電解鋁工藝鋁母線制作安裝方法之研究

喻必勇

（焦作萬方鋁業(yè)股份有限公司，河南 焦作 454100）

電解鋁工藝是一種將氧化鋁當(dāng)成溶質(zhì)的工藝類型，在電解槽內(nèi)提供力度較強(qiáng)的電流，進(jìn)而促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)的形成。目前經(jīng)常使用的電解鋁工藝方法為冰晶石——氧化鋁熔鹽電解法，對(duì)通電結(jié)構(gòu)陽極碳素體以及陰極鋁液提供強(qiáng)大電流，在特定溫度條件下完成電解過程。電解鋁生產(chǎn)工藝在進(jìn)行的過程中需要資金支持和設(shè)備支持，成本投入較大，包括原材料成本、能源、人力資源以及其他成本。隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷提升，電解鋁工作的流程也有了一定的進(jìn)步，推動(dòng)了鋁工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步。鋁母線在電解鋁工藝中占有重要的地位，鋁母線的制作質(zhì)量會(huì)影響到工藝成本投入和工藝實(shí)施質(zhì)量，因此必須要采取合適的方法制作鋁母線、安裝鋁母線。

1 鋁母線制作安裝技術(shù)

1.1 鋁母線的制作

鋁母線是指將電流匯集起來進(jìn)行二次分配或者短距離輸送電流的電體。硬母線和軟母線是較常見的兩種鋁母線，硬母線材料一般是鋁銅混合，形狀多樣;軟母線材料-般則是銅鋁，純鋁或者純銅。銅電阻率較低，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，然而成本較高，多數(shù)用在含有腐蝕性氣體的地區(qū)。鋁母線電阻率和銅母線相比較高，但是重量輕，價(jià)格較為低廉。鋼母線同時(shí)兼具價(jià)格低和機(jī)械強(qiáng)度高的優(yōu)勢，但電阻率是銅母線的6倍之高，容易出現(xiàn)集膚效應(yīng)。鋁母線之間的連接方式以焊接和螺栓連接為主[1]。鋁母線的制作工藝涉及較多的不同系統(tǒng)，包括鑄造、拉錠、循環(huán)水、電氣控制等多個(gè)系統(tǒng)，在進(jìn)行制作的過程中需要對(duì)溫度條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，如果控制效果較差很有可能會(huì)影響到鋁母線制作質(zhì)量。一般情況下，溫度需要保證在680攝氏度到720攝氏度之間。對(duì)鋁母線進(jìn)行科學(xué)制作和安裝可以提升電解鋁工藝水平，并且在制作鋁母線時(shí)需要投入較多的資金，因此如果鋁母線的制作流程不合理會(huì)直接影響到電解鋁工藝的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)指標(biāo)，提高工藝的成本 投入。

1.2 鋁母線制作流程

鋁母線的制作流程需要從電解原鋁環(huán)節(jié)開始，主要包括灌爐環(huán)節(jié)、扒渣環(huán)節(jié)、配料環(huán)節(jié)、精煉環(huán)節(jié)、降溫環(huán)節(jié)、開眼鑄造環(huán)節(jié)、鋸切環(huán)節(jié)、成品檢驗(yàn)環(huán)節(jié)、入庫環(huán)節(jié)等，具體主要制作流程如下：

1）鋁母線制作成分配比。在母線制作之前確定母線成分，嚴(yán)格按照篩選原則和標(biāo)準(zhǔn)，最好使用99.70或者99.60以上的原鋁。原鋁中的硅元素也要有所控制，其含量應(yīng)當(dāng)控制在0.10之下[2]?；旌先芙夂笕舆M(jìn)行有效預(yù)分析。成分穩(wěn)定后進(jìn)入下一道工序。

2）鋁母線開眼鑄造：混合爐爐眼流出來的鋁液經(jīng)過固定槽后，將結(jié)晶器和引錠頭的空間注滿,結(jié)晶器里面的循環(huán)水從外圍流通冷卻，使引錠頭處的鋁液發(fā)生振固以及外殼凝結(jié)，循環(huán)水進(jìn)行第二次冷卻，引錠架壓軸作用，母線便成型。

3）對(duì)鋁母線進(jìn)行校直。校直時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇合適的設(shè)備，應(yīng)選擇500T電動(dòng)液壓千斤頂，調(diào)整好設(shè)備的相應(yīng)參數(shù)。

4）對(duì)鋁母線實(shí)施鋸切處理。相關(guān)人員可以選擇圓盤鋸鋁切對(duì)其實(shí)施切割，這一工具專門負(fù)責(zé)鋁母線切割，操作較為簡單。

