铝用预备阳极电解槽摇篮架开裂原因分析与治理

2022-06-26肖述兵

世界有色金属 2022年4期

1 前言

1886年美国大学生霍尔(C.M.Hall)与法国大学生挨罗(C．L．T．Heroult)几乎同时在大洋彼岸独自发明铝的熔盐电解法，使铝的提取进入工业化生产阶段，铝的价格大幅度下跌，从此以后，铝的应用日益广泛，这种电解法被称为霍尔-埃罗法。至今，全世界每年生产的近8000万t原铝都是用该法提取的，不过生产技术与效益有了很大改进，工艺参数有了不少改变，例如电流强度已从1888年的1.8kA增大到2016年600KA，提高了近333倍，提取原铝的能耗即从那时40000kWh下降到12750kWh，即用当前最先进的SY600槽的电耗仅相当于那时的31.8%，电流效率从1888年的70%上到日前的93%。日前最先进与最大的铝电解槽是中国SY600型槽。它的长度28m，工作电流600kA，电压3.85V，电流效率93%，每台槽每天可生产4500kg原铝，电耗12.75kWh/kg铝。铝电解生产工艺是采用碳热还原法，工业规模上用于炼铝的直接还原法原理是AL

+3C=2AL+3CO。碳热炼铝法是用纯氧化铝或直接用含铝的矿石做原料，辅助氟化盐作为溶剂，将氧化铝的熔点降低到950度以下，固体氧化铝在溶液中变成离子状态，然后通以强大的直流电（系列电流350KA以上、系列电压1100V）将铝离子置换出来形成液体铝液沉积在电解槽阴极上。

某电解铝企业1339#槽于2018年12月5日点火焙烧，72小时后，焙烧温度达到745℃，1339#槽（电流350KA）B面出现17处、A面3处摇篮架撕裂，B1钢棒位置处槽壳撕裂，立即停止焙烧，并逐步降低温度，摇篮架撕裂状况如图1所示。

两年来，李莉一直很忙，却没有多大成就，工作稍微好点儿了而已，生活档次就是吃烤串掏腰包利索了点儿。存款嘛，四位数而已。至于许峰，一直在她的心尖荡漾。

2 结构简介

槽壳：内衬砌体外的钢壳，俗称槽壳，不仅是盛装内衬砌体的容器，而且还承担着克服内衬材料的高温下产生的热应力和化学应力，约束其内衬不发生较大变形和断裂。因此，槽壳在熔池部位的周边都具有较大的刚度和强度，如图2所示。

摇篮架：与小容量电解槽采用框架式槽壳不同，大容量电解槽采用刚性极大的摇篮式槽壳。所谓摇篮式结构，实质上是用24组“U”型的约束架，也就是俗称的摇篮支架，紧密地卡住钢板焊成的壳体。摇篮支架具有较大的刚度和强度，壳体起容器作用。摇篮支架小面最外侧的两组与壳体焊成一体，其余均为用螺栓连接的可拆卸的支架。

槽内衬：内衬砌体包括保温材料砌体和阴极炭块组，其结构和尺寸是根据生产工艺要求和现有材料的性能，通过热解析模拟计算确定的。

保温耐火砌体：它由各种耐火砖、保温砖砌筑而成。在槽壳中自下而上一般砌有2-3层石棉板，铺有一层70mm厚的氧化铝粉，再砌上2-3层硅藻土保温砖，2层粘土砖，捣固（热捣或冷轧）一层炭素糊，最后按错缝方式安放好阴极炭块组，炭块间的缝隙要用底糊捣固充实。槽壳与其上的窗口（阴极棒引出口）各处，均须用水玻璃。石棉灰调和料密封，以免在生产中炭块与空气接触而氧化。电解槽的四侧由外至里地砌有石棉板（或作为伸缩缝），耐火砖和侧部炭块。由槽壁内衬和槽底炭块围成的空间称为槽膛，其深一般为500mm～600mm。槽膛四周下部用碳糊捣固成斜坡，称为人工伸腿，以帮助铝液收缩于阳极投影区内，电解槽结构如图3所示

