新型400kA铝电解槽槽壳焊接制作

刘 靖

（1.东北大学 机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110819；2.东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 110166）

槽壳是铝电解槽的重要组成部分，不仅作为结构件承载电解槽内衬的各种应力，而且对电解槽的通风散热起到关键性作用，是电解槽结构场、电热场和场设计的重要组成部分。而槽壳的结构形式也是随着不断革新，从直角摇篮架结构，发展到船型摇篮架结构，再到目前的新型一体化槽壳结构。

1 技术特点

此槽壳是东北大学设计研究院（有限公司）依托自有专利技术CN 201110177679.8《一种铝电解槽的槽壳装置》而研发的一种新型槽壳结构。在全寿命周期内，具有结构强度大、通风散热及局部保温好、易于实现“工厂制作，工地组装”建造模式、经济性好等诸多优点，可以作为国内0.80A/cm2以上高阳极电流密度电解工艺的重要载体。

2 质量要求

在槽壳制作中，总结了以往的经验，采用新工艺提高了焊接质量和效率。采用的新工艺有如下特点：摇篮架依托T型钢技术，保证腹板与翼缘板熔深，防止变形；长侧立板和端侧立板连接立缝采用单面焊双面成型技术；底板拼接和大面侧板焊接采用翻转胎具；端侧围板与围带之间组对采用预先开坡口和二次下料，保证尺寸公差[1]。

图1 新型槽壳示意图

（1）尺寸规格。槽壳整体外形长度18500±5mm，宽度4900±3mm，高度2412±3mm，总重约44.86吨。由槽底板（含底梁）、端部组件、大面组件以及支i座梁共6个部件组成，各部件基本连接形式均为焊接。槽壳的制作难点为尺寸偏差和焊接质量的控制，因此采取反变形和二次下料手段控制变形，通过减少手工焊提高焊接质量，最后由分部件矫正和整体矫正两个步骤控制偏差[2]。

（2）材料要求。焊接材料是根据所焊钢材的化学成分、机械性能、焊接接头的抗裂性能，耐蚀性能，焊后是否热处理、使用条件等综合因素考虑后选定的。钢材采用GB/T 700-2006《碳素结构钢》中规定的Q235B和GB/T 1591-2008《低合金高强度结构钢》中规定的Q345B钢材。

（3）制作流程。制作采用“工厂预制、工地组装”的建造模式和“机械化大流水”的进度安排，分部件预制，减小焊接难度，焊接细节控制精确；分专业班组制作，形成机械化流水，以缓解车间土建建设压力，便于与铝母线施工同步推进。

3 部件制作

（1）槽底板。槽底板由单层底板和若干T型底梁构成，考虑来料钢板尺寸和运输因素，采用四块钢板拼接，在拼接前对4块钢板进行校平，不平度≤0.8/1000mm，最终不得大于1mm。采用埋弧自动焊，底板下料的焊接收缩预留余量为1.5/1000。母材温度＜0℃时，焊缝两侧100mm范围内预热至20℃采用翻转夹板上完成预组装，对缝间隙≤2mm，点焊固定，焊缝处装反变形卡具。翻转夹板双面对接，带钝边V形焊缝/封底，坡口角60°，钝边6mm。

（2）端部组件。端部组件由端部立板、2层围板和围带组成。端部围带冷压胎具，端部筋板组装定位胎具。立板与各筋板采用双面角焊缝；围板与大面立板采用单面对接，J形坡口，坡口面角15°，钝边2mm，间隙2mm；围带与大面栏架：单面对接，V形坡口，坡口角60°，钝边4mm，间隙2mm。利用筋板组装定位胎具，定位出端部立板上的槽中心线，以中心线为基准，定位端部上、下围板、筋板的位置，按照各板的位置进行组装焊接。待自然冷却后拆除卡具。采用跳焊法，多名工人同时操作。焊接坡口在下料时用刨边机开制，下料长度预留焊接收缩量，按理论长度的1.5%，端部组件截面对角线长度差≤5mm。

（3）大面组件。大面由大面立板、摇篮侧梁（T形钢）组成。大面立板由2块定尺钢板拼接而成，拼接缝由CO2气体保护焊打底、封面，背面清根、封底，以槽中心线为基准，用数控等离子切割机向两侧划线定位开52个（26组）钢棒孔，并去焊渣、毛刺。采用跳焊方式，在大面组件焊接胎具上，将摇篮架侧梁双面焊接在大面立板上，采用带钝边V形焊缝/封底，坡口角60°，钝边6mm。

（4）非标胎具

表1 槽壳制作用基本非标胎具

4 整体组装

由于槽壳单重达40余吨，故采用流水大装作业，同时该工作还需与土建支墩、铝母线安装工作紧密交叉配合。

（1）组对。待电解槽基础绝缘板和槽底母线安装完成后，将槽底板（带底梁）吊至电解槽基础上，并对每根底梁进行划线找正，即与槽壳大面立板、小面立板相连接的位置，并通过吊线来确定其与槽中心线的相对位置关系。将两侧的大面立板分别点焊、就位到槽底板上，安装过程中需严格控制中心线和大面立板的垂直度，再将两端的小面立板分别吊装、找正、就位，并根据图纸开出与大面立板、小面围板的焊接坡口，找正完成后将各部件连接定位。

（2）变形修整及找正。焊接变形需通过火焰加热、千斤顶、大锤锤击的等多种方法结合进行，但锤击时必须用垫板，不得损伤槽板表面，焊缝处不得用锤击，防止击裂焊缝。火焰加热矫正温度为600℃～800℃。因槽壳构件尺寸较大，槽壳的找正应注重中心线和标高两处，在调整中心线和标高时要注意相连各部件变化。

5 总结

通过国内铝行业重点建设部项目的实际的运行和测量，新型400kA铝电解槽槽壳的焊接制作中通过采用了“工厂预制、工地组装”的建造模式和“机械化大流水”的进度安排，大幅度节约能源，提高生产效率，工期大大缩减。

电解槽槽壳技术将向着大幅提高槽壳结构的整体换热性能，回避传统槽壳设计缺陷的同时材料用量少、投资经济性好，以及适于新型建造模式的方向发展，新型400kA铝电解槽槽壳的焊接制作技术，在一定程度上将大大有利于我国的电解铝生产技术发展。