關于電解槽內襯糊料施工工藝的總結

徐小東，李永澤

（八冶建設集團有限公司，甘肅 金昌 737100）

1 工程概況

現代電解鋁工業生產采用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為溶質，陰、陽極均為碳質，通入強大的直流電后，在950℃～970℃下，（950℃以上有可能形成熱槽）在電解槽內的兩極上進行電化學反應，陰極上析出鋁，而陽極上析出CO2（70%）和CO（30%）氣體，即電解。本項目電解槽陰極制作及陰極周邊立縫采用糊料進行風動搗固完成，使陰極炭塊組經糊料風動搗固連接為一體。

2 電解槽施工工序

2.1 原內襯拆除

清理流程：白料清理-鋁塊破碎清理-第一層陰極炭塊破碎清理-側部復合塊清理-鋼棒周圍澆注體清理-陰極扁鋼破碎清理-第二層陰極炭塊破碎清理-槽底保溫層清理。

挖掘機（帶挖斗）進入槽內對白料部分進行疏松，人工配合清理裝袋，白料清理完成后吊出裝包料，將挖斗換成刨錘對鋁塊上粘附的沉淀進行清理；清理后的鋁塊尺寸不大于1.5M＊1.5M；氮化硅結合碳化硅部分要整體裝包（不允許出現雜物）；耐火磚、澆注體與保溫磚部分合并裝包；炭塊清理分兩次完成。破碎后的炭塊尺寸不大于300＊300mm,裝包后過磅運入倉庫堆存（不允許有其它雜物）。為控制保溫層結塊將裝包袋撐破或刮破，保溫層打碎后的結塊尺寸不大于300＊300mm。原內襯拆除完成后對舊槽殼進行更換后再進行內襯砌筑。

2.2 電解槽內襯砌筑

電解槽槽殼采用搖籃式、呈船形，內壁尺寸為19700×4480×1397mm，內襯結構由槽底板向上依次為：10mm厚陶瓷纖維板；80mm厚硬硅鈣石復合絕熱磚(氧化鋁粉灌縫)；65mm厚一層隔熱耐火磚干砌層(氧化鋁粉灌縫)；隔熱耐火磚上面為一層2mm厚鋼板；鋼板上面夯實188mm的干式防滲料；在其上安裝24組陰極碳塊組。澆注料與槽殼之間依次夾砌等高（345mm）的20mm厚陶瓷纖維板、60mm厚硬硅鈣石復合絕熱磚、65mm厚蛭石保溫磚，在其上緊貼槽殼砌筑一層65＊45＊230mm的蛭石保溫磚；然后再澆筑220mm＊410mm防滲澆注料，在澆注料上砌筑610mm高側部復合塊；陰極碳塊組周圍槽側部扎固115mm厚的糊料，炭間縫及周圍立縫均用內襯糊扎固；扎固作業施工完成后再進行30mm厚壓鐵搗打料施工。

3 主要施工工機具

3.1 FR-32搗固機

氣動搗固機以壓縮空氣為動力，重量輕、力量強、反振小，是鋁電解槽施工不可缺少的搗固工具，它包括柄體總成、風管、缸體螺母、配氣閥、缸體、活塞桿及搗固錘，柄體總成、風管、缸體螺母及缸體依次密封連接，所述活塞桿插裝在缸體內，活塞桿與缸體間設有填料密封，所述搗固錘固定在活塞桿露出缸體一端的端部上；所述配氣閥設置在缸體螺母與缸體之間，并與缸體固定連接；所述配氣閥包括閥柜和閥片，所述閥柜上設有進氣槽、進氣孔以及回氣孔，所述進氣孔和回氣孔分別位于進氣槽的兩側，并且進氣槽兩側的槽壁分別與進氣孔和回氣孔連通；所述閥片設置在進氣槽內，所述閥片的厚度小于進氣槽的寬度；所述缸體上設有內腔、進氣道、回氣道和排氣道，所述進氣道與進氣孔、回氣道與回氣孔分別連通；所述排氣道與缸體的內腔通過上換氣孔和下換氣孔連通，排氣道上還設有與大氣連通的排氣孔；所述活塞桿位于缸體內的一端設有與缸體的內腔活動配合的實心錘體，所述錘體與缸體的內腔構成上腔和下腔兩部分，所述回氣道與下腔連通，所述進氣道與上腔連通。為了保證氣動搗固機的密封可靠，所述缸體螺母與缸體之間通過螺紋連接，所述配氣閥與缸體螺母之間設有墊塊以及彈性墊圈。為了防止雜物，如揚塵等進入缸體，所述排氣孔外設有排氣罩，所述排氣罩兩側分別與缸體螺母和缸體連接并形成覆蓋排氣孔的防塵空間，所述缸體外環繞分布有連通所述防塵空間與外部的通氣槽。

為了避免長期使用導致活塞桿與缸體間的密封發生松動，所述缸體靠近搗固錘一側設有調節螺母和鎖緊螺母，所述調節螺母內設有壓套，所述缸體的內腔靠近搗固錘一側固定有導套，所述填料密封設置在壓套與導套之間，并由鎖緊螺母和調節螺母軸向固定；當氣動搗固機長期使用，導致填料體積發生變化時，旋緊鎖緊螺母和調節螺母，即可重新壓緊。