。

阴极炭块组：它包括阴极炭块组和钢棒。钢棒镶嵌在阴极碳块的燕尾槽内，也是用高磷生铁浇铸，是铁棒与炭块连接在一起。铝电解槽所用的阴极炭块性能见表1所示。

阴极钢棒与阴极炭块组合类型结构见图4。其中A和B比较，B较好，C型长炭块几乎贯穿全槽的宽度，这种炭块接逢数目最少，可使电解质和铝液渗出的可能性以及由于上抬和推积力所引起的机械破损可能性均可减至最少，发展趋势是通长炭块和通长阴极棒。

3 原因分析

（一）如果阴极膨胀系数为5＊10

，杨氏模量10Gpa，阴极温度500℃（炉膛745℃），相关计算如下：

6.摇篮架钢梁弯曲变形挠度

一个自由伸缩的物体，当温度变化时，其伸缩量大小可由下式计算

。

式中：L

——自由伸缩量，mm

α——-膨胀系数，1/℃

黑龙江省应当对贫困区域的资源和产业进行分析，结合林区、垦区、农区、矿区、油区等不同地域特征，培植特色优势产业项目，因地制宜分类推进扶贫开发工作。

L——-物体长度，mm

△t—-温度变化，℃

温升按500℃、长度4300mm计算，假设阴极两端无约束，一端的膨胀量为总膨胀量的一半，既：

2．阴极膨胀力计算

阴极变形量大于摇篮架变形量，受摇篮架的约束，阴极向外挤压侧板和摇篮架，侧板在阴极挤压力作用下，向外变形，变形量等于阴极最终膨胀量，也等于摇篮架立柱、钢梁弯曲变形量和钢梁拉伸延长量之和。膨胀力由下式计算，变形模型如图5所示：

式中：k——阴极弹性系数，N/m△L——伸长量，m

式中：E— —阴极弹性模量，Gpa，

民国时期，上到政府官员，下到黎民百姓，崇尚社会本位法律，厌恶个人本位法律，已经成为了一种社会趋势和人们内心的固有想法。大部分的学者认为，社会本位法律更具道德性和正当性，所以，应该抛弃个人本位法律，从信念和法理上，学者更愿意将社会本位作为中国现代法律体系的中心。正如胡汉民所言，民国的立法宗旨在于通过社会本位来影响中国法律思想的发展，甚至试图以此来改造整个社会。就此分析，中国法律之所以采用了社会本位，从逻辑推理上并未获得正当性证明，只是从人们的信念上获得一种支持和认同。不过，问题就来了，信念只是人民内心的一种选择和坚守而已，民国时期大部分的学者都愿意尊崇社会本位，抛弃个人本位，这又是为何呢？

L— —阴极长度，m

7.钢梁拉伸变形

3.槽壳受力分析

槽壳在不考虑自身受热膨胀力的情况下，侧板受到24组阴极膨胀力F、自身弹性反作用力q和摇篮架反弹力F1的作用，力学模型如图7所示，其关系式为：

侧板在阴极挤压力作用下，向外变形。侧板与端头焊接为一体，可视为两端固定的梁，其它力不予以考虑，力学模型如图8所示，已知侧板长度16100mm，钢板厚度16mm，高度1144mm，槽沿板宽度349mm，船型板高度500mm，共24组阴极和24组摇篮架，变形挠度如下

。

4.槽壳侧板挤压变形挠度

5.摇篮架立柱变形挠度

第五，撤销正税之外的1.2%“倾熔费”附加。海关征收正税之后，要将收上来的碎银融化而成官银，在此过程中会有损耗，因此在海关征收5%正税基础上，还要附加征收1.2%“倾熔费”，相当于“火耗”。中英《通商章程善后条约》第九款规定：“向例英商完纳税饷，每百两另交银壹两贰钱，作为倾熔之费，嗣后裁撤，英商毋庸另交倾熔银两。”即此前缴纳的“倾熔之费”被裁撤，进口商人只缴纳关税、船钞，若运往内地销售再缴纳2.5%的子口税即可免税在大陆销售。美、法、俄等国商人同样享此优待。