5）制作具體鋁母線：鋁母線的類型不同制作的方式也會(huì)存在差異，主要包括立柱母線、陽極母線等，需要相關(guān)人員可以結(jié)合具體的母線類型選擇相應(yīng)的制作方式。以立柱母線為例，該類型的母線是由兩個(gè)母線所共同組成的，第一種為T型母線和S型母線，第二種是立柱母線和短路塊母線。利用壓接面將母線進(jìn)行有效連接，需要注意壓接面的精度，需要按照?qǐng)D紙進(jìn)行精確加工，利用專用平臺(tái)涂抹一定量的紅丹粉，使用手工的方式進(jìn)行刮研，確保壓接面能夠達(dá)到要求的接觸面積。

6）對(duì)母線進(jìn)行加工：利用電解鋁鋁板將母線進(jìn)行聯(lián)系，利用軟母線將運(yùn)動(dòng)部分和拆卸部分進(jìn)行連接[3]。

在制作鋁母線的過程中會(huì)出現(xiàn)廢棄的材料，為了避免給周圍環(huán)造成影響需要對(duì)其進(jìn)行恰當(dāng)?shù)?處理，一般來講會(huì)選擇兩種方式進(jìn)行 處理：

1）將所有的廢棄材料進(jìn)行鋸切，鋸切厚度控制在10cm，以小塊的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，在之后的工作中將其當(dāng)做流槽內(nèi)部的降溫冷料，達(dá)到材料循環(huán)使用的效果，可以提升鋁母線制作工藝的環(huán)保性和經(jīng) 濟(jì)性。

2）在廢棄的渣料之中挑選鋁片，將鋁片及時(shí)進(jìn)行回收，放置在爐里進(jìn)行回爐。

2 鋁母線安裝技術(shù)

2.1 鋁母線安裝流程

鋁母線安裝流程主要包括六個(gè)環(huán)節(jié)：基礎(chǔ)驗(yàn)收環(huán)節(jié)、安裝電解槽底部母線環(huán)節(jié)、安裝立柱母線環(huán)節(jié)、安裝陽極母線環(huán)節(jié)、軟母線安裝環(huán)節(jié)、絕緣板安裝環(huán)節(jié)。

2.2 鋁母線安裝方法

第一步，先進(jìn)行基礎(chǔ)驗(yàn)收環(huán)節(jié)。需要對(duì)鋁母線交接時(shí)混凝土的厚度進(jìn)行觀察，應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體情況對(duì)其厚度實(shí)施調(diào)整，調(diào)整完畢后尋找平層。在安裝鋁母線時(shí)需要選擇丈量尺這一工具進(jìn)行丈量，在丈量過程中應(yīng)當(dāng)將電解槽內(nèi)部的中心線作為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，將安裝中心線標(biāo)注在支墩的上方，對(duì)支墩上方的雜物進(jìn)行清理，放置絕緣材料[4]。第二步，進(jìn)入到安裝電解槽底部母線環(huán)節(jié)，將底部位置的進(jìn)出電區(qū)域側(cè)母線進(jìn)行合理安裝。電解槽底部的母線在通常情況下只有一根，屬于單根鋁母線，將鋁母線直接放置在底部位置的兩個(gè)梁上方即可。在對(duì)進(jìn)出電側(cè)母線進(jìn)行安裝時(shí)需要進(jìn)行恰當(dāng)?shù)牟僮?，也可以如同第一步將中心線作為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行調(diào)整，可以將其控制在中心線的幾厘米之內(nèi)，根據(jù)施工范圍將其調(diào)整到合格標(biāo)準(zhǔn)。第三步，進(jìn)入到安裝立柱母線環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中需要使用到固定鋼帶，通過固定鋼帶可以將鋁母線和電解槽進(jìn)行有效連接，保證鋁母線的固定性。固定鋼帶需要準(zhǔn)備兩個(gè)，固定時(shí)可以從傾斜的角度入手進(jìn)行選擇，傾斜角度需要控制在45度，否則會(huì)影響到固定的效果以及后期鋁母線的使用效果。另一側(cè)安裝時(shí)也需要采取適當(dāng)?shù)墓潭ù胧?，但是固定材料可以不選擇鋼帶，使用木頭即可完成固定，為了保證固定的有效性需要保證木頭的質(zhì)量較好。第四步，進(jìn)入到安裝陽極鋁母線環(huán)節(jié)[5]。陽極母線安裝環(huán)節(jié)是在陽極提升機(jī)之后，在這一環(huán)節(jié)同樣需要重視調(diào)整鋁母線的位置以及具體尺寸，將電解槽中心線作為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，保證在調(diào)整鋁母線之后其和電解槽之間的距離在數(shù)厘米之內(nèi)，這樣才能夠保證安裝合格。具體的距離范圍需要按照電解槽施工要求和施工參考書進(jìn)行分析。第五步，進(jìn)入到軟母線安裝環(huán)節(jié)。軟母線的類型也較多，常見的包括陽極母線和陰極母線，這兩種鋁母線的安裝工藝也較為簡單，操作方便，結(jié)合電解情況進(jìn)行焊接安裝即可。第六步，進(jìn)入到絕緣板安裝環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)屬于鋁母線安裝的最后一個(gè)流程，并不復(fù)雜，安裝難度較低，只需要將鋁母線安裝完畢后，將絕緣板放置在相應(yīng)位置即可。

