第一章——現(xiàn)代預(yù)焙鋁電解槽的基本結(jié)構(gòu)—2

1、 第二篇：鋁電解生產(chǎn)的工程技術(shù)1、現(xiàn)代預(yù)焙鋁電解槽的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)代鋁工業(yè)已基本淘汰了自焙陽(yáng)極鋁電解槽，并主要采用容量在160kA以上的大型預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽（預(yù)焙槽）。因此本章主要以大型預(yù)焙槽為例來(lái)討論電解槽的結(jié)構(gòu)。工業(yè)鋁電解槽通常分為陰極結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)、母線結(jié)構(gòu)和電氣絕緣四大部分。各類(lèi)槽工藝制度不同，各部分結(jié)構(gòu)也有較大差異。圖1、圖2分別為一種預(yù)焙槽的斷面示意圖和三維結(jié)構(gòu)模擬圖；圖3、圖4為我國(guó)一種200kA中心點(diǎn)式下料預(yù)焙槽的照片與結(jié)構(gòu)圖（總圖）。鋁液陽(yáng)極炭塊電解質(zhì)液下料器陰極炭塊電解質(zhì)結(jié)殼耐火與保溫內(nèi)襯鋼殼陰極鋼棒集氣罩陽(yáng)極導(dǎo)桿氧化鋁覆蓋料圖2 預(yù)焙鋁電解槽三維結(jié)構(gòu)模擬圖圖1 預(yù)焙鋁電解槽斷

2、面示意圖圖3 我國(guó)的一種200kA預(yù)焙鋁電解槽（照片）13123571110846151412169圖4我國(guó)一種200kA預(yù)焙鋁電解槽結(jié)構(gòu)圖1.混凝土支柱；2.絕緣塊；3.工字鋼；4.工字鋼；5.槽殼；6.陰極窗口；7.陽(yáng)極炭塊組；8.承重支架或門(mén)；9.承重桁架；10.排煙管；11.陽(yáng)極大母線；12.陽(yáng)極提升機(jī)構(gòu)；13.打殼下料裝置；14.出鋁打殼裝置；15.陰極炭塊組；16.陰極內(nèi)襯1.1 陰極結(jié)構(gòu)電解鋁工業(yè)所言的陰極結(jié)構(gòu)中的陰極，是指盛裝電解熔體（包括熔融電解質(zhì)與鋁液）的容器，包括槽殼及其所包含的內(nèi)襯砌體，而內(nèi)襯砌體包括與熔體直接接觸的底部炭素（陰極炭塊為主體）與側(cè)襯材料，陰極炭塊中的導(dǎo)電

3、棒、底部炭素以下的耐火材料與保溫材料。陰極的設(shè)計(jì)與建造的好壞對(duì)電解槽的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（包括槽壽命）產(chǎn)生決定性的作用。因此，陰極設(shè)計(jì)與槽母線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一道被視為現(xiàn)代鋁電解槽（尤其是大型預(yù)焙槽）計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)中最重要、最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)內(nèi)容。眾所周知，計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是，通過(guò)對(duì)鋁電解槽的主要物理場(chǎng)（包括電場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱場(chǎng)、熔體流動(dòng)場(chǎng)、陰極應(yīng)力場(chǎng)等）進(jìn)行仿真計(jì)算，獲得能使這些物理場(chǎng)分布達(dá)到最佳狀態(tài)的陰極、陽(yáng)極和槽母線設(shè)計(jì)方案，并確定相應(yīng)的最佳工藝技術(shù)參數(shù)（詳見(jiàn)本書(shū)第三篇 “鋁電解槽的動(dòng)態(tài)平衡及物理場(chǎng)”），而陰極的設(shè)計(jì)與構(gòu)造涉及到上述的各種物理場(chǎng)，特別是它對(duì)電解槽的熱場(chǎng)分布和槽膛內(nèi)形具有決定性的作用，從而

4、對(duì)鋁電解槽熱平衡特性具有決定性的作用。1.1.1 槽殼結(jié)構(gòu)圖5 鋁電解槽的槽殼結(jié)構(gòu)示意圖a自支撐式（框式）；b托架式（搖籃式）槽殼（即陰極鋼殼）為內(nèi)襯砌體外部的鋼殼和加固結(jié)構(gòu)，它不僅是盛裝內(nèi)襯砌體的容器，而且還起著支承電解槽重量，克服內(nèi)襯材料在高溫下產(chǎn)生熱應(yīng)力和化學(xué)應(yīng)力迫使槽殼變形的作用，所以槽殼必須具有較大的剛度和強(qiáng)度。過(guò)去為節(jié)約鋼材，采用過(guò)無(wú)底槽殼。隨著對(duì)提高槽殼強(qiáng)度達(dá)成共識(shí)，發(fā)展到現(xiàn)在的有底槽。有底槽殼通常有兩種主要的結(jié)構(gòu)形式：自支撐式(又稱(chēng)為框式)和托架式（又稱(chēng)為搖籃式），其結(jié)構(gòu)圖分別見(jiàn)圖5a，b。過(guò)去的中小容量電解槽通常使用框式槽殼結(jié)構(gòu)，即鋼殼外部的加固結(jié)構(gòu)為一型鋼制作的框，該種槽殼

5、的缺點(diǎn)鋼材用量大，變形程度大，未能很好地滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。大型預(yù)焙鋁電解槽采用剛性極大的搖籃式槽殼。所謂搖籃式結(jié)構(gòu)，就是用40a工字鋼焊成若干組“”型的約束架，即搖籃架，緊緊地卡住槽體，最外側(cè)的兩組與槽體焊成一體，其余用螺栓與槽殼第二層圍板連結(jié)成一體（結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示）。 a b圖6大型預(yù)焙鋁電解槽槽殼結(jié)構(gòu)圖a縱向；b橫向現(xiàn)代大型預(yù)焙槽槽殼設(shè)計(jì)利用先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)軟件對(duì)槽殼的受力、強(qiáng)度、應(yīng)力集中點(diǎn)、局部變形進(jìn)行分析和相應(yīng)的處理，使槽殼的變形很小并且還加強(qiáng)槽殼側(cè)部的散熱以利于形成槽膛。例如沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的SY350 型350kA預(yù)焙槽的槽殼設(shè)計(jì)為：大搖籃架結(jié)構(gòu)（搖籃架通長(zhǎng)至槽沿板，

6、采用較大的藍(lán)架間隔）；槽殼端部三層圍板加垂直筋板；大面采用船形結(jié)構(gòu)以減少垂直直角的應(yīng)力集中；大面采用單圍帶（取消腰帶鋼板與其間的筋板）并在搖籃架之間的槽殼上焊有散熱片以增大散熱面積；搖籃架與槽體之間隔開(kāi)，使搖籃架在300以下工作。圖7所示是大搖籃架船形槽殼部分圖。有人認(rèn)為，圖7（b）所示的圓角型與圖7（a）所示的三角型相比，圓角型船形結(jié)構(gòu)槽殼受力更好，且更有效地降低槽兩側(cè)底部應(yīng)力集中1。a b圖7 大搖籃架船形槽殼部分圖a三角型 b圓角型對(duì)槽壽命要求的提高體現(xiàn)在電解槽大修中就是對(duì)槽殼變形修復(fù)要求的提高。不僅要修理槽殼的外形尺寸，而且要定期對(duì)槽殼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更新，對(duì)產(chǎn)生了蠕變和鋼材永久性變形的槽殼

