200KA电解槽槽端头校正工艺的改进及应用

张君

摘  要：电解槽槽端头大修理难度大，我们对槽端头结构进行分析研究，槽端头结构刚性较好，其变形主要是长期在高温下工作引起的热变形，内部有较大的残余热应力，校正比较困难。但电解槽槽端头属于刚性较大的大型钢结构件，使用机械校正和火焰矫产生会大大降低钢结构的力学性能和结构的承载能力。经过一段时间的摸索与总结，我们采用火焰校正和机械校正相结合的综合校正法对槽端头进行校正并且达到了预期目标。

关键词：电解槽槽端头;端头校正;校正工艺改造

一、现状

电解槽槽壳变形的主要变形部位是槽底鼓包、槽侧板变形和槽端头变形。在槽壳大修中，槽底鼓包和槽侧板校可通过用千斤顶顶压或抽条和机械校正的方法就能达到校正效果。而槽端头由于其结构设计复杂，加强筋多，且与槽底板和槽侧板相连接，如果用机械校正法进行校正，就必须将槽端头与槽侧板、槽底解体后才能进行机械校正，这样，不仅对槽底板进行了破坏，校正后组焊很困难，大修效率极低。因此，在不解体的情况下进行槽端头修复，大修难度很大。槽端头大修成为槽壳大修中的最大难题。

二、项目具体实施过程

2.1槽端头大修理新工艺

单纯的火焰矫和机械校正不是槽端头校正的最佳方法。我们采用火焰校正和机械校正相结合的综合校正法对槽端头进行校正使得槽端头校正的效率和质量大为提高。

2.2火焰校正槽端头定性与定量分析

2.2.1确定加热位置

根据结构件变形大小判断加热位置。槽端头变形大时，加热点应选择离中性轴稍远的地方，根据电解槽槽端头钢结构的变形和截面形状，选择如图2所示，A、B、C、D、E点为火焰校正加热位置。

2.2.3加热方式

结构件刚性较大并且有较大的弯曲变形所以用三角形加热，如图1b所示为槽端头加热方式。

实践证明，此形状加热区域比较理想。围板和翼板采用三角形同时加热，火焰校正褶皱现象消失，校正效果良好。

2.3.4应力计算

用火焰校正法校正槽端头时，随着加热区域增大，槽端头产生的挠曲变形量增大。挠曲变形大小，与槽端头中性层的偏心距（加热中心到截面中性层距离）和假想外力P成正比，与结构件的刚度成反比。

槽端头受力简图如图3所示：

根据公式：

截面弯矩：M=Pe=

截面压应力：σ=-=-计算中性层距离y及截面惯性矩I：

y=

≈0.223m

截面慣性矩I等于由5个小矩形截面组成的惯性矩之和。

I1≈2.4×10 mI2≈0.24×10 mI3 ≈2.8×10 m

I= I1+I2+I3

=5.44×10 m

截面压应力：

取  E=19.6×10Pa     f=70mm

σ=-  ≈-1.94×10Pa

2.3.5加热温度计算

T=-

低碳钢的线膨胀系数：α=13×10/℃

T ≈760℃

考虑到计算误差，电解槽槽端头火焰校正加热温度应在760℃

以上，才能达到校正效果。

2.4槽端头机械辅助校正千斤顶吨位选择

槽端头变形截面的中性层位置及惯性矩在上面已经算出。

Z1=0.223m，

Iy=5.44×10 m

分析槽端头横截面上的应力：根据中心截面上的平衡条件求得截面的内应力为：

A   =0.023m

N=P2      My=（0.5+0.134）×P2= 0.634P2

在mn截面上轴向力N产生均布正应力为：

σ′===43.5P2

与弯矩My对应的正应力按线性分布，并由公式=计算最大弯曲压应力为：

=-==-259.9P2

弯曲应力与轴应力叠加后，在截面的外侧发生最大压应力：

 =σ′+=-216.4P2

当火焰加热温度在600℃～650℃之间时，取T=630℃，火焰加热所产生的压缩应力为：

=-αET  =-1.61×10 Pa

千斤顶对槽端头施加的压应力等于760℃与630℃热应力之差：

-216.4P2=σ-=3.3×10 Pa

P2=152.5（吨）

考虑到槽端头结构，加热温度，取工况系数K=1.8

所需千斤顶额顶压力为：1.8×P2=274.5（吨）

选择标准千斤顶，压力为：P= 300吨。

2.5槽端头校正工艺

2.5.1 先将槽壳放置在自制的大修平台上;

2.5.2将槽端头翼板与槽侧板翼板沿焊缝气割解体，解体时割矩的风线应保持与工件垂直，不能因气割不当伤害本体;

2.5.3气割槽端头围板接头处加强板，并气割槽端头翼板接口焊缝;

2.5.4 在距离槽端头内壁板500mm处安装槽端头校正专用胎具;

2.5.5 根据槽端头冷态变形测量数据，确定火焰校正位置。先从上层围板和上层翼板开始按图4b所示三角形方式加热，当加热温度达到600℃～650℃之间同时，利用校正胎具上的千斤顶施加外力，对槽端头进行机械辅助校正。

三、成果实施效果

综合校正解决了槽端头难以校正的问题，节约了制作、更换新槽端头费用（60450元/台），节约鋼材5吨/台，而用综合校正法大修槽端头修理费用仅为2200元/台，大大降低了电解槽槽壳大修成本，同时，也减少了原材料浪费。