浅谈摇篮式铝电解槽槽壳的设计及结构改进

起 。电解槽 槽 壳结 构 、 度 与 电解 槽 寿 命 、 作 技 术 强 操 条 件与 生产 成本 密 切相 关 。虽 然 阴极 寿 命 主 要 取 决 于槽 内衬 。 是 如果 没 有一 个 足够 强 度 的槽壳 来 约束 但
内衬 的急 剧变 形和 为 内衬 的侧 部 散热 ， 部 保温 创造 底
用力。
必要 的条 件 ， 内衬 的寿 命是 不 会太 长 的 。因此 设计 则 槽壳对 其 总 的要 求是 有 足够 的强 度 ， 钢 量 省 ， 于 用 便 制 造和 维修 。本文 介 绍 几 种 摇 篮 式 槽 壳 结 构 的合 理 性 及其 计算 方 法 。
电解 槽从 开 始 启动 到 正常 生 产 阶段 ， 由于 有钠 的 析 出 ， 块 吸 收钠 后 急 剧 膨 胀 ， 成对 槽壳 的 水 平 推 碳 造
护 了侧 部碳 块 。在 底 部 由于 碳 块 吸 收钠 后 生 成 碳 一 钠 之不 完 全混 合 物 。 由碳 块 孔 度 毛 细 管 作 用 电解 质 渗透 ， 程 是连 续 、 过 缓慢 、 日积 月 累地 直 到 内衬 破损 为 止 。 所 以槽壳 的变 形 是 贯 穿整 个 槽 寿命 过程 中 。 国外 一些 学 者 研 究 槽 壳 侧 壁 承 受 内衬 吸 收 电解
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轻
金
属
２０ ０ ２年 第 １ ０期
浅 谈 摇 篮 式 铝 电 解 槽 槽 壳 的设 计 及 结 构 改 进
霍 岱 明， 丹 青 朱
（ 阳铝 镁设 计 研 究院 ， 宁 ， 阳 １０ ０ ） 沈 辽 沈 １ ０ １
摘 要 ：介 绍 了摇 篮式 电 解 槽 槽 壳 变形 与 强 度计 算 方 法 。 结 国 内几 种 摇 篮槽 壳 结 构 的 特 点 ， 荐 采 用 船 彤 或 因弧 形 槽 壳 总 推 结 构 。 降 低 电解 槽 槽 壳水 平 推 力 值 ， 改 变 槽 内衬 材 质 ， 用 半石 墨 或 石 墨 化 阴极 碳 块及 耐 火 防 渗 料 。 需 采
力 在多 种情 况 下 ， 边 承 受 水 平 推 力 为 短 边 的 １ ２ 长 ／。 因此 国际 一般 设计 电解 槽 槽 壳 长 边水 平 压 力 最 初 估 算 为 ０．ＭＰ ， ５ ａ 短边 为 １ ０ ａ ． ＭＰ 。在 计 算 时 ， 的作 用 力
点 假设 在底 部 碳块 高 度 的 中部 。 在 电解 铝 生 产过 程 中 ， 态 电解 质 不断 向阴极 碳 液
外 挠 曲， 直 力 则 使 槽 底 和 底 部 碳 块 向 下 或 向 上 突 垂
０ ４ 而石 墨 化碳 块 在 同 样 的 电解 温 度 下膨 胀 率 约 ． ％．
为 ０ ２ ％。 ．５
在 电解 槽焙 烧 阶 段 ， 般 常 用 的无 烟 煤 基 碳 块 ， 一
对 １０ ６ ＫＡ 电解 槽 阴 极 碳 块 将 伸 长 ３ｍ， ｅ 当焙 烧 到 操
关键调 ：摇 篮式槽壳 ； 构； 结 强度 ， 寿命 槽 中圉分类号 ：Ｔ ８ ６ ８ ５ 文献 标识码 ： 文章 编号 ：１０ Ｆ ０ ．０ Ｂ ０ ２—１ ５ 【 ｏ ２ １ ７ ２２ ｏ ）０—０ ４ ０ ６—０ ５
铝 电解 槽 槽壳 是 铝 电解槽 体重 要 组成 部 分 ， 它与 槽 内衬 构成 阴极结 构 。 它本 身承 受 着 电解 槽整 体 的荷 载 ， 负着 庞大 的 内衬膨 胀 施 加 于槽 壳 的力使 四边 向 担
质 后产 生 的膨 胀 力 ， 边 ０ ３ 长 ．５～１ ２ ＭＰ ， 边 ０ ５ ．５ ａ 短 ．
－
是一个 复 杂 的空 间钢 结构 ， 由矩 形槽 壳和 一 系列 托架
（ 摇篮架 ） 成 ， 短 边 主 要 依 靠 方 格 状 加 筋承 受 载 组 其 荷 ， 长边 主要 依 靠托 架承 载 。 而
当 电解 槽 温度 变 化 时， 部 阴极 结构 材料 都要 发 全
生 尺寸 改变 ， 即膨胀 或 收缩 。 由于 电解生 产 时液 态 电
块渗 透 ， １０ 以 ６ ＫＡ 电 解 槽 为 例 ， 解 槽 内 衬 寿 命 ４ 电 年， 内衬 将 渗 透 电解 质 ８ １ ｔ 当 碳 块 内的 熔 融 盐 ～ ０。
类透 至 熔体 的凝 固 等 温 线 时 ， 成 凝 固物 或 结 晶 ， 生 或
解 质渗透 ， 引起 内衬 体 积 膨 胀 。钠 渗 透 到 碳 块 里 ， 引
起一 种 等温 膨 胀 ， 大 于 由室 温升 至 ９ ０℃ 时的 热膨 远 ５ 胀 。贵 州铝 厂生 产 的 Ｂ Ｃ １阴极碳 块 电解 膨 胀率 １ Ｓ一
１ １ １ 荷 童 ．． 电解槽 内衬是 由碳 素 材料 与 耐热 保温 材 料构 成 ，
槽 壳承 受 的载荷 有 槽 壳 （ 含托 架 ） 自重 ， 内衬 重 、 内 槽 铝液、 电解 质重 ， 阳极及 上 部金 属结 构 重 。 １ １ ２ 内衬 的膨胀 力 ．．
２ ５ ａ 见 图 １ｌ 电解 生产 状 态 下 ， ． ＭＰ ， 【在 Ｊ 内衬 的 膨胀
作温 度 时 ， 有煤 沥青 粘结 剂 的 碳块 间糊及 边 部糊 将保
持独 有 的塑 性 ， 胀 一 直 进 行 到 ５ ０ 左 右 ， 后 收 膨 ０℃ 而
缩 。这 种特 性 ， 助 于 碳 块 膨 胀 的缓 冲 ， 且 内衬 中 有 况
尚有 许多 缝 隙 （ 砖 缝 ） 有 助 于 减轻 对 槽壳 的 水平 作 如 ，
力 急 剧增 加 。特 别是 在 开 动 后 第 １ ２昼 夜 槽 壳变 形 、
速 度超 过焙 烧 阶段 的数 倍 。
当 电解槽 转 入 正 常 生 产 后 ， 侧 部 形 成 炉 帮 ， 在 保
１ 槽 壳 结构 应 力 与 变形 计 算
１ １ 力 的来 源 ． 近代大 型 预焙 槽 的 槽 壳 ， 采 用 摇 篮 式 槽 壳 ， 均 这