7、實(shí)施報(bào)廢制度，更新整個(gè)槽殼。1.1.2內(nèi)襯結(jié)構(gòu)內(nèi)襯是電解槽設(shè)計(jì)與建造中最受關(guān)注的部分。現(xiàn)在世界上鋁電解槽內(nèi)襯的基本構(gòu)造可分為“整體搗固型”、“半整體搗固型”與“砌筑型”三大類(lèi)：（1）整體搗固型：內(nèi)襯的全部炭素體使用塑性炭糊就地?fù)v固而成，其下部是用作保溫與耐火材料的氧化鋁，或者是耐火磚與保溫磚。（2）半整體搗固型：底部炭素體為陰極炭塊砌筑，側(cè)部用塑性炭糊就地?fù)v固而成，下部保溫與耐火材料與整體搗固型的類(lèi)似。（3）砌筑型：底部用炭塊砌筑，側(cè)部用炭塊或碳化硅等材料制成的板塊砌筑，下部為耐火磚與保溫磚及其他耐火、保溫和防滲材料。根據(jù)底部炭塊及其周邊間縫隙處理方式的不同，砌筑型又分為“搗固糊接縫”和“粘結(jié)

8、”兩種類(lèi)型，前種類(lèi)型是在底部炭塊砌筑時(shí)相互之間及其與側(cè)塊之間留出縫隙，然后用糊料搗固；后種類(lèi)型則不留縫隙，塊間用炭膠糊粘結(jié)。上述的整體搗固型與半整體搗固型被工業(yè)實(shí)踐證明槽壽命不好，加之電解槽焙燒時(shí)排出大量焦油煙氣和多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔铮廴经h(huán)境，因此已被淘汰。砌筑型被廣泛應(yīng)用。砌筑型中的粘結(jié)型降低了“間縫”這一薄弱環(huán)節(jié)，被國(guó)外一些鋁廠證明能獲得很高的槽壽命，但對(duì)設(shè)計(jì)和材質(zhì)的要求高，因?yàn)殡娊獠墼诒簾龁?dòng)過(guò)程中，沒(méi)有間縫中的炭素為炭塊的膨脹提高緩沖（搗固糊在碳化過(guò)程中會(huì)收縮），因此若設(shè)計(jì)不合理或者炭塊的熱膨脹與吸鈉膨脹太大，便容易造成嚴(yán)重的陰極變形或開(kāi)裂。內(nèi)襯的基本類(lèi)型確定后，具體的結(jié)構(gòu)將按最佳物

9、理場(chǎng)分布原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)容量、材料性能以及工藝要求不同時(shí)，所設(shè)計(jì)出來(lái)的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)便應(yīng)該不同，但一旦陰極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大方案確定（例如選用 “搗固糊接縫的砌筑型”），則不論是小型還是大型槽，其內(nèi)襯的基本結(jié)構(gòu)方案可以是相似的，區(qū)別往往體現(xiàn)在具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)上，而對(duì)于同等槽型和容量的電解槽，結(jié)構(gòu)參數(shù)上的區(qū)別往往由設(shè)計(jì)理念、物理場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)工具和筑槽材料性能上的差異所引起。我國(guó)目前均采用搗固糊接縫的砌筑型。圖8是我國(guó)大型預(yù)焙鋁電解槽內(nèi)襯基本結(jié)構(gòu)方案的一個(gè)實(shí)例。內(nèi)襯底部構(gòu)成為：l 底部首先鋪一層65mm的硅酸鈣絕熱板（或先鋪一層10mm厚的石棉板，再鋪一層硅酸鈣絕熱板）；l 在絕熱板上干砌兩層65mm的保溫磚（總

10、厚度130mm），或者為加強(qiáng)保溫而干砌三層65mm的保溫磚（有種設(shè)計(jì)方案是在絕熱板上鋪一層5mm厚的耐火粉，用以保護(hù)絕熱板，然后在其上干砌筑保溫磚）；l 鋪設(shè)一層厚130195mm的干式防滲料（具體厚度視保溫磚的層數(shù)而定，即兩層保溫磚對(duì)應(yīng)195mm厚度，三層保溫磚對(duì)應(yīng)130mm厚度），或者在三層保溫磚上用耐火粉找平后鋪一層1mm厚鋼板防滲漏，再其上用灰漿砌兩層65mm的耐火磚；l 在干式防滲料上（或耐火磚上）安裝已組裝好陰極鋼棒的通長(zhǎng)陰極炭塊組；l 陰極炭塊之間有35mm寬的縫隙，用專(zhuān)制的中間縫糊扎固。內(nèi)襯側(cè)部（底部干式防滲料或耐火磚以上的側(cè)部）的構(gòu)成及特點(diǎn)為：l 對(duì)于與底部炭塊端部對(duì)應(yīng)的側(cè)部

11、，靠鋼壁砌筑一道65mm的保溫磚，或者布設(shè)10mm石棉板和4060mm高溫硅酸鈣板；然后在該保溫層與底部炭塊之間澆注絕熱耐火混凝土（高強(qiáng)澆注料）；并留出軋制人造伸腿的空隙；l 在澆注料上方砌筑一層耐火磚，再在該耐火磚上方砌筑一層123mm厚的側(cè)部炭塊（或氮化硅粘結(jié)的碳化硅磚），并使其背貼碳膠到鋼殼壁上；l 側(cè)部炭塊頂上用80mm寬、10mm厚的鋼板緊貼住炭塊頂部焊接在槽殼上，防止炭塊上抬；l 底部炭塊與側(cè)部砌體之間的周邊縫用專(zhuān)制的周?chē)?00mm高的人造坡形伸腿。圖8 大型預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)圖（實(shí)例）大型中間下料預(yù)焙槽從工藝上要求底部應(yīng)有良好的保溫，以利用爐底潔凈；側(cè)部應(yīng)有較好的散

12、熱，以促成自然形成爐膛。側(cè)部炭塊下的澆注料（或耐火磚砌）做成階梯形，以抑制伸腿過(guò)長(zhǎng)。1.1.3 筑爐的基本規(guī)范下面，主要結(jié)合上述大型預(yù)焙槽的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)實(shí)例（圖8），介紹當(dāng)前我國(guó)大型預(yù)焙槽筑爐的基本規(guī)范，主要包括工藝要求與材料指標(biāo)兩個(gè)部分。其中所列材料是當(dāng)前我國(guó)電解槽內(nèi)襯常用材料，而非最好、最先進(jìn)的材料。關(guān)于筑爐材料中的炭素材料（陰極炭塊、側(cè)部碳?jí)K及重要糊料等）還將在本書(shū)第六篇“鋁用炭素材料與技術(shù)”中詳細(xì)討論。1.1.3.1 槽底砌筑（1）槽底砌筑的工藝要求：a. 清理與放線：槽殼清理干凈后，依據(jù)電解槽內(nèi)襯施工圖，進(jìn)行基準(zhǔn)放線作業(yè)。b. 鋪石棉板：槽底鋪一層10mm石棉板，接縫小于2mm，石棉板間