3 鋁母線的焊接工藝研究

在鋁母線的焊接過程中也有著較多的要點(diǎn)，如果焊接工藝落實(shí)不到位也會(huì)影響到電路的運(yùn)行，不利于電解鋁工藝安全性和質(zhì)量的雙向提升[6]。如果在進(jìn)行接頭焊接過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題會(huì)使得導(dǎo)電率受到影響，使得鋁母線內(nèi)部的電阻因此增加，在內(nèi)阻方面消耗的電能有所增加，產(chǎn)生熱消化。如果質(zhì)量問題嚴(yán)重會(huì)因?yàn)閼?yīng)力的原因出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，進(jìn)而使得電解槽難以正常有序運(yùn)行。在焊接工藝實(shí)施過程中會(huì)出現(xiàn)多種問題，例如鋁在液體狀態(tài)和固體狀態(tài)下都容易出現(xiàn)氧化的現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生三氧化二鋁薄膜，會(huì)在電弧以及工件之間形成絕緣層，影響電弧燃燒的穩(wěn)定性。鋁在狀態(tài)轉(zhuǎn)化過程中不會(huì)出現(xiàn)顏色變化的現(xiàn)象，在焊接時(shí)容易導(dǎo)致金屬出現(xiàn)塌陷或者燒穿的問題。

在對(duì)鋁母線進(jìn)行焊接時(shí)主要按照以下方法進(jìn)行：在進(jìn)行爆炸焊接之間可以在合適的位置放置不銹鋼屏蔽環(huán)，之后利用鏈接鋼板實(shí)施焊接，焊接時(shí)如果陰極軟母線或者陽極軟母線出現(xiàn)了爆炸的問題，可以將其進(jìn)行切除，有其他爆炸部分也可以選擇割除的方式進(jìn)行處理[7]。最后利用帶電的鋁母線以及焊接工具將割除的部分進(jìn)行有效焊接。放置不銹鋼屏蔽環(huán)可以有效屏蔽產(chǎn)生的磁場，如果其中一個(gè)電解槽發(fā)生故障后，在維修時(shí)并不需要對(duì)其進(jìn)行完全停電，可讓電流回路繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)影響到電解槽的整體工作。除此之外，這一種方法還可以提高電解槽運(yùn)行的平穩(wěn)性以及工作效率，節(jié)約工作時(shí)間，是在焊接鋁母線時(shí)可以進(jìn)行推廣應(yīng)用的方法[8]。

4 結(jié)論

綜上，在電解鋁工藝中鋁母線屬于較為突出的代表，由此可見必須要加強(qiáng)鋁母線制作工藝和鋁母線安裝工藝的質(zhì)量才能夠保證電解鋁工藝的有效實(shí)施。如果鋁母線沒有進(jìn)行合理的制作和安裝，會(huì)使得電解槽的正常工作受到影響，可以將其作為帶動(dòng)電解槽工作的重要基礎(chǔ)部分。當(dāng)前在鋁母線的鑄造過程中仍然存在較多的問題，例如當(dāng)電解槽的底部位置被熔穿之后會(huì)導(dǎo)致有鋁液卸扣，進(jìn)而使得平衡槽底部的鋁母線也隨之被沖斷，這就會(huì)影響到產(chǎn)鋁工作的進(jìn)行，進(jìn)而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失的出現(xiàn)。在這種情況下技術(shù)人員需要加強(qiáng)準(zhǔn)備工作的有效性，提升修復(fù)工藝的水平，并且也對(duì)鋁母線制作工藝和鋁母線安裝工藝進(jìn)行調(diào)整，以此來減少鋁母線出現(xiàn)問題的概率，提高能源生產(chǎn)產(chǎn)量，滿足當(dāng)前對(duì)于鋁資源的需求。