為了方便加工，所述進氣道與上腔之間通過設置在缸體內壁上的連接槽連通，采用該形式的連接方式，當在缸體上設置多個進氣道時，可以將全部進氣道均與連接槽連通，加快缸體的進氣速度，提高搗固錘的工作能力。

3.2 空氣壓縮機

空氣壓縮機簡稱空壓機，是一種動力設備，主要提供有壓力的壓縮空氣。由于本項目屬于大修工程，維修電解槽位置不固定，需配備2臺空壓機，一臺為可移動式空壓機，供電解槽扎固作業使用，其中一臺為固定式空壓機，放置在組裝平臺附近供組裝作業使用。

3.3 拋丸機

拋丸機主要是利用高速旋轉的葉輪把鋼丸拋擲出去,高速撞擊鋼棒表面，達到表面清理的要求。拋丸機是以電動機械拋丸器為動力，利用拋丸器拋出的高速鋼丸清理陰極鋼棒表面銹漬的設備。拋丸機可清理陰極鋼棒表面的各種殘留物，拋丸是靠葉輪高速旋轉，將在葉輪中心的鋼丸，經過調流塊及葉輪推動器預加速，送入葉片區再將鋼丸高速拋出，速度可超過100m/s，由于拋丸覆蓋范圍較大，所以不需利用氣壓，所用能源效益遠高于噴砂。相比噴砂作業，極大地改善了粉塵對環境的污染和工人健康的危害，可直接安裝在生產加工區域，加快施工進度，且鋼丸可以循環利用，降低成本。

3.4 翻轉器

在鋁電解生產中，由陰極炭塊和陰極鋼棒組裝制作而成的炭塊組是電解槽生產陰極所必不可少的。經過一系列的加工制成的炭塊組，在放入電解槽內之前，必須將其翻轉，使陰極鋼棒處于陰極炭塊的下方位置才能符合鋁電解槽生產的要求。

現采用翻轉器來完成翻轉工序，翻轉器所有構件均采用規格合適的無縫鋼管組焊，結構穩固，而且體積小、重量輕，操作靈活、方便，省時省力，大大提高了工作效率，且不對炭塊表面造成損傷，有效保證了陰極炭塊的表面質量，有助于提高電解槽的壽命。

4 風動搗固組裝作業施工

4.1 施工前準備

施工材料準備：陰極扁鋼需用拋丸機進行表面銹漬及其他殘留物清理，使陰極扁鋼表面呈現金屬光澤后方可使用。陰極炭塊作為鋁電槽的內襯材料，導電材料，具有一定的機械強度，破損系數要小，它在一定程度上反映出陰極炭塊的使用壽命，所以在陰極炭塊吊運至加工平臺時需對陰極炭塊進行保護。鋼棒糊料在使用前，需在混捏鍋進行加熱攪拌，直至糊料無結塊方可使用。上述材料在使用前均要進行測溫，溫度必須達到設計要求17℃～42℃之內。

輔助工具準備：為了提高陰極炭塊組裝的質量和效率，項目部使用一套極炭塊頂層糊料搗固輔助控制裝置，適用于鋁電解槽陰極炭塊的組裝。且出于對陰極炭塊和成品的保護，項目部也使用一套防炭塊損傷的保護裝置（如下圖所示）。

圖1 輔助控制工具

圖2 陰極炭塊吊運保護工具

4.2 施工過程質量控制

組裝前將全石墨陰極炭塊達到鋼棒糊的施工溫度要求，組裝時用壓縮空氣將炭塊槽內灰塵吹凈。陰極鋼棒除銹后表面應露出銀灰色金屬光澤，然后達到鋼棒糊的施工溫度，組裝時表面不準有灰塵。陰極鋼棒軸向中心線必須與炭塊鋼棒槽軸向中心線相平行度偏差不準超過炭塊長度的1‰，即不大于3.81mm，鋼棒組裝后總長度偏差不大于±15mm，彎曲度不大于3mm。每次加糊后用樣板尺刮平再搗固,要求搗固三個往返,搗錘移動距離為10mm/次，分5層進行搗固，搗固后糊與炭塊表面呈水平狀態，表面整潔,不準有麻面。搗固壓縮比為1.6：1，搗固時根據設計要求風壓不低于0.5MPa，我項目施工現場使用風壓為0.6MPa。組裝后測量炭塊表面與鋼棒表面，鋼棒表面與陰極炭塊表面間距0～3mm，不能高出陰極炭塊。然后測量每個成品的電壓降，主要是判斷成品導電性能。如果糊料搗打不密實，那么在環境溫度降低時，炭塊與鋼棒間形成的縫隙會使鋼棒有松動甚至可能脫落，使得炭塊組整體電阻值偏大、導電性能不佳，導致電解槽生產電耗增大，縮短陰極炭塊組的使用壽命，故對于測量不合格成品進行返工處理。施工完成后使用翻轉器將成品翻轉后吊運至成品碼放區，然后進行成品編號，以便于陰極安裝時進行挑選。