13、縫用氧化鋁紛填平。c. 鋪絕熱板（硅酸鈣板）： 絕熱板的接縫小于2mm，所有縫間用氧化鋁粉填滿(mǎn)，絕熱板與槽殼間隙填充耐火顆粒，粒度小于2mm；絕熱板的加工采用鋸切割；根據(jù)槽底變形情況允許局部加工絕熱板，但加工厚度不大于10mm。d. 砌筑（干砌）粘土質(zhì)隔熱耐火磚：隔熱磚加工采用鋸切割；砌筑時(shí)按畫(huà)在槽殼上的砌體層高線逐層拉線控制；第一層隔熱耐火磚在絕熱板上進(jìn)行作業(yè)，所有砌筑縫小于2mm，并用氧化鋁粉填滿(mǎn)，不準(zhǔn)有空隙；隔熱磚與側(cè)部絕熱板間填充耐火顆粒，粒度小于2mm，填實(shí)；第二層隔熱耐火磚與第一層隔熱磚應(yīng)錯(cuò)縫砌筑，所有磚縫用氧化鋁粉填滿(mǎn)；第隔熱磚與側(cè)部絕熱板間填充耐火顆粒，粒度小于2mm，填實(shí)。e

14、. 鋪干式防滲料：將干式防滲料鋪在耐火磚上，用樣板掛平，鋪一層薄膜，薄膜上鋪纖維板，然后用平板振動(dòng)機(jī)。要求分兩層鋪料、夯實(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)厚度，夯實(shí)完后按預(yù)先劃好的基準(zhǔn)線測(cè)量9點(diǎn)，要求水平誤差不大于±2mm/m。高度誤差不大于±1.5mm，局部超出標(biāo)準(zhǔn)可進(jìn)行整理，并保證陰極炭塊組安裝尺寸。（2）槽底砌筑用主要材料的指標(biāo)a. 硅酸鈣板：表1和表2所列為符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10699-1998的硅酸鈣板的主要指標(biāo)。表1 硅酸鈣板的性能指標(biāo)型號(hào)牌號(hào)導(dǎo)熱系數(shù)平均溫度373最大值W/m·k抗壓強(qiáng)度最小值抗折強(qiáng)度最小值密度kg/m3線收%I型220號(hào)0.0650.500.3

15、02202I型170號(hào)0.0580.400.201702注：最高使用溫度槽底650，側(cè)部850，規(guī)格600×300×60。表2 硅酸鈣板的尺寸允許偏差和外觀尺寸允許偏差外觀缺陷長(zhǎng)（mm）寬（mm）厚（mm）缺棱（個(gè)）缺角（個(gè)）平 板±4±4+3-1.511注：本標(biāo)準(zhǔn)為一等品。b. 粘土質(zhì)隔熱耐火磚：表3和表4所列為符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3994-1983的粘土質(zhì)隔熱耐火磚的主要指標(biāo)。表3 粘土質(zhì)隔熱耐火磚的性能指標(biāo)牌號(hào)體積密度（g/cm2）常溫抗壓強(qiáng)度(kgf/cm2)不小于導(dǎo)熱系數(shù)平均溫度325±25最大值W/m·k重?zé)€變化不大于2

16、%的試驗(yàn)溫度（）NG-0.70.7200.351250NG-0.60.6150.251200注：磚的工作溫度超過(guò)重?zé)€變化的試驗(yàn)溫度。NG-0.7與NG-0.6相同。 表內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)指標(biāo)為平板法試驗(yàn)數(shù)據(jù)。表4 粘土質(zhì)隔熱耐火磚的尺寸允許偏差及外形（mm）項(xiàng) 目指 標(biāo)尺寸允許偏差尺寸100±2尺寸101250±3尺寸251400±4扭曲長(zhǎng)度250不大于2長(zhǎng)度2514003缺棱、缺角深度7熔洞直徑5裂紋長(zhǎng)度寬度0.5不限制寬度0.511.030寬度1不準(zhǔn)有注：寬度0.511.0mm的裂紋不允許跨過(guò)兩個(gè)或兩個(gè)以上的棱。c. 粘土質(zhì)耐火磚：表5、表6所列為符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)YB/

17、T5106-1993的粘土質(zhì)耐火磚的主要指標(biāo)。表5 粘土質(zhì)耐火磚的性能指標(biāo)項(xiàng) 目指 標(biāo)N-4耐火度（）不低于16902kgf/cm2荷重軟化開(kāi)始溫度（）不低于1300重?zé)兓? 1350，2h+0.2-0.5顯氣孔率% 不大于24常溫耐壓強(qiáng)度不小于（2kgf/cm2）200注：電解槽使用粘土耐火磚牌號(hào)不低于N-4。 導(dǎo)熱系數(shù)（W/m2·h）：0.7+0.64(t/1000)；比重（g/cm3）：0.35。表6 粘土質(zhì)耐火磚的尺寸允許偏差和外觀（mm）項(xiàng) 目指 標(biāo)尺寸允許偏差尺寸100±2尺寸101150±2.5尺寸151300±2%尺寸301400

18、77;6扭曲長(zhǎng)度250不大于2長(zhǎng)度2313002.5長(zhǎng)度3014003缺棱、缺角深度7熔洞直徑7渣蝕 厚度<1在磚的一個(gè)面上允許有裂紋長(zhǎng)度寬度0.5不限制寬度0.511.060寬度>1不準(zhǔn)有d. 氧化鋁：表7為目前所使用的氧化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)。表7 不同容量氧化鋁導(dǎo)熱系數(shù)容量g/cm3表面溫度導(dǎo)熱系數(shù)kcal/m2hW/m2h0.6620.6656000.1040.1211.301.1246000.1720.21.2021.1056000.2800.325e. 石棉板：目前執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為JC/T692000。石棉板是以石棉為主要原料，加入粘結(jié)劑和填充材料而制成的板狀隔熱材料。一般要求石棉板

19、組織結(jié)構(gòu)均勻，厚度一致，表面光滑，但允許一面有毛毯壓痕或雙面網(wǎng)紋。不允許有折裂、鼓泡、分層、缺角等缺陷。石棉板燒失量不大于18%，含水度不超過(guò)3%，密度1.3g/cm3。橫向拉伸強(qiáng)度0.8Mpa。石棉板的規(guī)格通常有850×850mm和1000×1000mm兩種，厚度1.025.0mm。每1m3石棉板的質(zhì)量按1200kg計(jì)算。f. 干式防滲料：表8所列為符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/10294-88的干式防滲料的主要理化性能指標(biāo)。表8 干式防滲料的理化性能指標(biāo)項(xiàng)目單位指標(biāo)Al2O3+SiO2%85耐火度1630松散容重g/cm31.5堆積密度g/cm31.9抗冰晶石滲透950×

20、96hmm15導(dǎo)熱率65w/m.k0.353000.401.1.3.2 陰極炭塊組的制作陰極炭塊組的制作，包括炭塊和鋼棒的加工及其組裝兩部分。其制作方式與陰極鋼棒的形狀有關(guān)。陰極鋼棒可采用方形、矩形或圓形、半圓形等多種形狀。理論上而言，圓形棒周?chē)鷳?yīng)力分布均勻，尤其是能夠克服矩形或燕尾槽型所帶來(lái)的應(yīng)力集中的問(wèn)題，可降低陰極炭塊破損的風(fēng)險(xiǎn)，并能夠獲得較低的鐵炭電壓降。然而圓形棒與炭塊的連接（粘結(jié)方式）在我國(guó)沒(méi)有成熟技術(shù)。不少人建議使用半圓形斷面，但我國(guó)尚無(wú)工業(yè)實(shí)踐，目前還是采用方形或矩形棒，對(duì)應(yīng)地將陰極炭塊的溝槽加工成燕尾槽形狀。近20余年，世界上新建鋁廠普遍采用通長(zhǎng)炭塊和通長(zhǎng)陽(yáng)極鋼棒。從70年代

