鋁電解槽穿槽母線修復(fù)

郭軍平，潘 杰

（陜西有色榆林新材料集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西榆林 719000）

0 引言

某鋁廠400 kA 電解槽，進(jìn)電端設(shè)計(jì)有6 根立柱母線與電解槽水平母線連接進(jìn)行導(dǎo)電。電解槽設(shè)計(jì)為24 組陽極，進(jìn)電端12 組，A1—A12，出電端12 組，B1—B12。同樣，陰極炭塊數(shù)與陽極對應(yīng)。某車間26#電解槽因A7 處第13 組鋼棒漏爐導(dǎo)致其正下方穿槽母線沖斷約1 m，尺寸為（120×350×1000）mm，且立柱4 右側(cè)短路塊下方短路母線損壞約2/3 面積，但未斷裂。A 面第11 組鋼棒所連母線完全斷開（A 面代表進(jìn)電端），現(xiàn)需對以上損壞點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，電解槽母線連接如圖1 所示。

圖1 電解槽母線連接

1 準(zhǔn)備工作

（1）清理母線所粘連電解質(zhì)。電解槽在漏爐時(shí)，所漏液體有電解質(zhì)和鋁液組成，因此在所沖壞母線表面粘有鋁渣和電解質(zhì)，使用風(fēng)鎬將損壞母線處所粘連的電解質(zhì)清理干凈后，將電解槽槽殼利用陰極轉(zhuǎn)運(yùn)車吊離車間，給維修工作提供足夠的作業(yè)空間。

（2）清理母線損壞表面。損壞母線表面經(jīng)鋁液沖刷后粘有鋁渣，且形成較厚的氧化鋁膜，采用風(fēng)鎬逐步將鋁渣清理干凈，露出原母線鋁表面為準(zhǔn)，清理過程中盡量保證原母線不受傷害，表面要求盡量平整。

2 具體方案實(shí)施

400 kA 鋁電解槽采用單系列串聯(lián)方式連接在一個(gè)母線回路中，因此，單臺電解槽停槽后其所在母線回路仍然帶電，這就給母線焊接帶來很大的困難，因?yàn)殇X母線采用氬弧焊焊接，受到電流及磁場的影響較大。考慮到現(xiàn)場施工環(huán)境、維修成本及系列停電的影響，制定以下維修方案：

（1）如圖1 中A 點(diǎn)所示，此處為第11 組鋼棒所連接母線，在電解槽停槽狀況下，沒有電流流過，因此，直接采用氬弧焊焊接鋁板方式將斷點(diǎn)連接，且在焊接時(shí)必須采用磁場屏蔽框?qū)⒑更c(diǎn)處磁場屏蔽后，用5 mm 厚鋁板焊接起來，將母線連接。

（2）圖1 中C 點(diǎn)處母線未徹底斷開，其本身是有電流流過，損壞部分約為本身面積的2/3，形成一個(gè)半球面。通過風(fēng)鎬將其損壞面剔出為近似拱形形狀，然后用鋁板填充后采用氬弧焊焊接，鋁板用剪板機(jī)剪出與母線損壞處近似的形狀，以便保證焊接質(zhì)量。同樣在焊點(diǎn)處需采用磁場屏蔽方式，否則難以焊接。

（3）圖1 中B 點(diǎn)位穿槽母線，斷裂缺失部分尺寸約為（120×350×1000）mm，因此要在此處增加1 m 長的母線，因?yàn)樘幵谕２蹱顩r下需要過立柱4 的短路電流約為33.3 kA，所以在斷點(diǎn)接通的一瞬間電流較大，可以將焊接鋁板融化，且導(dǎo)致焊點(diǎn)無法焊接，而且有安全風(fēng)險(xiǎn)?？紤]到此種情況，重新制作出一條分流鋁軟帶，盡量面積要大，將立柱4 短路塊與斷裂穿槽母線短接，以此降低焊接時(shí)焊點(diǎn)處通過的電流。因?yàn)橐诖┎勰妇€斷裂處中間加一段母線，故先將增加母線的一端與斷裂處一端用氬弧焊焊接鋁板將其連接，此時(shí)，母線仍處于斷路狀態(tài)，因此，在磁場屏蔽的情況下可以焊接。另一端斷點(diǎn)，在搭接的瞬間就會有電流流過，雖然通過分流裝置降低了斷點(diǎn)連接處的電流，但是只要有電流流過，就會形成環(huán)形磁場，導(dǎo)致氬弧焊無法焊接。經(jīng)過不斷的試驗(yàn)，決定先采用壓接的方式將斷點(diǎn)接通，再用高溫鋁液灌入將其融合，待電解槽啟動后，電流降到最低，再在鋁液接通凝固的地方加焊鋁板，增大導(dǎo)電面積，增加強(qiáng)度，從而達(dá)到母線修復(fù)目的。具體步驟如下：

（1）根據(jù)電解槽母線設(shè)計(jì)，斷點(diǎn)連接處需用20 片5 mm 厚鋁板焊接連接起來，以保證整臺電解槽的電流及磁場平衡。測量斷點(diǎn)處的作業(yè)空間及尺寸，加工20 片焊接用鋁板。

（2）采用氬弧焊將20 片鋁板各10 片焊接在斷點(diǎn)兩側(cè)，且不連接，并交叉，使得鋁板在相對側(cè)有2～4 cm 的距離。

（3）制作壓接卡具，將2 組鋁板壓接在一起，并確保壓接緊固，使兩側(cè)鋁板接通，確保導(dǎo)電良好，壓接面壓降低于10 mV。這樣就將斷裂母線連接，使得電流順利通過，且不會融化鋁板。

（4）制作模具，將鋁板抱在模具中間，并用防滲料做好密封，防止鋁液流出。

（5）取好高溫鋁液放入容器中，并在模具中加入鋁焊縫，以便在鋁液熔接時(shí)去除雜質(zhì)及氧化鋁膜，使得鋁液與原鋁母線和鋁板充分熔接。

（6）做好安全措施后，將高溫鋁液導(dǎo)入模具中，因鋁液在接通電流的時(shí)候會受到磁場的影響，導(dǎo)致鋁液旋轉(zhuǎn)翻滾，此時(shí)應(yīng)特別注意安全，待其靜置。

（7）待鋁液凝固冷卻后，測量連接處壓降，并拆除模具。

3 修復(fù)收尾工作

對焊接部位表面用角磨機(jī)進(jìn)行打磨至其表面光滑，斷點(diǎn)連接處測量電壓降全部小于1 mV，達(dá)到修復(fù)目的，且上、下游電解槽運(yùn)行曲線均未受到影響。測量修復(fù)母線溫度均達(dá)到正常運(yùn)行槽水平。整理全部工器具并清理現(xiàn)場，撤離人員，修復(fù)工作完成。

4 結(jié)束語

此次鋁電解槽槽下穿槽母線修復(fù)的研究，充分摸索出母線帶電情況下的焊接及融合技術(shù)，對斷裂母線的帶電連接方式提供一種修復(fù)思路，因母線帶電修復(fù)環(huán)境復(fù)雜且對人身有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，關(guān)系系列安全和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，因此，好的修復(fù)方式和高的修復(fù)效益是共同的追求。