5 風動搗固扎固作業施工

鋁電解槽陰極內襯早期破損、使用周期短是多種因素綜合作用的結果。而內襯的熱平衡設計、砌筑材料品質、施工質量、焙燒啟動過程及后期管理等都是影響槽內襯使用壽命的關鍵因素。鋁電解內襯糊料的搗固環節是內襯砌筑最核心、最關鍵的一道工序。

（1）電解槽內襯扎固工藝一般經過以下流程：工器具安裝→周邊側部及炭塊清理→吹掃清理爐膛→搗固長側及端頭側→搗固炭間立縫→炭帽搗固→人造伸腿搗固→清理爐膛。

（2）施工前準備

施工前移動式空壓機到位，搗固機風包要連接到位，確保施工時井然有序。其次對電解槽內的垃圾、雜質進行清理，尤其炭塊表面污漬，清理完成后用壓縮空氣進行吹風，將槽周及槽內灰塵再次清理。然后將提前加熱的內襯糊料調運至電解槽周邊，進行扎固作業。

（3）扎固分7層進行，為周圍立縫混扎，用刮糊樣板控制每層鋪糊厚度，立縫扎固為三趟六遍的扎固，扎固時聽哨聲統一扎固。對于槽周立縫第三層開始要使用梅花錘、緊邊錘進行扎固，梅花錘可以加大每層之間的接觸面積，確保糊料要緊密銜接，緊邊錘扎固要確保糊料與炭塊邊緣要緊密接觸，不得出現“夾糊”等現象。扎固至第五層時要對糊料壓縮比進行針密度測量，根據設計對照表進行判斷糊料是否欠搗或過搗。搗錘移動距離為10mm/次，且要移動速度均勻。為防止搗錘打壞炭塊的棱角，最后兩層用導向擋板導向搗打，第7層搗打至炭塊齊平時，將立縫錘換成平板錘頭搗打光滑的“炭帽”，并按設計規程留設炭帽高度。伸腿扎固應光滑、無麻面。

（4）扎固過程中可能存在的問題：伸腿易脫落，伸腿在炭塊表面壓邊沒有形成實際意義上的糊料密封功能。當壓邊較深時，電解質從壓邊口滲入越深，焙燒啟動期間伸腿層受到向上抬起的力越大，嚴重時出現伸腿脫落，俗稱“漂糊”。這是由于內襯搗固采用冷搗糊進行分層扎固時，間隔時間過長或與前一層糊料的溫度變化較大，會使層與層之間糊料的流變性能減弱，產生層離的現象，在焙燒啟動及生產過程開裂破損后滲入；加之，伸腿脫落對規整爐膛的形成會產生極為不利的影響，嚴重時導致槽內陽極覆蓋料不易結殼，使鋼制槽殼發紅，對側部復合塊腐蝕沖刷加劇，為后期安全生產留下重大隱患。扎固工藝搗固的槽內襯在啟動運行期間，槽內兩端側在接茬處或炭間縫與周邊縫接合處易發生電解質或鋁液滲漏現象，嚴重時會引發電解槽槽殼燒損、陰極硬母線和陰極軟帶沖毀、內襯結構破壞、陰極導電性能降低以及使用周期縮短等問題。

6 工程施工質量保證措施

（1）做好施工前的各項準備工作，編制施工組織設計，并對關鍵施工工序進行方案評審。

（2）對入場的管理和技術人員進行上崗前的培訓，認真貫徹“質量求生存”的方針，做好圖紙會審和技術交底工作，讓所有施工人員都領會設計意圖和質量技術標準。

（3）各工序施工質量檢查驗收堅持執行“三檢”，逐級向上推進檢查，層層把關，并嚴格執行質量等級評定。合理安排工序的穿插施工，加強成品保護工作。

（4）所有隱蔽工程在業主單位的監督下認真做好隱蔽記錄，嚴格按規范要求施工，施工過程質量控制采用工序管理點控制辦法。以工序質量保證各工序的工程質量，凡達不到工序質量標準的堅決返工，直到檢驗合格，經相關人員、單位簽字后方可組織下道工序的施工。

（5）項目部在每道工序施工前進行工序質量控制點的告知，向班組長進行工序質量控制點的技術交底。由班組長向作業人員進行工序質量控制點的技術交底。施工現場質檢員參加施工全過程，重要工序采取跟班施工隨時檢查。

（6）在施工中堅持“誰施工，誰負責”的原則，實行實名制度，做好施工記錄，且嚴格按照獎懲制度進行考核。

（7）施工資料按業主要求嚴格執行，每道工序施工完成后及時簽字驗收確認。

7 結語

電解槽是鋁生產企業重要的生產設備，其壽命的長短，直接關系著企業的經濟效益。本文通過對鋁電解槽內襯糊料施工工藝的優化改進，使電解槽的壽命有了明顯的提高，有效遏制早期破損槽的發生，提高了企業的經濟效益。