淺談鎂電解槽的施工工藝

毛 興， 郭曉燕

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司， 青海 格爾木 816000)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，輕質(zhì)材料(如：鋁、鎂、鈦)成為航空航天工業(yè)的優(yōu)先選擇，青海鹽湖金屬鎂一體化項(xiàng)目10萬t/a電解鎂裝置是我國第一套采用氯化氫干燥技術(shù)干燥氯化鎂顆粒再進(jìn)行電解生產(chǎn)的鎂電解槽，建成后將成為世界上規(guī)模最大的金屬鎂廠，主要技術(shù)來自挪威海德魯公司。項(xiàng)目位于青海省格爾木市察爾汗鹽湖，屬于國家發(fā)展改革委等六部委批準(zhǔn)的柴達(dá)木循環(huán)經(jīng)濟(jì)試驗(yàn)區(qū)中的格爾木循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園的重點(diǎn)項(xiàng)目。

青海鹽湖集團(tuán)計(jì)劃分期建成總產(chǎn)能40萬t/a金屬鎂裝置。本期工程中，鎂電解槽施工工藝對(duì)其后續(xù)建設(shè)及其它類似工程建設(shè)有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。電解槽安裝及爐窯砌筑圖紙由加拿大赫氏(HATCH)公司設(shè)計(jì)。電解槽三維立體圖見圖1。

圖1 電解槽三維立體圖

1 電解槽槽殼吊裝

電解槽是電解車間尺寸最大的設(shè)備，槽殼整體到貨，在安裝前必須選好吊入車間的位置。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，決定分兩步吊裝槽殼，第一步將槽殼吊運(yùn)至車間4m平臺(tái)，第二步將槽殼從4 m平臺(tái)吊至基礎(chǔ)就位。為了使電解槽能順利就位，必須事先將車間橋式吊車(共6臺(tái)，南、北跨各3臺(tái))安裝好以便使用，經(jīng)計(jì)算須采取雙機(jī)抬吊，為避免建設(shè)單位因吊車到貨不及時(shí)影響施工，可根據(jù)到貨情況將吊車集中安裝在一側(cè)，以創(chuàng)造雙機(jī)抬吊條件。

2 電解槽槽底、槽壁爐窯砌筑

電解槽槽底砌筑三層耐火磚，側(cè)墻三層，縱墻五層。第一層砌筑時(shí)特別注意的是耐火磚與槽殼內(nèi)壁之間應(yīng)預(yù)留25 mm寬的排水溝以及電解槽四個(gè)角埋設(shè)導(dǎo)流不銹鋼管，詳見圖2。

圖2 排水溝示意圖

25 mm寬的排水溝的主要作用是將電解槽烘爐時(shí)凝結(jié)在槽殼內(nèi)壁上的冷凝水匯集，通過電解槽底邊留設(shè)的4個(gè)導(dǎo)流孔排出。電解槽內(nèi)襯砌筑按先砌筑一層底面，再砌一層側(cè)墻、縱墻的交替方式進(jìn)行，灰漿接縫厚度應(yīng)1.5 mm，所有成排的磚塊上以及不同磚層之間應(yīng)盡可能有50%(最大粘結(jié)度)的灰漿重疊，陶瓷絕緣材料填充伸縮縫。砌筑的同時(shí)逐層對(duì)耐火材料進(jìn)行檢查，以便在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)及時(shí)采取糾正措施。需要注意的是嚴(yán)禁在已砌筑完的砌體上敲打或砍磚，砌筑過程中如停歇，下次砌筑前需將已松動(dòng)的磚拆除重新砌。電解槽底、槽壁的砌筑是爐窯砌筑的主要工作量，涉及的材料種類較多，在施工前對(duì)容易混淆的材料做清晰標(biāo)識(shí)，對(duì)砌筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、磚規(guī)格較多的部分，在地面上進(jìn)行了模擬砌筑，模擬砌筑符合要求后再在槽內(nèi)進(jìn)行真正砌筑，保證一次砌筑成功。

3 交流電極、陰極板的安裝

3.1 一般要求

交流加熱電極共2個(gè)，安裝與其同一側(cè)的墻面砌筑同時(shí)進(jìn)行，陰極板總共21塊。陰極總體平面布置圖及類型圖見圖3。

圖3 陰極總體平面布置圖及陰極類型圖

陰極板安裝與常見的鋁電解槽完全不同，鋁電解槽陰極板安裝后，各陰極板之間填充炭塊使其與砌筑部分形成一個(gè)整體，而鎂電解槽各陰極板之間精度要求較高，因?yàn)樵诿績蓚€(gè)陰極板之間的空間要安裝陽極，并且陰極與陽極之間的距離必須保持在44.25±2 mm以內(nèi)。