21、中期開(kāi)始，由于電解槽容量不斷增大，采用大斷面陰極炭塊后，每個(gè)陰極鋼棒帶有兩條溝槽的設(shè)計(jì)方案被采用，即每個(gè)陰極炭塊與兩個(gè)陰極鋼棒相連接。陰極炭塊與鋼棒的組裝方式有炭糊扎固、磷生鐵澆注、炭的粘結(jié)劑粘結(jié)等。其中，磷生鐵澆注式組裝的陰極壽命短，工藝流程繁瑣、復(fù)雜、技術(shù)性強(qiáng)，高溫作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、成本高，廢品率高，該法在國(guó)內(nèi)大多被扎固法所取代。因此下面以扎固法為例進(jìn)行介紹。（1）陰極炭塊組制作的工藝要求a. 鋼棒下料后，在其兩端面打上編號(hào)（最好打鋼印或用油漆標(biāo)記），測(cè)量并記錄每根鋼棒的彎曲程度；校正不合格的鋼棒；砂洗四面，表面應(yīng)露出銀灰色金屬光澤，砂洗完后檢查并填寫(xiě)記錄。b. 組裝前用壓縮空氣將

22、炭塊燕尾槽內(nèi)灰塵吹凈，然后加熱陰極炭塊，與此同時(shí)加熱陰極鋼棒和炭糊，加熱溫度根據(jù)炭糊性質(zhì)而定，一般在40110的范圍（以炭糊說(shuō)明書(shū)要求的溫度為準(zhǔn)）。c. 組裝前再清掃一次燕尾槽內(nèi)的灰塵；用電毛刷對(duì)鋼棒進(jìn)行打磨，表面不準(zhǔn)有灰塵。d. 陰極鋼棒軸向中心線必須與炭塊鋼棒槽軸中心線相吻合，偏關(guān)不準(zhǔn)超過(guò)炭塊長(zhǎng)度的1，鋼棒組裝后總長(zhǎng)度偏差不大于15mm，彎曲度不大于4mm。e. 每次加糊后用樣板刮平再搗固，共分6層左右搗固，每層搗固高度為2040mm；扎固時(shí)炭糊的溫度應(yīng)滿(mǎn)足鋼棒糊使用說(shuō)明書(shū)的要求；每層搗固兩個(gè)往返，搗固后糊與炭塊表面呈水平，表面整潔，不準(zhǔn)有麻面，搗固壓縮化（1.61.8）：1，搗固風(fēng)壓不低

23、于0.5Mpa，扎固搗固錘每次移動(dòng)1cm左右，嚴(yán)禁搗固錘打壞炭塊，防止異物進(jìn)入糊內(nèi)。f. 組裝后測(cè)量炭塊表面與鋼棒表面，平行度公差值3mm，不準(zhǔn)高于炭塊表面，用耐火泥抹平。g. 組裝后陰極炭塊組的質(zhì)量要求：導(dǎo)電性能：當(dāng)用2000A直流電以工作面和陰極鋼棒露出端為兩極，其電壓平均值不大于350mV（在室溫下）；外觀：由燕尾槽向外延伸的裂紋寬度不大于0.5mm，長(zhǎng)度不大于60mm，其它缺陷符合底部炭塊標(biāo)準(zhǔn)，冷糊雜物清除干凈；炭塊組堆放要按作業(yè)基準(zhǔn)進(jìn)行，要輕吊輕放，鋼絲繩所壓炭塊部位要有防壓措施工，嚴(yán)禁雨淋，受潮；對(duì)炭塊組檢查采用抽查法，抽檢比例3%。如有質(zhì)量問(wèn)題提高抽查比例。（2）陰極炭塊組制作用

24、主要材料a. 陰極炭塊：關(guān)于陰極炭塊的種類(lèi)、性能、制備工藝等請(qǐng)見(jiàn)本書(shū)第六篇“鋁用炭素材料與技術(shù)”。陰極炭塊的種類(lèi)很多，這里僅以當(dāng)前國(guó)內(nèi)外大中型預(yù)焙槽上使用最多的半石墨質(zhì)炭塊為例。我國(guó)鋁廠目前較普遍使用的半石墨質(zhì)陰極炭塊的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為YS/T287-1999。該標(biāo)準(zhǔn)的炭塊理化指標(biāo)見(jiàn)表9，尺寸允許偏差見(jiàn)表10，加工后尺寸允許偏差見(jiàn)表11，且外觀符合如下規(guī)定：產(chǎn)品表面應(yīng)平整，斷面積不允許有空穴、分層和夾雜物；加工長(zhǎng)度大于1m時(shí)，彎曲度不大于長(zhǎng)度的0.1%；炭塊嚴(yán)禁受潮和油污染；炭塊表面允許有符合表12中所述的缺陷。 表9 半石墨陰極炭塊的理化性能指標(biāo)部位牌號(hào)灰分%電阻率(·mm2/m)電解膨

25、脹率%耐壓強(qiáng)度(N/mm2)體積密度g/cm3真密度g/vm3不大于不小于底部BLS-17421.0321.561.90炭塊BLS-18451.2301.541.87表10 炭塊尺寸允許偏差(mm)名 稱(chēng)允許偏差不大于寬度厚度長(zhǎng)度炭塊±10±10±15表11 炭塊加工后的尺寸允許偏差(mm)名 稱(chēng)允許偏差不大于寬度厚度長(zhǎng)度直角度(°)底部炭塊±2±4±12±0.4側(cè)部炭塊±3±3±5±0.5角部炭塊±5±5±5表12 炭塊表面的缺陷缺陷名稱(chēng)缺陷尺

26、寸（mm）缺角a+b+c50,不多于兩處缺棱a+b+c50,不多于兩處面缺陷近似周長(zhǎng)a+b+c100,深度5裂紋（0.5以下）長(zhǎng)度a或b+c60注：a+b+c的計(jì)算見(jiàn)圖9。圖9 炭塊缺陷計(jì)算示意圖 b. 鋼棒糊：以GH牌號(hào)的鋼棒糊為例，其理化性能指標(biāo)如表13所示。表13 鋼棒糊的理化性能指標(biāo) 指標(biāo)牌號(hào)灰分%揮發(fā)份%固定碳%體積密度g/cm3 耐壓強(qiáng)度Mpa 比電阻mm2/mGH3913841.552575c. 硼化鈦陰極：TiB2是最理想的鋁電解可潤(rùn)濕性陰極材料（詳見(jiàn)本書(shū)第七篇“鋁冶煉新工藝進(jìn)展”中的“惰性可濕潤(rùn)性陰極”）。目前中南大學(xué)研發(fā)的常溫固化硼化鈦陰極涂層材料和中國(guó)鋁業(yè)公司研發(fā)的硼化鈦

