浅谈镁电解槽的施工工艺

毛 兴， 郭晓燕

(青海盐湖工业股份有限公司， 青海 格尔木 816000)

随着科学技术的发展，轻质材料(如：铝、镁、钛)成为航空航天工业的优先选择，青海盐湖金属镁一体化项目10万t/a电解镁装置是我国第一套采用氯化氢干燥技术干燥氯化镁颗粒再进行电解生产的镁电解槽，建成后将成为世界上规模最大的金属镁厂，主要技术来自挪威海德鲁公司。项目位于青海省格尔木市察尔汗盐湖，属于国家发展改革委等六部委批准的柴达木循环经济试验区中的格尔木循环经济工业园的重点项目。

青海盐湖集团计划分期建成总产能40万t/a金属镁装置。本期工程中，镁电解槽施工工艺对其后续建设及其它类似工程建设有重要的指导和借鉴意义。电解槽安装及炉窑砌筑图纸由加拿大赫氏(HATCH)公司设计。电解槽三维立体图见图1。

图1 电解槽三维立体图

1 电解槽槽壳吊装

电解槽是电解车间尺寸最大的设备，槽壳整体到货，在安装前必须选好吊入车间的位置。结合现场实际情况，决定分两步吊装槽壳，第一步将槽壳吊运至车间4m平台，第二步将槽壳从4 m平台吊至基础就位。为了使电解槽能顺利就位，必须事先将车间桥式吊车(共6台，南、北跨各3台)安装好以便使用，经计算须采取双机抬吊，为避免建设单位因吊车到货不及时影响施工，可根据到货情况将吊车集中安装在一侧，以创造双机抬吊条件。

2 电解槽槽底、槽壁炉窑砌筑

电解槽槽底砌筑三层耐火砖，侧墙三层，纵墙五层。第一层砌筑时特别注意的是耐火砖与槽壳内壁之间应预留25 mm宽的排水沟以及电解槽四个角埋设导流不锈钢管，详见图2。

图2 排水沟示意图

25 mm宽的排水沟的主要作用是将电解槽烘炉时凝结在槽壳内壁上的冷凝水汇集，通过电解槽底边留设的4个导流孔排出。电解槽内衬砌筑按先砌筑一层底面，再砌一层侧墙、纵墙的交替方式进行，灰浆接缝厚度应1.5 mm，所有成排的砖块上以及不同砖层之间应尽可能有50%(最大粘结度)的灰浆重叠，陶瓷绝缘材料填充伸缩缝。砌筑的同时逐层对耐火材料进行检查，以便在出现错误时及时采取纠正措施。需要注意的是严禁在已砌筑完的砌体上敲打或砍砖，砌筑过程中如停歇，下次砌筑前需将已松动的砖拆除重新砌。电解槽底、槽壁的砌筑是炉窑砌筑的主要工作量，涉及的材料种类较多，在施工前对容易混淆的材料做清晰标识，对砌筑结构复杂、砖规格较多的部分，在地面上进行了模拟砌筑，模拟砌筑符合要求后再在槽内进行真正砌筑，保证一次砌筑成功。

3 交流电极、阴极板的安装

3.1 一般要求

交流加热电极共2个，安装与其同一侧的墙面砌筑同时进行，阴极板总共21块。阴极总体平面布置图及类型图见图3。

图3 阴极总体平面布置图及阴极类型图

阴极板安装与常见的铝电解槽完全不同，铝电解槽阴极板安装后，各阴极板之间填充炭块使其与砌筑部分形成一个整体，而镁电解槽各阴极板之间精度要求较高，因为在每两个阴极板之间的空间要安装阳极，并且阴极与阳极之间的距离必须保持在44.25±2 mm以内。

阴极板安装至少要在其下方的耐火砖和耐火材料铺设完一天(24 h)后进行，以避免阴极板对下方的耐火材料造成沉降。开始安装调整阴极板时，砌筑施工就无法进行了，而阴极板安装又是一个精细作业，从安装到调整需要2～3天，这就导致砌筑工人窝工。为了避免窝工，在作业面上必须部署3台以上的电解槽交替砌筑，形成流水作业，有效利用工序特点，降低施工成本。

3.2 阴极定位调整

阴极板的定位调整分为两部分，分别为阴极板标高的确定和阴极板的纵横向中心线(或相互间距离)调整。

3.2.1 标高确定

首先确定D型中心阴极在槽内的标高，中心阴极直接放在已砌筑的中心壁上。然后将水平仪放在中心阴极顶面的光滑平整构造面测量水平度，若槽内标高略高，则在槽壳外面的条钢上增加垫片，若槽内标高略低，则在中心阴极的前部底端增加垫片。B、C型末端阴极标高调整与中心阴极类似，不同的是末端阴极与电解槽侧壁贴在一起(即将阴极一侧砌筑在耐火材料中)。A型标准阴极底平面和砖砌支撑之间夹一层PVC塑料板，调整标高时如标高不满足要求，则在塑料板和阴极板之间放置薄钢板，薄钢板厚度可根据具体需要而定，长宽一般为660 mm×100 mm。