陰極板安裝至少要在其下方的耐火磚和耐火材料鋪設(shè)完一天(24 h)后進(jìn)行，以避免陰極板對(duì)下方的耐火材料造成沉降。開始安裝調(diào)整陰極板時(shí)，砌筑施工就無法進(jìn)行了，而陰極板安裝又是一個(gè)精細(xì)作業(yè)，從安裝到調(diào)整需要2～3天，這就導(dǎo)致砌筑工人窩工。為了避免窩工，在作業(yè)面上必須部署3臺(tái)以上的電解槽交替砌筑，形成流水作業(yè)，有效利用工序特點(diǎn)，降低施工成本。

3.2 陰極定位調(diào)整

陰極板的定位調(diào)整分為兩部分，分別為陰極板標(biāo)高的確定和陰極板的縱橫向中心線(或相互間距離)調(diào)整。

3.2.1 標(biāo)高確定

首先確定D型中心陰極在槽內(nèi)的標(biāo)高，中心陰極直接放在已砌筑的中心壁上。然后將水平儀放在中心陰極頂面的光滑平整構(gòu)造面測量水平度，若槽內(nèi)標(biāo)高略高，則在槽殼外面的條鋼上增加墊片，若槽內(nèi)標(biāo)高略低，則在中心陰極的前部底端增加墊片。B、C型末端陰極標(biāo)高調(diào)整與中心陰極類似，不同的是末端陰極與電解槽側(cè)壁貼在一起(即將陰極一側(cè)砌筑在耐火材料中)。A型標(biāo)準(zhǔn)陰極底平面和磚砌支撐之間夾一層PVC塑料板，調(diào)整標(biāo)高時(shí)如標(biāo)高不滿足要求，則在塑料板和陰極板之間放置薄鋼板，薄鋼板厚度可根據(jù)具體需要而定，長寬一般為660 mm×100 mm。

3.2.2 中心線調(diào)整

依據(jù)電解槽的橫向、縱向中心線首先確定中心陰極位置(中心陰極的縱向中心與槽殼橫向中心線重合，中心陰極的后部距電解槽槽殼縱向中心線1 950±2 mm；),中心陰極的重量和體積最大，幾乎是其它陰極板的2倍。然后以中心陰極為基準(zhǔn)再確定其余各陰極的安裝位置。調(diào)整時(shí)，與中心陰極板距離偏近的不能滿足設(shè)計(jì)要求的，采用內(nèi)頂絲推開相互之間的距離，同時(shí)用事先做好的樣件判斷相互間距離。距離較遠(yuǎn)的，利用專門制作的調(diào)整工具拉近陰極間的距離，距離調(diào)整好后利用小連接件將中心陰極與第一塊標(biāo)準(zhǔn)陰極板進(jìn)行點(diǎn)焊以固定調(diào)整后的位置。以此類推以固定的陰極板為基準(zhǔn)調(diào)整其余陰極板。小連接件在陰極周圍的耐火材料砌筑完后再行拆除。調(diào)整陰極板相互之間距離時(shí)，選取4個(gè)進(jìn)行測量，在距陰極板前部和后部各550 mm處，距陰極板上表面100 mm處選兩個(gè)點(diǎn)，距陰極板前后部下表面250 mm處選兩個(gè)點(diǎn)，調(diào)整后的陰極板間間距為217.5±0.5 mm。當(dāng)所有陰極都安裝和固定后，還要檢查陰極相互之間的前部間隙和后部間隙，中心陰極與其相鄰的標(biāo)準(zhǔn)陰極前部間隙為5 mm，后部間隙為5.5 mm。其它各陰極之間的前部間隙為3 mm，后部間隙為3.5 mm。間隙較小不能滿足要求時(shí)，采用乙炔槍切割，以擴(kuò)大間隙距離。間隙較大不能滿足要求時(shí)，在陰極前部或后部間隙面處焊接薄鋼板墊片，以縮小間隙距離。薄鋼板墊片厚度可根據(jù)具體需要而定，長寬一般為830 mm×40 mm。用搗打料封閉陰極板與孔洞之間的全部間隙。圖4為調(diào)整陰極板的示意圖。

圖4 陰極板的調(diào)整

4 石墨陽極安裝

陽極由五部分組成：①五個(gè)炭塊；②兩個(gè)冷卻夾套;③兩個(gè)銅接觸板；④澆筑耐火材料；⑤四個(gè)校平螺絲(四個(gè)角均有)，詳見圖5。

圖5 陽極組成示意圖

石墨陽極施工順序?yàn)椋菏褰荨枠O組裝→陽極澆筑→就位及找平找正。

4.1 石墨板浸泡

每臺(tái)電解槽有20個(gè)陽極，分為2個(gè)中心陽極(圖5中 b為中心陽極)和18個(gè)標(biāo)準(zhǔn)陽極，每個(gè)陽極由5組石墨炭塊組成。為了提高石墨陽極的使用壽命，接觸導(dǎo)電銅板的陽極上部區(qū)域需要浸泡(用50%的磷酸溶液)96 h，浸泡完放置21天陰干后，方可進(jìn)行組裝作業(yè)。注意陽極安裝時(shí)務(wù)必嚴(yán)格按照施工進(jìn)度要求及現(xiàn)場情況提前組織浸泡及陰干工作。

