摘要：在铝冶炼行业，电解槽是较为重要的设备。一般而言，大型铝电解槽需要采取现场制作的方式，实现整套设备的组装。本文就500kA铝电解槽的现场制作技术进行分析，对其制作工艺以及现场施工的一些操作要点进行分析。
关键词：铝冶炼；电解槽；现场制作
铝是自然界中分布较为广泛、资源较为丰富的一类有色金属，且其可回收性较强，建筑行业报废的铝门窗以及汽车行业报废的铝制配件，都能够经过熔炼后进行回收，因而铝冶炼行业的发展具有相对广阔的前景。在铝冶炼技术的实践应用中，电解槽（见图1）是一种设备，对冶炼过程的质量与效率有着较为重要的意义。电解槽的组装过程中，槽壳的组装是较为重要的环节，但在500kA铝电解槽的现场制作中，槽壳的自重大、尺寸大、不规则部件多以及加筋多等特点，于较大程度上增加了其现场制作的难度。本文结合笔者自身的工作经验以及工程实际，对其现场制作过程中的一些重要工序以及操作难点进行分析，以期为此类铝电解槽的现场制作提供一定的参考。
图1 霍尔-艾鲁法现代工业铝电解槽
1 工程概况
本文的分析主要围绕某工程项目实际展开，该项目为典型的500kA铝电解槽现场制作，电解槽的槽壳属于整体摇篮型，单重约为58.24t，尺寸为22.48.0×5.072×2.019（单位m）。该工程项目预计共需制作168台电解槽。在项目实施过程中，由于该项目属于新建工程，缺少制作工作，整个电解槽的组装工作需要采取现场制作的方式进行。根据既往的工作经验，该项目的操作难点主要在于：（1）槽壳侧边不规则，整个槽壳的加工难度偏大；（2）缺少具备制作能力的工厂，难以实现标准化制作；（3）侧板的加筋较多，直接焊接存在变形风险；（4）尺寸较大，底板相对较薄。
2 方案制定
鉴于工程概况的实际任务以及项目存在的诸多操作难点，本项目采取分解制作策略，将电解槽的现场组装分为端侧板、底板以及长侧板。鉴于侧板的不规则特性以及任务量较大，侧板的制作采用专用的胎具进行，以实现流水线施工，保证整个项目的进度。在底板制作环节，考虑到其尺寸较大、厚度偏薄，采取分区组焊、整体拼接的策略进行组装，解决焊缝问题。侧板制作环节，采用小电流分道整体焊接技术，以避免焊接过程中发生侧板变形等问题。在此基础上，将制作好的各类电解槽槽壳进行分类堆放，以方便后续的运输以及组装工作。
电解槽槽壳的制作流程为：材料进场→对材料的质量进行检验，确保其符合槽壳制造的实际标准→样板制作→划线、号料→对样板的尺寸进行严格校核，若不合格，则返回上一步→进行圆筒节的卷制、校圆，侧弧板的卷制、校弧→校验合格后，进行组装→分别对上铺板、侧板进行校平、校圆→校验合格后，进行焊接→分片验收，验收合格后行预拼装→最后验收，合格后出厂。
3 500kA铝电解槽的现场制作
3.1 槽壳本体制作前的准备工作
在进行电解槽的槽壳本体制作前，相关作业人员需要根据设计图纸的要求，明确施工工艺与施工技术，合理编制分片方案、关键工序施工工艺、施工进度计划等，做好技术交底等工作，将技术责任以及安全责任进行落实。而在电解槽槽壳组装胎具的制作过程中，相关的工作人员需要就端侧板胎具、长侧板胎具的制作要点进行明确。以端侧板胎具为例，本项目的电解槽端侧板容易发生焊接变形问题，需要借助胎具，实现结构刚性固定。
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3.2 电解槽的槽壳制作工艺
本项目的现场实施过程，槽壳的制作采用分解法，待端侧板、长侧板、底板制作完毕后，分片进行组装与焊接；组装与焊接工作完成以后，需要严格按照项目设计的相关参数，对各分片的尺寸参数进行校正，必要时进行调整，而后着手进行预拼装工作。以下就三类分片的制作进行分析。
