鋁電解槽陰極母線修復(fù)技術(shù)探討與應(yīng)用

解宇斌，田建民，史 攀，郭志東，袁 飛，賈致維

（包頭鋁業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

1 陰極母線損毀情況

某400KA 電解槽穿槽母線被高溫鋁液沖毀受損，母線截面為長(zhǎng)方形，斷口長(zhǎng)為260mm，停槽大修進(jìn)行母線修復(fù)。

2 陰極母線修復(fù)技術(shù)

通過查閱資料發(fā)現(xiàn)陰極母線（包括陰極軟帶）修復(fù)時(shí)，根據(jù)母線破損部位和損毀程度選擇相應(yīng)的修復(fù)方式，一般有壓接式修復(fù)、停電焊接式修復(fù)、帶電磁屏蔽焊接式修復(fù)、高溫鋁液澆鑄熔接式修復(fù)等。

軟母線修復(fù)普遍采用壓接式修復(fù)，槽周母線修復(fù)若采用停電焊接式修復(fù)，使用氬弧焊接將10mm 厚的鋁板一塊疊一塊地把斷口焊接起來，以30 萬噸系列產(chǎn)能為例，系列停電6 小時(shí)造成損失約320 萬元，對(duì)電解生產(chǎn)影響巨大。經(jīng)咨詢武漢某大學(xué)焊接研究所母線焊接技術(shù)、貴陽某設(shè)計(jì)院的電解槽屏蔽短路裝置，均存在費(fèi)用高問題。

表1 幾種母線修復(fù)方法的比較[1]

通過分析各修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為電解槽槽周母線修復(fù)采用高溫鋁液澆鑄熔接技術(shù)簡(jiǎn)單快捷，費(fèi)用低廉，應(yīng)掌握該方法的工藝技術(shù)特點(diǎn)，滿足母線設(shè)計(jì)要求。

3 高溫鋁液澆鑄法介紹

資料表明：高溫鋁液澆鑄熔接修復(fù)方法是在陰極母線破損位置加裝模具，利用高溫鋁液熔融破損斷面、使破損母線重新融合[2]。修復(fù)過程中無需系列停電，無需銑削斷面，高溫鋁液澆鑄冷卻后脫模，實(shí)現(xiàn)了母線的修復(fù)，且該技術(shù)適合于斷口較大的陰極槽周母線和軟母線的修復(fù)。

4 開展的試驗(yàn)與結(jié)論

為了驗(yàn)證該技術(shù)實(shí)施可能性，掌握其中的工藝要求，在分廠的安排下開展了澆鑄工藝的相關(guān)試驗(yàn)、檢驗(yàn)、方案優(yōu)化的研究，試驗(yàn)情況如下：第1 次試驗(yàn)時(shí)未清理干凈斷面，澆鑄時(shí)母材未預(yù)熱、鋁液溫度未測(cè)量；第2 次試驗(yàn)時(shí)澆鑄時(shí)鋁液有間斷，被迫二次澆鑄；第3 次試驗(yàn)，在母材兩斷面刷低溫鋁焊粉；結(jié)果前三次試驗(yàn)結(jié)果是，鋁液與母材未熔合。第4 次試驗(yàn)時(shí)在母材兩斷面打自攻螺絲，使用噴燈預(yù)熱至380℃，鋁液溫度約740℃，鋁液邊倒邊放流，結(jié)果是與母材熔為一體。

將第4 次試驗(yàn)后的母線做切面探傷分析，基本無氣孔，熔接效果良好。經(jīng)過4 次澆鑄試驗(yàn)，掌握了高溫鋁液澆鑄工藝，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)主要有：斷口打磨、斷口兩端鋁母線上鉆孔呈蜂窩狀，以利于澆鑄鋁塊與母線咬合，用烤槍預(yù)熱到350℃～380℃，鋁液溫度約740℃，模具安裝溢流孔，鋁液邊倒邊放流，觀察溢出的鋁液顏色，鋁液由白變紅時(shí)，封堵溢流孔，灌滿整個(gè)腹腔，完成母線澆鑄。試驗(yàn)后進(jìn)行電阻測(cè)量，使用壓降測(cè)量?jī)x，測(cè)量電流200A，測(cè)量距離300mm，母材電阻約0.5μΩ，斷面處電阻為1.5μΩ，澆筑后母線電阻約為母材的3 倍，盡管電阻偏大，但在電解槽上澆鑄時(shí)可通過將斷面部位截面積增大的方法進(jìn)一步降低電阻，達(dá)到使用要求。

5 在線電解槽母線修復(fù)