4.2 陽極組裝及澆筑

首先制作陽極組裝架，如圖6所示，組裝架兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)氣缸，在組裝的時(shí)候依據(jù)氣動(dòng)原理調(diào)整桌面的角度，組裝架制作時(shí)各個(gè)定位尺寸與裝配后的陽極尺寸一致。組裝架的桌面處于傾斜狀態(tài)時(shí)，將冷卻套板和接觸板安裝到桌子上的項(xiàng)目A上，并將5個(gè)陽極碳?jí)K置于桌面上，一個(gè)緊挨一個(gè)，定位準(zhǔn)確后，利用氣動(dòng)裝置將桌面拉平。為了絕緣及后續(xù)電解槽的密封，必須對(duì)陽極進(jìn)行澆筑。陽極正常放置時(shí)，與鋁母線相連部分朝上，然而澆筑時(shí)必須將其倒置，才能在模內(nèi)灌入澆筑料,從圖5中可以看出，支模后只能從下方灌入澆筑料。

圖6 陽極組裝架

為了進(jìn)行正常澆筑，必須制作專門的澆筑模具。澆筑料入模后，為防止出現(xiàn)氣孔，使用混凝土振搗器振搗，振搗時(shí)間不宜太長，因?yàn)殚L時(shí)間振搗會(huì)引起澆注料成分分離，降低澆筑質(zhì)量。澆筑24 h后方可拆除模具，澆筑完畢后將陽極放在運(yùn)輸框內(nèi)。運(yùn)輸框制作數(shù)量不宜太多能滿足周轉(zhuǎn)即可，因?yàn)榭蓪⒋蟛糠株枠O暫時(shí)存放于已砌筑完的電解槽陽極安裝位置處，既節(jié)省了制作運(yùn)輸框的時(shí)間又節(jié)約了成本。陽極炭塊澆筑裝置見圖7。

圖7 陽極炭塊澆筑裝置圖

4.3 陽極安裝定位及密封

陽極的前后左右均需定位?？砂匆韵氯竭M(jìn)行：(1)陽極吊入電解槽前，安裝陽極兩端的定位卡具，卡具固定在陰極板上，吊入時(shí)卡具限制陽極的前后位置。(2)用精度0.02 mm/m的鉗工水平儀測量水平度時(shí)，可根據(jù)情況調(diào)整陽極每個(gè)角上的校平螺絲直至水平度滿足要求。(3)用鋼尺測量陽極與陰極之間的距離，保持在44.25±2 mm以內(nèi)。

陽極安裝后還需對(duì)冷卻夾套進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為0.6 MPa，保壓1 h。試驗(yàn)完成后，用干燥空氣將冷卻器吹干，并將冷卻器端口密封。為了封閉陽極之間的接縫以及中心陽極和氯氣罩之間的縫隙，首先在縫隙間放一條直徑25 mm的陶瓷繩輕壓，然后在陶瓷繩上澆筑一層高鋁砂漿，最后在高鋁砂漿上方施工氧化鎂搗打料，使其表面與陽極組件的耐火材料平齊。

5 槽蓋及其它金屬結(jié)構(gòu)安裝

在電解槽整體砌筑完成后安裝槽蓋，槽蓋內(nèi)部填充保溫隔熱的陶瓷纖維。槽蓋安裝時(shí)在槽蓋與電解槽接縫處敷設(shè)玻璃繩，槽蓋之間的接縫處敷設(shè)陶瓷纖維毯。

6 結(jié)束語

電解槽施工是一個(gè)很精細(xì)的工作，由于施工圖紙是英文版的，因此在安裝前必須準(zhǔn)確翻譯成中文。砌筑時(shí)必須保證磚與磚之間的灰漿厚度及飽滿度，槽底和槽壁交替施工。密封時(shí)必須認(rèn)真仔細(xì)，保證接縫嚴(yán)密可靠。在設(shè)備吊運(yùn)過程中根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，創(chuàng)造雙機(jī)抬吊的條件。砌筑施工過程中，采取至少3臺(tái)電解槽交替施工，避免窩工。陰極安裝、陽極組裝過程中，在現(xiàn)場制作了組裝、密封及調(diào)平的專用工具，提高了施工效率。陽極安裝過程中，根據(jù)進(jìn)度節(jié)點(diǎn)情況，提前浸泡，保證進(jìn)度要求，同時(shí)利用已砌筑完的電解槽放置陽極，減少了運(yùn)輸框制作的數(shù)量，降低了施工成本。