3.2.2 中心线调整

依据电解槽的横向、纵向中心线首先确定中心阴极位置(中心阴极的纵向中心与槽壳横向中心线重合，中心阴极的后部距电解槽槽壳纵向中心线1 950±2 mm；),中心阴极的重量和体积最大，几乎是其它阴极板的2倍。然后以中心阴极为基准再确定其余各阴极的安装位置。调整时，与中心阴极板距离偏近的不能满足设计要求的，采用内顶丝推开相互之间的距离，同时用事先做好的样件判断相互间距离。距离较远的，利用专门制作的调整工具拉近阴极间的距离，距离调整好后利用小连接件将中心阴极与第一块标准阴极板进行点焊以固定调整后的位置。以此类推以固定的阴极板为基准调整其余阴极板。小连接件在阴极周围的耐火材料砌筑完后再行拆除。调整阴极板相互之间距离时，选取4个进行测量，在距阴极板前部和后部各550 mm处，距阴极板上表面100 mm处选两个点，距阴极板前后部下表面250 mm处选两个点，调整后的阴极板间间距为217.5±0.5 mm。当所有阴极都安装和固定后，还要检查阴极相互之间的前部间隙和后部间隙，中心阴极与其相邻的标准阴极前部间隙为5 mm，后部间隙为5.5 mm。其它各阴极之间的前部间隙为3 mm，后部间隙为3.5 mm。间隙较小不能满足要求时，采用乙炔枪切割，以扩大间隙距离。间隙较大不能满足要求时，在阴极前部或后部间隙面处焊接薄钢板垫片，以缩小间隙距离。薄钢板垫片厚度可根据具体需要而定，长宽一般为830 mm×40 mm。用捣打料封闭阴极板与孔洞之间的全部间隙。图4为调整阴极板的示意图。

图4 阴极板的调整

4 石墨阳极安装

阳极由五部分组成：①五个炭块；②两个冷却夹套;③两个铜接触板；④浇筑耐火材料；⑤四个校平螺丝(四个角均有)，详见图5。

图5 阳极组成示意图

石墨阳极施工顺序为：石墨板浸泡→阳极组装→阳极浇筑→就位及找平找正。

4.1 石墨板浸泡

每台电解槽有20个阳极，分为2个中心阳极(图5中 b为中心阳极)和18个标准阳极，每个阳极由5组石墨炭块组成。为了提高石墨阳极的使用寿命，接触导电铜板的阳极上部区域需要浸泡(用50%的磷酸溶液)96 h，浸泡完放置21天阴干后，方可进行组装作业。注意阳极安装时务必严格按照施工进度要求及现场情况提前组织浸泡及阴干工作。

4.2 阳极组装及浇筑

首先制作阳极组装架，如图6所示，组装架两侧各设置一个气缸，在组装的时候依据气动原理调整桌面的角度，组装架制作时各个定位尺寸与装配后的阳极尺寸一致。组装架的桌面处于倾斜状态时，将冷却套板和接触板安装到桌子上的项目A上，并将5个阳极碳块置于桌面上，一个紧挨一个，定位准确后，利用气动装置将桌面拉平。为了绝缘及后续电解槽的密封，必须对阳极进行浇筑。阳极正常放置时，与铝母线相连部分朝上，然而浇筑时必须将其倒置，才能在模内灌入浇筑料,从图5中可以看出，支模后只能从下方灌入浇筑料。

图6 阳极组装架

为了进行正常浇筑，必须制作专门的浇筑模具。浇筑料入模后，为防止出现气孔，使用混凝土振捣器振捣，振捣时间不宜太长，因为长时间振捣会引起浇注料成分分离，降低浇筑质量。浇筑24 h后方可拆除模具，浇筑完毕后将阳极放在运输框内。运输框制作数量不宜太多能满足周转即可，因为可将大部分阳极暂时存放于已砌筑完的电解槽阳极安装位置处，既节省了制作运输框的时间又节约了成本。阳极炭块浇筑装置见图7。

图7 阳极炭块浇筑装置图

4.3 阳极安装定位及密封

阳极的前后左右均需定位。可按以下三步进行：(1)阳极吊入电解槽前，安装阳极两端的定位卡具，卡具固定在阴极板上，吊入时卡具限制阳极的前后位置。(2)用精度0.02 mm/m的钳工水平仪测量水平度时，可根据情况调整阳极每个角上的校平螺丝直至水平度满足要求。(3)用钢尺测量阳极与阴极之间的距离，保持在44.25±2 mm以内。

阳极安装后还需对冷却夹套进行水压试验，试验压力为0.6 MPa，保压1 h。试验完成后，用干燥空气将冷却器吹干，并将冷却器端口密封。为了封闭阳极之间的接缝以及中心阳极和氯气罩之间的缝隙，首先在缝隙间放一条直径25 mm的陶瓷绳轻压，然后在陶瓷绳上浇筑一层高铝砂浆，最后在高铝砂浆上方施工氧化镁捣打料，使其表面与阳极组件的耐火材料平齐。

5 槽盖及其它金属结构安装

在电解槽整体砌筑完成后安装槽盖，槽盖内部填充保温隔热的陶瓷纤维。槽盖安装时在槽盖与电解槽接缝处敷设玻璃绳，槽盖之间的接缝处敷设陶瓷纤维毯。

6 结束语

电解槽施工是一个很精细的工作，由于施工图纸是英文版的，因此在安装前必须准确翻译成中文。砌筑时必须保证砖与砖之间的灰浆厚度及饱满度，槽底和槽壁交替施工。密封时必须认真仔细，保证接缝严密可靠。在设备吊运过程中根据现场实际情况，创造双机抬吊的条件。砌筑施工过程中，采取至少3台电解槽交替施工，避免窝工。阴极安装、阳极组装过程中，在现场制作了组装、密封及调平的专用工具，提高了施工效率。阳极安装过程中，根据进度节点情况，提前浸泡，保证进度要求，同时利用已砌筑完的电解槽放置阳极，减少了运输框制作的数量，降低了施工成本。