實(shí)例1：在掌握前期修復(fù)工藝技術(shù)后，按照模型制作-斷面處理-母線預(yù)熱-澆鑄成型等工藝流程對(duì)500KA 系列某電解槽回路母線修復(fù)。

5.1 模型制作

根據(jù)上述試驗(yàn)效果，對(duì)某槽槽周母線實(shí)施澆鑄，先根據(jù)破損母線截面寬度、長(zhǎng)度確定模具鋼板尺寸。采用16mm 的鋼板和M16 螺桿，制作U 型模型，模型的下端留出∮40mm～50mm 的溢流孔。

5.2 斷面處理

用鋼刷打磨斷面無電解質(zhì)，再用煤油或丙酮刷洗斷面粉塵，最后用電鉆加工出不規(guī)則的孔洞，孔洞作用是在澆鑄鋁液時(shí)，高溫鋁液充滿孔洞，形成類似“錨釘”的固定腳，這些“錨釘”在澆鑄母線收縮過程中可以起到與原母材同步收縮的作用[3]。

5.3 模型安裝

為保證澆鑄質(zhì)量，安裝時(shí)模具底面應(yīng)比原母線低 10mm 左右，頂面應(yīng)比原母線高10mm 左右，目的是補(bǔ)償澆鑄鋁液冷卻后的體積收縮；模型與破損母線之間的空隙用石棉絨膩?zhàn)觾?nèi)外封堵；模型與其它母線間加裝絕緣材料。為克服操作空間狹小可制作蓄鋁槽，蓄鋁槽內(nèi)壁涂刷脫模劑，使用導(dǎo)流管道連接蓄鋁槽與導(dǎo)流槽。

圖1 澆鑄流程圖

5.4 澆鑄修復(fù)與效果檢查

依據(jù)上述方案對(duì)某槽損壞的母線實(shí)施澆鑄，鋁液進(jìn)入模型中然后沿著溢流孔流出，在封堵溢流孔開始澆鑄時(shí)，發(fā)現(xiàn)鋁液電磁力作用下在模型中旋轉(zhuǎn)打圈凝固慢，加入鋁盤條促使鋁液凝固，效果明顯，待母線自然冷卻后拆除模具，測(cè)量壓降。

檢驗(yàn)方法一 萬用表測(cè)量法。理論上講，陰極母線同一點(diǎn)的電位差是相同的，使用萬用表分別測(cè)量澆鑄母線兩端與完整母線的電壓差，如果母線澆鑄質(zhì)量好，兩次母線壓降讀數(shù)相同；如果澆鑄質(zhì)量差，兩次母線壓降讀數(shù)相差200mv ∽2000mv，經(jīng)多次驗(yàn)證，壓降讀數(shù)超100mv 需要重新澆鑄。

圖2 槽周母線修復(fù)檢測(cè)示意圖

檢驗(yàn)方法二壓降測(cè)量?jī)x測(cè)量法。使用該儀器在電流200A 的條件下選取母線長(zhǎng)度1.5m 冷態(tài)測(cè)量。數(shù)據(jù)如下。

表2 測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比

上表能夠看出：母材電阻2.47μΩ，澆鑄段電阻為2.03μΩ，澆鑄段母線電阻低于原母材電阻；在電解槽啟動(dòng)后熱態(tài)測(cè)量，母材壓降為11.7mv，澆鑄段壓降為12.8mv，修復(fù)效果良好，滿足設(shè)計(jì)要求。事實(shí)證明：使用高溫鋁液澆鑄修復(fù)母線方法是經(jīng)濟(jì)、可靠、安全的修復(fù)方法。

圖3 澆鑄脫模后的修復(fù)母線

實(shí)例2：某400KA 槽軟母線及槽周母線修復(fù)[4]，電解槽A10位置陰極軟母線及回路小母線被沖斷。在總結(jié)前期經(jīng)驗(yàn)后確定采用高溫鋁液澆鑄熔接法修復(fù)母線，設(shè)計(jì)思路如圖3，修復(fù)前需將軟母線與鋼棒頭澆鑄。

圖4 軟母線預(yù)澆鑄+高溫鋁液熔接示意圖

現(xiàn)場(chǎng)舀取高溫鋁液灌入預(yù)制的回路母線模型中，將預(yù)制的回路母線與原母材仍然采用實(shí)例1 的修復(fù)工藝，效果良好。

6 結(jié)語

本文通過對(duì)槽周母線損壞的修復(fù)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)電解槽大修及穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。修復(fù)過程中應(yīng)控制好幾個(gè)主要環(huán)節(jié)，斷面處理、斷面預(yù)熱、鋁液溫度、澆鑄速度。