27、-炭復(fù)合材料均開(kāi)始在大型預(yù)焙鋁電解槽上應(yīng)用。這種材料與低石墨質(zhì)或低石墨化程度的炭塊結(jié)合，可以顯著改善陰極的抗鈉膨脹性，而與高石墨質(zhì)或高石墨化程度的炭塊結(jié)合，則可以顯著改進(jìn)陰極的耐磨性，此外還有一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)是，它給陰極帶來(lái)了一種炭素材料所不具備的性能，即與金屬鋁液的良好潤(rùn)濕性，因而可減少槽底沉淀，提高陰極工作的穩(wěn)定性。硼化鈦陰極涂層與價(jià)格較低的無(wú)煙煤基（無(wú)定形或半石墨質(zhì)）炭塊相結(jié)合的效果最為顯著。無(wú)定形炭在長(zhǎng)時(shí)間電解后會(huì)逐漸石墨化，在一年或更長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)大部分會(huì)轉(zhuǎn)化成石墨。在工業(yè)電解槽上這種石墨化轉(zhuǎn)化之所以未能體現(xiàn)在陰極電壓降的下降，是因?yàn)殁c膨脹及熔融電解質(zhì)與碳化鋁的滲透抵消了石墨化所帶來(lái)

28、的電導(dǎo)率的改進(jìn)。對(duì)此，我們開(kāi)發(fā)的常溫固化硼化鈦陰極涂層技術(shù)所采用的涂層厚度只要有45mm即可（這樣涂層的造價(jià)相對(duì)較低），涂層本身壽命只需2年左右即可（因?yàn)殛帢O炭塊的吸鈉膨脹主要發(fā)生電解槽啟動(dòng)后的12年內(nèi)），但其提高槽壽命和穩(wěn)定槽況所帶來(lái)的效益顯著高于使用涂層所帶來(lái)的投資費(fèi)用增加。1.1.3.3 陰極炭塊組的安裝 陰極炭塊在槽底的排列有圖10所示的幾種情況，其中a，b，c三種比較，c型最好。d型對(duì)應(yīng)通長(zhǎng)炭塊，這種類(lèi)型接縫數(shù)量最少，一般認(rèn)為該類(lèi)型可使電解質(zhì)和鋁液滲漏的可能性以及由于上抬力和推擠力所引起的機(jī)械破損可能性均可降至最少。通長(zhǎng)炭塊不一定采用通長(zhǎng)陰極棒，但發(fā)展趨勢(shì)是通長(zhǎng)炭塊與通長(zhǎng)陰極棒。 a

29、 b c d圖10 陰極炭塊組安裝類(lèi)型 （1）陰極炭塊組安裝的工藝要求 a. 將砌筑完畢的槽底（干式防滲料）表面清理干凈，按預(yù)先劃好的作業(yè)基準(zhǔn)線進(jìn)行安裝作業(yè)，以槽中心為準(zhǔn)，由中央向兩端進(jìn)行。 b. 炭塊組兩端鋼棒預(yù)先安裝好擋板。已變形棒孔擋板要校正方可使用，不能校正的必須更換。 c. 用鋼絲繩吊動(dòng)炭塊時(shí)，所壓部位必須采取防范措施，以防損傷炭塊；調(diào)整炭塊組時(shí)僅撬動(dòng)炭塊，不可撬動(dòng)鋼棒；嚴(yán)禁損傷炭塊、鋼棒及擋板，安裝要平穩(wěn)，不平處可用粉料（防滲料）墊平。 d. 相鄰炭塊其水平高差不超過(guò)3mm，長(zhǎng)度偏差10mm；炭塊間距符合內(nèi)襯圖要求，相鄰炭塊就位，用縫寬樣板控制，測(cè)定三點(diǎn)，一般控制在規(guī)定值±

30、;2mm，然后取下樣板用木楔臨時(shí)固定。 d. 就位時(shí)，鋼棒應(yīng)放在窗口中央，陰極鋼棒中心線與槽殼窗口中心線偏差為±3mm；陰極鋼棒擋板緊貼槽殼鋼板上，2-3mm間縫用水玻璃石棉膩?zhàn)尤麧M(mǎn)；膩塞棒孔后，炭塊組不準(zhǔn)移動(dòng)，如需移動(dòng)，窗孔間隙重新膩塞。 e. 水玻璃石棉膩?zhàn)用芊饬系呐浔龋粗亓勘葹椋ＡВ海ㄊ薹?0%+石棉絨30%）=1:1.5，混合均勻使用。水玻璃膩?zhàn)討?yīng)潔凈，不準(zhǔn)混入異物。 （2）陰極炭塊組安裝用主要材料 a. 硅酸鈉水玻璃：符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4209-96的水玻璃的密度：1.321.38g/cm3，波度(20)(°Be)35-37，模數(shù)(M)3.5-3.7。

31、b. 石棉：目前采用的石棉理化性能指標(biāo)見(jiàn)表14。石棉絨采用溫石棉機(jī)選4級(jí)，4級(jí)石棉按纖維長(zhǎng)度和含量分別為：4.8mm為5-35%以上，1.35mm為45-70%以上，砂粒粉塵含量不大于5.5%。石棉粉的技術(shù)性能：短纖維石棉10%，輕質(zhì)耐火土鈣鎂細(xì)粉90%，體積密度0.86g/cm3，耐熱度不小于600，水分不大于5%，導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.093w/m.k。表14 石棉的主要理化性能指標(biāo)種類(lèi)密度g/cm3莫氏硬度纖維外形柔順性強(qiáng)韌性比熱GJ/Kg.k導(dǎo)熱系數(shù)w/cm.k熔點(diǎn)()使用強(qiáng)度()最高工作溫度()灼熱減量(%)800吸濕量(%)耐酸性耐堿性抗拉強(qiáng)度(Mpa)溫石棉2.2-2.42.5-4.

32、0白色光澤柔軟強(qiáng)0.8360.071200-1600400600-80013-151-3弱強(qiáng)29.40青石棉3.2-3.34.0深青色光澤小柔軟稍弱0.8360.07900-11502003-41-3強(qiáng)弱32.341.1.3.4 陰極炭塊周?chē)鲋?（1）陰極炭塊周?chē)鲋墓に囈?a. 四周緊貼槽殼為石棉板、硅酸鈣板，縫隙小于2mm，縫隙用石棉絨-水玻璃糊實(shí)。 b. 兩炭塊鋼棒間砌65mm粘土質(zhì)隔熱耐火磚（兩層或三層，依內(nèi)襯圖而定），采用濕砌，磚縫小于3mm。 c. 搗打澆注料：按內(nèi)襯圖尺寸支好模板，固定陰極炭塊四周；用攪拌機(jī)干混澆注料2min，然后加入清潔自來(lái)水（加水量6.57.5%之間），

33、加完水后攪拌34min即可出料；攪拌好的澆注料應(yīng)立即倒入模內(nèi)（應(yīng)采用多點(diǎn)投料為好），用插入式振動(dòng)器振動(dòng)，振至表面露出浮水為止；振動(dòng)器提起時(shí)應(yīng)避免留空洞，振動(dòng)棒應(yīng)緩慢均勻移動(dòng)，不能在一點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)，以防澆注料偏析；加第二層料振動(dòng)時(shí)，切忌將振動(dòng)棒插入第一層料內(nèi)以防破壞第一層已初凝料層的組織結(jié)構(gòu)；澆注完畢全高傾斜不大于5mm，其表面凹凸不大于2mm；澆注好后用草袋覆蓋注體，養(yǎng)生時(shí)間：若環(huán)境溫度大于平均20/天，養(yǎng)生時(shí)間為24小時(shí)，否則為48小時(shí)。 d. 砌筑耐火磚：待澆注體達(dá)到養(yǎng)護(hù)時(shí)間后，澆注體上用耐火泥漿找平砌筑一層或二層（視內(nèi)襯圖而定）65mm高鋁磚或粘土質(zhì)隔熱耐火磚，磚縫小于3mm，泥漿飽滿(mǎn)，

