上部压铁变形，经过实验和分析，将铝电解槽侧部炭块上部压铁的焊接方式做了改进，如图 3 所示。

图3 压铁的焊接方式改进示意图

改进后的压铁受力分析

铝电解槽的侧部炭块压铁焊接方式改进后，会受到电解槽槽壳斜向下的压力、电解槽侧部炭块的热应力的作用，受力分析如图 4。

从图 4 中可以明显看出铝电解槽侧部炭块压铁在改进后的受力改变较大，而这种受力的改变可以使得压铁发生位移的幅度明显减小，变形会大幅减少。

图4 改进后压铁受力分析简图

结束语

在电解槽上要实现改变侧部炭块压铁的焊接方式存在一定的困难，一方面是在强电磁场的作用下焊接质量会受到影响，另一方面是在去除原有的侧部炭块压铁时存在一定的难度，也会对侧部炭块造成一定的损坏；因此该改进方式适合于系列电解槽大修时采用，或者在新铝电解系列上应用效果较佳。

[1] 单辉祖 谢传锋. 工程力学（静力学与材料力学）. 北京：高等教育出版社，2004

[2] 邱竹贤. 铝电解. 沈阳：东北大学出版社，1997

[3] 杨重愚. 轻金属冶金学. 北京：冶金工业出版社，1991

[4] 邱竹贤. 预焙槽炼铝. 北京：冶金工业出版社，2005

Improved Measures of Protected Steel for Side Carbon Block in Pre-baked Cell

ZHOU Hong, WANG Lin

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中国铝业青海分公司第一电解厂，青海 大通 810108