200KA電解槽槽端頭校正工藝的改進及應(yīng)用

張君

摘 ?要：電解槽槽端頭大修理難度大，我們對槽端頭結(jié)構(gòu)進行分析研究，槽端頭結(jié)構(gòu)剛性較好，其變形主要是長期在高溫下工作引起的熱變形，內(nèi)部有較大的殘余熱應(yīng)力，校正比較困難。但電解槽槽端頭屬于剛性較大的大型鋼結(jié)構(gòu)件，使用機械校正和火焰矯產(chǎn)生會大大降低鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)的承載能力。經(jīng)過一段時間的摸索與總結(jié)，我們采用火焰校正和機械校正相結(jié)合的綜合校正法對槽端頭進行校正并且達到了預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：電解槽槽端頭;端頭校正;校正工藝改造

一、現(xiàn)狀

電解槽槽殼變形的主要變形部位是槽底鼓包、槽側(cè)板變形和槽端頭變形。在槽殼大修中，槽底鼓包和槽側(cè)板?？赏ㄟ^用千斤頂頂壓或抽條和機械校正的方法就能達到校正效果。而槽端頭由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，加強筋多，且與槽底板和槽側(cè)板相連接，如果用機械校正法進行校正，就必須將槽端頭與槽側(cè)板、槽底解體后才能進行機械校正，這樣，不僅對槽底板進行了破壞，校正后組焊很困難，大修效率極低。因此，在不解體的情況下進行槽端頭修復(fù)，大修難度很大。槽端頭大修成為槽殼大修中的最大難題。

二、項目具體實施過程

2.1槽端頭大修理新工藝

單純的火焰矯和機械校正不是槽端頭校正的最佳方法。我們采用火焰校正和機械校正相結(jié)合的綜合校正法對槽端頭進行校正使得槽端頭校正的效率和質(zhì)量大為提高。

2.2火焰校正槽端頭定性與定量分析

2.2.1確定加熱位置

根據(jù)結(jié)構(gòu)件變形大小判斷加熱位置。槽端頭變形大時，加熱點應(yīng)選擇離中性軸稍遠的地方，根據(jù)電解槽槽端頭鋼結(jié)構(gòu)的變形和截面形狀，選擇如圖2所示，A、B、C、D、E點為火焰校正加熱位置。

2.2.3加熱方式

結(jié)構(gòu)件剛性較大并且有較大的彎曲變形所以用三角形加熱，如圖1b所示為槽端頭加熱方式。

實踐證明，此形狀加熱區(qū)域比較理想。圍板和翼板采用三角形同時加熱，火焰校正褶皺現(xiàn)象消失，校正效果良好。

2.3.4應(yīng)力計算

用火焰校正法校正槽端頭時，隨著加熱區(qū)域增大，槽端頭產(chǎn)生的撓曲變形量增大。撓曲變形大小，與槽端頭中性層的偏心距（加熱中心到截面中性層距離）和假想外力P成正比，與結(jié)構(gòu)件的剛度成反比。

槽端頭受力簡圖如圖3所示：

根據(jù)公式：

截面彎矩：M=Pe=

截面壓應(yīng)力：σ=-=-計算中性層距離y及截面慣性矩I：

y=

≈0.223m

截面慣性矩I等于由5個小矩形截面組成的慣性矩之和。

I1≈2.4×10?mI2≈0.24×10?mI3 ≈2.8×10?m

I= I1+I2+I3

=5.44×10?m

截面壓應(yīng)力：

取 ?E=19.6×10Pa ????f=70mm

σ=-??≈-1.94×10Pa

2.3.5加熱溫度計算

T=-

低碳鋼的線膨脹系數(shù)：α=13×10/℃

T ≈760℃

考慮到計算誤差，電解槽槽端頭火焰校正加熱溫度應(yīng)在760℃

以上，才能達到校正效果。

2.4槽端頭機械輔助校正千斤頂噸位選擇

槽端頭變形截面的中性層位置及慣性矩在上面已經(jīng)算出。

Z1=0.223m，

Iy=5.44×10?m

分析槽端頭橫截面上的應(yīng)力：根據(jù)中心截面上的平衡條件求得截面的內(nèi)應(yīng)力為：

A ??=0.023m

N=P2 ?????My=（0.5+0.134）×P2= 0.634P2

在mn截面上軸向力N產(chǎn)生均布正應(yīng)力為：

σ′===43.5P2

與彎矩My對應(yīng)的正應(yīng)力按線性分布，并由公式=計算最大彎曲壓應(yīng)力為：

=-==-259.9P2

彎曲應(yīng)力與軸應(yīng)力疊加后，在截面的外側(cè)發(fā)生最大壓應(yīng)力：

?=σ′+=-216.4P2

當(dāng)火焰加熱溫度在600℃～650℃之間時，取T=630℃，火焰加熱所產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力為：

=-αET ?=-1.61×10?Pa

千斤頂對槽端頭施加的壓應(yīng)力等于760℃與630℃熱應(yīng)力之差：

-216.4P2=σ-=3.3×10?Pa

P2=152.5（噸）

考慮到槽端頭結(jié)構(gòu)，加熱溫度，取工況系數(shù)K=1.8

所需千斤頂額頂壓力為：1.8×P2=274.5（噸）

選擇標(biāo)準(zhǔn)千斤頂，壓力為：P= 300噸。

2.5槽端頭校正工藝

2.5.1 先將槽殼放置在自制的大修平臺上;

2.5.2將槽端頭翼板與槽側(cè)板翼板沿焊縫氣割解體，解體時割矩的風(fēng)線應(yīng)保持與工件垂直，不能因氣割不當(dāng)傷害本體;

2.5.3氣割槽端頭圍板接頭處加強板，并氣割槽端頭翼板接口焊縫;

2.5.4 在距離槽端頭內(nèi)壁板500mm處安裝槽端頭校正專用胎具;

2.5.5 根據(jù)槽端頭冷態(tài)變形測量數(shù)據(jù)，確定火焰校正位置。先從上層圍板和上層翼板開始按圖4b所示三角形方式加熱，當(dāng)加熱溫度達到600℃～650℃之間同時，利用校正胎具上的千斤頂施加外力，對槽端頭進行機械輔助校正。

三、成果實施效果

綜合校正解決了槽端頭難以校正的問題，節(jié)約了制作、更換新槽端頭費用（60450元/臺），節(jié)約鋼材5噸/臺，而用綜合校正法大修槽端頭修理費用僅為2200元/臺，大大降低了電解槽槽殼大修成本，同時，也減少了原材料浪費。