34、為砌筑側(cè)部炭塊做好準(zhǔn)備。 （2） 陰極炭塊周?chē)鲋弥饕牧?a. 防滲隔熱耐火澆注料（耐火混凝土）：不同廠家有不同標(biāo)準(zhǔn)，表15是其中一種的組成及性能。表15 防滲隔熱耐火澆注料（耐火混凝土）組成及性能指標(biāo)組 成Al2O3(%)體積密度（g/cm3）耐壓強(qiáng)度（MPa）燒后線變化%導(dǎo)熱系數(shù)使用溫度骨 科結(jié)合劑輕 質(zhì)粘土磚高 鋁水 泥35452.02.312380.450.50.810001300 注：導(dǎo)熱系數(shù)為700-1000時(shí)的數(shù)據(jù)。 b. 耐火磚：某企業(yè)生產(chǎn)的高鋁磚的理化性能指標(biāo)見(jiàn)表16。若采用粘土質(zhì)隔熱耐火磚，相關(guān)性能指標(biāo)見(jiàn)“槽底砌筑用主要材料的指標(biāo)”。表16 高鋁磚理化性能指標(biāo)項(xiàng)目指 標(biāo)

35、LZ-75LZ-65LZ-55LZ-48Al2O3，% 不小于75655548耐火度，不小于1790177017500.2MPa荷重軟化開(kāi)始溫度1520150014701420重?zé)€變化，%1500，2h+0.1-0.4/1450，2h/+0.1-0.4顯氣孔率，% 不大于2322常溫耐壓強(qiáng)度，MPa 不小于53.949.044.139.21.1.3.5 側(cè)部砌筑 （1）側(cè)部砌筑的工藝要求 a. 砌筑前將槽殼上的污垢和周?chē)u表面上的泥漿清理干凈，砌筑塊（炭塊或碳化硅磚）要仔細(xì)檢查，有缺陷的根據(jù)情況放在角部。 b. 炭塊用干砌，碳化硅（SiC）磚用耐火泥漿砌筑，因此若使用碳化硅磚，先配制碳化硅耐

36、火泥漿。砌筑從角部開(kāi)始作業(yè)，立縫小于0.5mm，臥縫小于3mm，錯(cuò)臺(tái)小于5mm。大面根據(jù)槽型可以砌筑成一條弧線。側(cè)塊背部緊貼槽殼鋼板，背縫小于 2mm。 c. 若需加條，則加條在角部?jī)蓚?cè)的第三塊上進(jìn)行，加條尺寸應(yīng)不小于原炭塊的二分之一。 d. 砌筑和調(diào)整側(cè)部炭塊應(yīng)使用木錘敲打，嚴(yán)禁使用金屬錘敲打，以防損傷炭塊。 e. 對(duì)于側(cè)部塊與槽殼間的縫隙，若側(cè)部為碳化硅磚，則用碳化硅澆注料或側(cè)部散熱填充料填實(shí)；若為炭塊，則用氧化鋁，或炭膠或側(cè)部散熱填充料填實(shí)。 (2) 側(cè)部砌筑用主要材料的指標(biāo) a. 側(cè)部塊：若使用炭塊，則見(jiàn)“陰極炭塊組的制作”；若使用碳化硅磚，則見(jiàn)表17的實(shí)例（牌號(hào)為SICATEC75）

37、。表17 氮化硅結(jié)合碳化硅磚的理化性能指標(biāo)指 標(biāo)測(cè)試條件標(biāo)準(zhǔn) 顯氣孔率（%）/18 體積密度（g/cm3）/2.60 耐壓強(qiáng)度（MPa）/150 抗折強(qiáng)度（MPa）室溫42140045 荷重軟化溫度（）0.2MPa, T2>1700 熱導(dǎo)率（W/mk）100017（實(shí)測(cè)值） 抗氧化性（Wt%）1150×20h0.5（實(shí)測(cè)值） 抗堿性（Wt%）1350×20×52.47（實(shí)測(cè)值） 化學(xué)成分（%）SiC/72Si3N4/18Fe2O3/0.7Si/0.5 尺寸公差厚度0100mm±1.0mm長(zhǎng)、寬0300mm±1.5mm301500mm

38、77;2.0mm>500mm±0.5% b. 炭膠：側(cè)部使用炭塊時(shí)，用到炭膠。表18為一種炭膠的主要理化指標(biāo)。表18 炭膠的主要理化指標(biāo)項(xiàng) 目單 位標(biāo) 準(zhǔn)灰 分%<5揮發(fā)份%<45固定碳%>50針入度（20時(shí)）450650 c. 碳化硅耐火泥：側(cè)部使用碳化硅磚時(shí)，用到碳化硅耐火泥。表19為一種碳化硅耐火泥的主要理化性能指標(biāo)。表19 碳化硅耐火泥的主要理化性能指標(biāo)項(xiàng) 目指 標(biāo)SicabondSica-Glue化學(xué)組成，%SiC3Fe2O3<11.0SiO2<9最高使用溫度，13501350粒度組成>0.5mm1<0.074mm>50

39、110×24h4.06.01000×3h5.0應(yīng) 用砌筑碳化硅磚復(fù)合碳化硅磚與碳磚 d. 側(cè)部散熱填充料：表20為一種側(cè)部散熱填充料在不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)。表20 側(cè)部散熱填充料在不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)種 類(lèi)單 位室 溫150300配方 1W/mk0.550.981.40配方 2W/mk0.601.121.531.1.3.6 扎固 （1）扎固立縫的工藝要求 a. 陰極塊加熱前應(yīng)用壓縮空氣將槽內(nèi)清理干凈，然后進(jìn)行加熱作業(yè)。 b. 立縫加熱用電加熱器加熱，冬季加熱時(shí)間不少于12小時(shí)，夏季加熱時(shí)間不少于10小時(shí)，加熱溫度同扎糊作業(yè)溫度（遵照糊料產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)）。需加熱的材料、工具同時(shí)加

40、熱。扎固輔糊前再次進(jìn)行吹風(fēng)清掃。 c. 測(cè)量陰極炭塊加熱溫度，每個(gè)炭塊各測(cè)三點(diǎn)。 d. 非工作人員禁止入槽內(nèi)，作業(yè)人員的鞋底必須干凈。 e. 陰極炭塊立縫均涂一層稀釋瀝青，厚度0.5mm左右。 f. 按量加糊，應(yīng)用樣板刮平，再進(jìn)行扎固作業(yè)，扎固次數(shù)不少于兩個(gè)往復(fù)，搗固時(shí)間約45秒/縫層。立縫一般分78次扎完，每槽約60分鐘。操作點(diǎn)的風(fēng)壓不低于0.6MPa，壓縮比不低于1.60:1。 g. 扎固炭帽要在模板內(nèi)進(jìn)行，以防打壞炭塊。炭帽應(yīng)高出陰炭塊上表面5mm，寬度40mm，鏟去炭帽兩側(cè)毛邊并用手錘壓光使之表面平整、光滑、無(wú)麻點(diǎn)。 （2） 扎固周?chē)p的工藝要求 a. 周?chē)糖皯?yīng)對(duì)周?chē)p加熱，并在