在制作过程中，钢材下料主要依靠数控等离子切割机、氧气—丙烷火焰、剪板机实现，端侧板制作，在下料过程中，预留一定的余量（一般为10mm左右）。待下料完毕后，由专人对熔渣、毛刺等问题进行处理，并对坡口表面进行打磨。而在打磨过程中，质检员需要对坡口形式以及尺寸（以图纸标注为准）等环节进行校验。在压制阶段，采用卷板机压制圆弧，并进行弧度的校验。一般而言，校验弧度时，卡板长度不应小于零件弧长的三分之二。（需要注意的是，在调整弧度时，局部加热等方式应当慎用）。待压制完毕后，于制作好的短侧板胎具上划线，并按序进行组装。组装完毕后，需要再次检查部件尺寸，确保其满足后续组装的实际要求。此外，在焊接时，还需要考虑焊接的顺序以及焊接时的电流，一般采取小电流焊接方式。
长侧板的制作，需要考虑大面侧板、翼板、斜侧板以及散热板等，并注意各组成部分的连接方向以及次序。与端侧板类似，长侧板在进行下料时，需要预留余量（一般为5mm左右），以达到补偿焊接收缩的目的。下料后，需要对其平整度进行校验，并将其置于专用的堆料架上，避免出现整板变形等问题。T型加筋支座制作过程中，需要根据设计要求划出控制线，待组装完成后，采用小电流CO2进行焊接，确保焊接过程中不出现变形问题。而在各个部件制作完成后，相关作业人员需要根据组装工艺，按次序进行各个部件的组装以及焊接。焊接过程中，需要考虑焊接的方式以及次序，确保焊接的质量。待焊接完成后，亦需要进行常规的校验。在本环节的制作难度上，大面侧板与散热板的开孔工作较为繁琐，焊接工艺的应用难度相对较大。
制作底板（见图2）时，作业人员需要考虑构件焊接翻身时存在的底板变形问题。本项目在底板组焊策略的选择上，采用分块组焊成型、校平的方式。在焊接过程中，分块焊接，整体拼装反面垫陶瓷埋弧焊技术的应用，能够较好的避免焊缝多、应力难消除以及变形大等问题。而待底板焊接完成后，需要消除焊接应力：顺着焊缝方向，以一定的力度（不宜过大）进行敲击。
图2 底板示意图
3.3 电解槽的预拼装
在电解槽槽壳制作完成后，就需要按照相关的要求，对部分焊缝进行探伤。对于存在缺陷的焊接部位，应当铲除原焊缝的金属堆积，严格按照相应的技术标准进行补焊。补焊结束后，再次探伤。此外，为了保证焊缝的质量，原则上同一部位的补焊次数应≤2次。所有焊缝探伤完毕后，即需要进行预拼装工作。在本项目中，考虑到槽壳的特殊性，采用分解法制作，故要保证槽壳安装的质量，就需进行预拼装工作。预拼装的流程应当遵循“底板→后端侧板→长侧板”的顺序。在拼装过程中，为了减少修整，降低外力的影响，一般采取自然拼装。预拼装完成后，需要对尺寸进行再次校核，检查无误后，按序进行拆卸，并按照原来的堆放方案进行分类堆放，以方便后续的涂装以及运输工作。
结语
500kA铝电解槽的现场制作具有一定的难度，要克服其中存在的一些问题，就需要相关的技术人员从制作专业组装胎具、合理安排焊接技术、科学拆解现场制作任务等角度考虑，并对其中存在的焊接变形以及安装误差等问题进行综合考虑，制定相应的解决方案。在此基础上，还需要关注现场制作工艺的应用，以及质量控制、焊缝探伤等重要环节，保证电解槽现场制作的质量，避免后续组装过程中出现一些不必要的麻烦。
参考文献
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[3]魏煜凌，赖文软，朱道付. 500kA铝电解槽现场制作技术[J]. 安装，2015(11):32-34.
论文作者:钱清志
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/9
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