鋁電解槽穿槽母線修復

郭軍平，潘 杰

（陜西有色榆林新材料集團有限責任公司，陜西榆林 719000）

0 引言

某鋁廠400 kA 電解槽，進電端設計有6 根立柱母線與電解槽水平母線連接進行導電。電解槽設計為24 組陽極，進電端12 組，A1—A12，出電端12 組，B1—B12。同樣，陰極炭塊數與陽極對應。某車間26#電解槽因A7 處第13 組鋼棒漏爐導致其正下方穿槽母線沖斷約1 m，尺寸為（120×350×1000）mm，且立柱4 右側短路塊下方短路母線損壞約2/3 面積，但未斷裂。A 面第11 組鋼棒所連母線完全斷開（A 面代表進電端），現需對以上損壞點進行修復，電解槽母線連接如圖1 所示。

圖1 電解槽母線連接

1 準備工作

（1）清理母線所粘連電解質。電解槽在漏爐時，所漏液體有電解質和鋁液組成，因此在所沖壞母線表面粘有鋁渣和電解質，使用風鎬將損壞母線處所粘連的電解質清理干凈后，將電解槽槽殼利用陰極轉運車吊離車間，給維修工作提供足夠的作業空間。

（2）清理母線損壞表面。損壞母線表面經鋁液沖刷后粘有鋁渣，且形成較厚的氧化鋁膜，采用風鎬逐步將鋁渣清理干凈，露出原母線鋁表面為準，清理過程中盡量保證原母線不受傷害，表面要求盡量平整。

2 具體方案實施

400 kA 鋁電解槽采用單系列串聯方式連接在一個母線回路中，因此，單臺電解槽停槽后其所在母線回路仍然帶電，這就給母線焊接帶來很大的困難，因為鋁母線采用氬弧焊焊接，受到電流及磁場的影響較大。考慮到現場施工環境、維修成本及系列停電的影響，制定以下維修方案：

（1）如圖1 中A 點所示，此處為第11 組鋼棒所連接母線，在電解槽停槽狀況下，沒有電流流過，因此，直接采用氬弧焊焊接鋁板方式將斷點連接，且在焊接時必須采用磁場屏蔽框將焊點處磁場屏蔽后，用5 mm 厚鋁板焊接起來，將母線連接。

（2）圖1 中C 點處母線未徹底斷開，其本身是有電流流過，損壞部分約為本身面積的2/3，形成一個半球面。通過風鎬將其損壞面剔出為近似拱形形狀，然后用鋁板填充后采用氬弧焊焊接，鋁板用剪板機剪出與母線損壞處近似的形狀，以便保證焊接質量。同樣在焊點處需采用磁場屏蔽方式，否則難以焊接。

（3）圖1 中B 點位穿槽母線，斷裂缺失部分尺寸約為（120×350×1000）mm，因此要在此處增加1 m 長的母線，因為處在停槽狀況下需要過立柱4 的短路電流約為33.3 kA，所以在斷點接通的一瞬間電流較大，可以將焊接鋁板融化，且導致焊點無法焊接，而且有安全風險。考慮到此種情況，重新制作出一條分流鋁軟帶，盡量面積要大，將立柱4 短路塊與斷裂穿槽母線短接，以此降低焊接時焊點處通過的電流。因為要在穿槽母線斷裂處中間加一段母線，故先將增加母線的一端與斷裂處一端用氬弧焊焊接鋁板將其連接，此時，母線仍處于斷路狀態，因此，在磁場屏蔽的情況下可以焊接。另一端斷點，在搭接的瞬間就會有電流流過，雖然通過分流裝置降低了斷點連接處的電流，但是只要有電流流過，就會形成環形磁場，導致氬弧焊無法焊接。經過不斷的試驗，決定先采用壓接的方式將斷點接通，再用高溫鋁液灌入將其融合，待電解槽啟動后，電流降到最低，再在鋁液接通凝固的地方加焊鋁板，增大導電面積，增加強度，從而達到母線修復目的。具體步驟如下：

（1）根據電解槽母線設計，斷點連接處需用20 片5 mm 厚鋁板焊接連接起來，以保證整臺電解槽的電流及磁場平衡。測量斷點處的作業空間及尺寸，加工20 片焊接用鋁板。

（2）采用氬弧焊將20 片鋁板各10 片焊接在斷點兩側，且不連接，并交叉，使得鋁板在相對側有2～4 cm 的距離。

（3）制作壓接卡具，將2 組鋁板壓接在一起，并確保壓接緊固，使兩側鋁板接通，確保導電良好，壓接面壓降低于10 mV。這樣就將斷裂母線連接，使得電流順利通過，且不會融化鋁板。

（4）制作模具，將鋁板抱在模具中間，并用防滲料做好密封，防止鋁液流出。

（5）取好高溫鋁液放入容器中，并在模具中加入鋁焊縫，以便在鋁液熔接時去除雜質及氧化鋁膜，使得鋁液與原鋁母線和鋁板充分熔接。

（6）做好安全措施后，將高溫鋁液導入模具中，因鋁液在接通電流的時候會受到磁場的影響，導致鋁液旋轉翻滾，此時應特別注意安全，待其靜置。

（7）待鋁液凝固冷卻后，測量連接處壓降，并拆除模具。

3 修復收尾工作

對焊接部位表面用角磨機進行打磨至其表面光滑，斷點連接處測量電壓降全部小于1 mV，達到修復目的，且上、下游電解槽運行曲線均未受到影響。測量修復母線溫度均達到正常運行槽水平。整理全部工器具并清理現場，撤離人員，修復工作完成。

4 結束語

此次鋁電解槽槽下穿槽母線修復的研究，充分摸索出母線帶電情況下的焊接及融合技術，對斷裂母線的帶電連接方式提供一種修復思路，因母線帶電修復環境復雜且對人身有較大的安全風險，關系系列安全和企業經濟效益，因此，好的修復方式和高的修復效益是共同的追求。