41、加熱前進(jìn)行吹風(fēng)清掃，加熱溫度同立縫溫度。 b. 凡與糊接觸部位（炭糊除外）均涂一層稀釋瀝青，厚度為0.5mm左右。 c. 槽長(zhǎng)、短側(cè)各分710次扎完，斜坡高度符合內(nèi)襯圖要求（一般為200mm），工作點(diǎn)風(fēng)壓不低于0.6MPa，壓縮比不低于1.60:1。扎固之前首先將陰極鋼棒底下塞實(shí)。 d. 扎固坡面時(shí)，為使層間銜接牢固，用爪型搗錘把表面打成麻面，然后再鋪糊扎固。周?chē)宇^處用火焰加熱器烘烤，不準(zhǔn)將糊燒成炭化物，加熱至立縫要求溫度。 e. 搗固后表面呈平面，光滑整潔，不準(zhǔn)有麻面。 （3） 扎固用冷搗糊 目前已普遍使用冷搗糊扎固立縫與周?chē)p。表21所列是“湘Q/LC556”標(biāo)準(zhǔn)的冷搗糊炭素材料的理化

42、性能指標(biāo)。其中，LTC-1適用于陰極炭塊間立縫和周?chē)p；LTC-2適用于陰極炭塊與陰極鋼棒接縫（鋼棒糊）。表21 冷搗炭素料理化性能指標(biāo)項(xiàng) 目LTC-1LTC-2揮發(fā)分（%）<12<10骨料最大粒徑mm82灰 分（%）1210成型后體積密度（g/cm3）1.551.6水 分（%）11固定炭（%）7677施工操作溫度（）25-4040-501300燒 后體積密度(g/cm3)1.451.5耐壓強(qiáng)度(Mpa)2520殘余體積收縮(%)1.51.5顯氣孔率(%)2222導(dǎo)熱系數(shù)(W/m·k)電阻率(mm2/m)7065破損系數(shù)1.0注：破損系數(shù)是指炭素材料經(jīng)電解試驗(yàn)后侵入試樣內(nèi)

43、的電解質(zhì)體積與試樣原總孔隙體積的比值。1.2 上部結(jié)構(gòu)槽體（金屬槽殼）之上的金屬結(jié)構(gòu)部分，統(tǒng)稱(chēng)上部結(jié)構(gòu)，它可分為承重桁架、陽(yáng)極提升裝置、打殼下料裝置、陽(yáng)極母線和陽(yáng)極組、集氣和排煙裝置。1.2.1承重桁架以本章開(kāi)頭部分所介紹的200kA預(yù)焙鋁電解槽為例（圖4）為例，承重桁架如圖11所示，下部為門(mén)式支架，上部為桁架，整體用絞鏈連接在槽殼上。桁架起著支承上部結(jié)構(gòu)的其他部分和全部重量的作用。321圖11某廠200KA預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽桁架結(jié)構(gòu)圖1.桁架；2.支架或門(mén)；3.鉸接點(diǎn)1.2.2 陽(yáng)極提升裝置目前，國(guó)內(nèi)預(yù)焙槽陽(yáng)極提升裝置有兩種，一種是螺旋起重器式的升降機(jī)構(gòu)；另一種是滾珠絲杠三角板式的陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)

44、。圖9某廠200KA預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽陽(yáng)極提升機(jī)構(gòu)圖1.馬達(dá)；2.聯(lián)軸節(jié)；3.減速箱；4.齒條聯(lián)軸節(jié)；5.換向器；6.聯(lián)軸節(jié)；7.螺旋起重機(jī)；8.傳動(dòng)軸；9.陽(yáng)極大母線懸掛架123456789以本章開(kāi)頭部分所介紹的的200kA預(yù)焙鋁電解槽為例（圖4）為例，陽(yáng)極提升裝置為螺旋起重器升降機(jī)構(gòu)，它由螺旋起重機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和馬達(dá)組成（圖12）。4個(gè)螺旋起重機(jī)與陽(yáng)極大母線相連，由傳動(dòng)軸帶動(dòng)起重機(jī)，傳動(dòng)軸與減速箱齒輪通過(guò)聯(lián)軸節(jié)相連，減速箱由馬達(dá)帶動(dòng)。當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)便通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)螺旋起重機(jī)升降陽(yáng)極大母線，固定在大母線上的陽(yáng)極隨之升降。提升裝置安裝在上部結(jié)構(gòu)的桁架上，其行程為400mm，在門(mén)式架上裝有與

45、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)的回轉(zhuǎn)計(jì)，可以精確顯示陽(yáng)極母線的行程值。隨著電解槽容量增大，螺旋起重器數(shù)量相應(yīng)增加。例如，300kA槽需選用8個(gè)螺旋起重器（相當(dāng)于8個(gè)蝸輪減速機(jī)），在每個(gè)傳動(dòng)軸（共兩個(gè)）上分別安裝4個(gè)，但碰到的問(wèn)題是很難做到4點(diǎn)在一條直線上，因而不能較好地實(shí)現(xiàn)齒輪咬合。平果鋁業(yè)公司320kA預(yù)焙槽的設(shè)計(jì)中，針對(duì)槽上部結(jié)構(gòu)支撐大梁長(zhǎng)，承載負(fù)荷大（72t）的特點(diǎn)，采用了分體式陽(yáng)極提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，即采用兩段大母線梁，雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，8個(gè)螺旋起重器均勻負(fù)荷的分體式結(jié)構(gòu)形式。A、B兩段大母線梁運(yùn)行誤差調(diào)控由計(jì)算機(jī)自動(dòng)跟蹤完成，但由于兩段負(fù)荷不一樣，很難實(shí)踐A、B兩段陽(yáng)極底掌在一個(gè)水平面上，即一臺(tái)電解槽可能在

46、兩個(gè)極距下工作，必須經(jīng)常人工調(diào)整。為達(dá)到特大型槽8個(gè)螺旋起重器同步升降，可以將變速機(jī)構(gòu)置于槽的中部通過(guò)4個(gè)水平軸與螺旋起重器相聯(lián)1。采用滾珠絲杠三角板的陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)，僅用2個(gè)蝸輪桿減速器、2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠與8個(gè)三角板。結(jié)構(gòu)示意圖如圖13所示，其工作原理是，滾珠杠向前推，陽(yáng)極下降；向后拉則陽(yáng)極上升（由電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制）。顯然，這種機(jī)構(gòu)比傳統(tǒng)的螺旋起重器的升降裝置簡(jiǎn)單，機(jī)械加工件少，易于制造加工，傳動(dòng)效率高1倍，造價(jià)低耐用，易檢修維護(hù)，又能簡(jiǎn)化上部金屬結(jié)構(gòu)，對(duì)擴(kuò)大料箱容積，方便陽(yáng)極操作均有益處。法國(guó)彼施涅公司135320kA預(yù)焙槽均采用這種陽(yáng)極升降裝置。我國(guó)目前沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的大型槽也采用

47、了該種設(shè)計(jì)方案1。圖13 滾珠絲杠三角板式的陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)1.2.3打殼下料裝置早在20世紀(jì)60年代，美國(guó)在預(yù)焙鋁電解槽上使用了線下料裝置，多數(shù)位于兩排陽(yáng)極中央空間部位，每次打殼下料的間隔時(shí)間為60120min。打殼機(jī)構(gòu)分為鍘刀型、刀齒混合型，按照一定間距固定在槽縱向中央可升降的工字鋼梁上，其上部安裝線加料定容器。定容器由兩條鋼組成，兩端用軸聯(lián)接。這種結(jié)構(gòu)與我國(guó)白銀鋁廠20世紀(jì)80年代購(gòu)買(mǎi)日本千葉鋁廠的155kA鍘刀式中間下料預(yù)焙槽大體相同。在氧化鋁下料方面的重要突破是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的點(diǎn)時(shí)下料系統(tǒng)，它由槽上料箱和點(diǎn)式下料器組成。料箱上部與槽上風(fēng)動(dòng)溜槽或原料輸送管相通，原料通過(guò)現(xiàn)代的氣力

48、輸送系統(tǒng)可以從料倉(cāng)直達(dá)槽上料箱。點(diǎn)式下料器安裝在料箱的下側(cè)部。點(diǎn)式下料器由打殼裝置和下料裝置兩個(gè)部分組成，或者是將打殼與下料集合在一起的 “二合一”裝置，其中打殼裝置實(shí)現(xiàn)在電解槽結(jié)殼表面上打開(kāi)一個(gè)孔穴，下料裝置實(shí)現(xiàn)將其定容室中的氧化鋁通過(guò)打開(kāi)的孔穴卸入電解質(zhì)中。點(diǎn)式下料器動(dòng)作一次向電解槽添加少量（且通過(guò)定容來(lái)定量）的氧化鋁，每個(gè)定容器典型加料量為0.53kg（視定容器的定容大小而定），定容精度可達(dá)到±2%。每臺(tái)電解槽安裝一定數(shù)量的點(diǎn)式下料器后，便可以通過(guò)理論計(jì)算確定正常的下料間隔時(shí)間。一般地，正常下料間隔時(shí)間在1.53min的范圍。由于下料間隔如此之短，點(diǎn)下料技術(shù)常被稱(chēng)為“準(zhǔn)連續(xù)”或

49、“半連續(xù)”下料技術(shù)。點(diǎn)式下料系統(tǒng)與現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相結(jié)合，可以通過(guò)由控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整下料間隔來(lái)調(diào)整下料量，從而形成多種準(zhǔn)連續(xù)“按需下料”技術(shù)，滿(mǎn)足現(xiàn)代鋁電解工藝對(duì)氧化鋁濃度控制的要求。合理地選擇每臺(tái)電解槽安裝點(diǎn)式下料器的個(gè)數(shù)、定容規(guī)格和安裝位置是相當(dāng)重要的。要考慮下料點(diǎn)所對(duì)應(yīng)區(qū)域的電解質(zhì)有較好的流動(dòng)性；考慮氧化鋁的溶解度及溶解與分布速度，避免造成電解槽內(nèi)的濃度差；有合適的正常下料間隔時(shí)間以及發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)能夠快速加入足量的氧化鋁。事實(shí)上，下料器的個(gè)數(shù)在一定程度上取決于電解槽容量大小，有一種說(shuō)法是大約每50kA電流需安裝一個(gè)下料器2。法國(guó)彼施涅鋁業(yè)公司的AP18預(yù)焙槽（180kA）和AP

50、30預(yù)焙槽（300kA）均設(shè)計(jì)為4個(gè)下料器。我國(guó)預(yù)焙槽的下料器個(gè)數(shù)為：系列電流在60kA100kA范圍則每槽安裝2個(gè)；160kA300kA安裝4個(gè)；320kA350kA安裝5個(gè)。有的電解工藝采用交替下料方式（如編號(hào)按順序?yàn)?4的4個(gè)下料器按照1、3與2、4兩兩交替下料），而有的采用每次全部同時(shí)下料方式。來(lái)陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)均采用全部下料器同時(shí)下料，一般動(dòng)作45次，即可滿(mǎn)足熄滅陽(yáng)極效應(yīng)的下料要求。下料器的最佳安裝位置是靠近陽(yáng)極角部的中縫處3，下料器的錘頭尺寸較小為好，使在殼面上打開(kāi)的下料孔較小。希望向洞中央低速下料，而不應(yīng)成堆卸料，因?yàn)檠趸X需要迅速擴(kuò)散，以防止沉淀的形成。結(jié)殼上的洞最好保持敞開(kāi)，以減小

51、掉入電解質(zhì)中的結(jié)殼量。目前，我國(guó)普遍使用的點(diǎn)式下料器為筒式下料器。圖14所示的是一種筒式下料器的安裝示意圖。其打殼裝置由打殼氣缸和打擊頭組成，打擊頭為一長(zhǎng)方形（或圓形）鋼錘頭，通過(guò)錘頭桿與氣缸活塞相連，當(dāng)氣缸充氣活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，便帶動(dòng)錘頭上、下運(yùn)動(dòng)而打擊熔池表面結(jié)殼；其下料裝置由一氣缸帶動(dòng)一個(gè)在鋼筒中的透氣鋼絲活塞及下端裝有鐘罩的密封鋼管組成一個(gè)密封鋼筒下端的鐘罩組成。鐘罩與透氣活塞將鋼筒的下部隔成一個(gè)定容空間，定容空間的上端開(kāi)有充料口。當(dāng)氣缸活塞運(yùn)動(dòng)到上端時(shí)，便帶動(dòng)鐘罩封住鋼筒的下端（見(jiàn)圖14-a），透氣活塞移動(dòng)到充料口上端，即充料口打開(kāi)，料箱中被流化的氧化鋁立即充滿(mǎn)下料器的定容室。當(dāng)接到下料命

52、令時(shí)，氣缸活塞被驅(qū)動(dòng)向下運(yùn)動(dòng)，便帶動(dòng)連在活塞桿上的透氣活塞和鐘罩向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，透氣活塞擋住了充料口（見(jiàn)圖14-b），堵住了料流向定容室，而定容室中的料卻隨著鐘罩向下運(yùn)動(dòng)而卸入槽中。此種加料裝置具有運(yùn)動(dòng)可靠，下料精確，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)出4.5L、1.8L和1.2L三種筒式定容下料器，并有下料與打殼分離式和下料與打殼二合一式兩種類(lèi)型。下料器的自動(dòng)控制是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的（也可以手動(dòng)控制）。通過(guò)幾個(gè)電磁閥的組合，可以按照一定的程序向打殼氣缸和定容下料氣缸提供壓縮空氣，完成各種動(dòng)作的順序控制。圖14 一種筒式下料器的安裝示意圖1.2.4陽(yáng)極大母線和陽(yáng)極組1.2.4.1 陽(yáng)極大母線圖15 “單塊組-四爪”陽(yáng)極組結(jié)構(gòu)示意圖陽(yáng)極大母線既承擔(dān)導(dǎo)電、又起著承擔(dān)陽(yáng)極重量的作用。電解槽有兩條陽(yáng)極大母線，其兩端和中間進(jìn)電點(diǎn)用鋁板重疊焊接在一起，形成一個(gè)母線框，懸掛在陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)的絲桿（吊桿）上。陽(yáng)極組通過(guò)小盒卡具和大母線上的掛鉤卡緊在大母線上。1.2.4.2陽(yáng)極組的基本結(jié)構(gòu)陽(yáng)極組由炭塊、鋼爪和鋁導(dǎo)桿組成，炭塊有單塊組和雙塊