要坚持“法定职责必须为、法无授权不可为”，全面公开行政执法部门权责清单。凡无法律依据的，一律不得开展执法检查，严防执法扰企。切实防止一些部门在执法中对民营企业采取“一刀切”等简单粗暴做法，对民营企业经营中的一般违法行为，要以教育为主，不能一味处罚、一罚了事。

式中：q— —作用在侧板上的力，N

A— —阴极截面积，m

如图6所示

l— —侧板长度，m

E— —侧板弹性模量，Gpa，200

I——侧板惯性矩， m4 ，截面尺寸如图9所示。

适建区主要分布于荣成经济开发区、港西镇、成山镇、港湾街道、斥山街道、桃园街道、王连街道、东山街道、宁津街道。根据资源禀赋和区域特点，港西镇、成山镇和港湾、斥山、桃园、王连、东山、宁津有丰富的旅游资源，可优先发展旅游建设，尽量减少旅游设施对生态环境的影响和破坏，构筑水系和绿带等生态廊道，保障生态系统的完整性；荣成经济开发区，要发挥资源环境承载力较强的优势，在城市建设中起带动作用，促进战略性新兴产业、先进制造业、现代服务业以及高效生态农业的联动发展，建设现代产业集群，增强产业竞争力，完善人口集聚和产业发展的联动机制，提高城市的集聚和辐射能力，积极承接限制区的人口和产业转移。

在小学教学中应用信息化资源的根本目的是确保教学目标的顺利完成，而要想达到这个目的，就需要小学教师积极转变以往传统的教学理念，把信息化教学资源有效融入小学教学中，充分发挥出信息化教学资源在小学教学中的实际教育功能，在实际的小学课堂教学中发挥信息化教学资源的贯穿和引导作用，比如可以利用信息化教学资源给学生构建一个良好的学习环境，发挥环境育人的作用，学习环境好了，学生的学习压力自然就会减轻，在课堂上表现得也会更为活泼，在无形中就拉近了彼此之间的距离。

立柱受阴极的挤压力作用绕根部向外发生弯曲，其它力不予以考虑，该受力结构可视为悬臂梁，其受力变形如图10所示。

式中：ΔL

——立柱变形挠度，mm

——受力，N

L——立柱受力点悬臂长度，m 0.63

E——立柱弹性模量，Gpa 200

I——惯性矩，m4，截面尺寸如图11所示。

1.阴极热变形量计算

钢梁在阴极挤压力作用下，受扭矩力作用翻转弯曲变形，其它力不予以考虑，该受力结构可视为悬臂梁，其受力变形如图12所示。

积极向上的大学校园文化作为一种环境教育力量，是大学生精神食粮获取的重要渠道。通过和谐丰富的校园文化活动，吸引年轻有激情的大学生的注意力，充实他们的大学生活，提高生活学习质量，引导他们树立健康的人生观、价值观和爱情观。因此高校应立足办学特点和校风校训，以高尚的健康的校园文化理念来引领校园文化建设，打造具有本校特色和时代特征的人文环境氛围，让积极向上的校风学风渗透到学生内心，外化于学生行为，从而推进大学生精神文化建设，营造健康丰富的内心世界。

式中：ΔL

------钢梁变形挠度mm

排除标准：(1)恶性肿瘤；(2)严重的肝肾功能异常；(3)严重的甲状腺功能异常；(4)严重的血液疾病；(5)感染性疾病；(6)系统性炎症疾病；(7)既往经冠状动脉造影诊断为冠心病。

M---------转动力矩，N.m

L----------钢梁悬臂长度，m

E---------钢梁弹性模量，Gpa 200Gpa

I---------惯性矩，m

辅导班是另一种学习方法，它是在学习书本知识之后进行的课后辅导，一般通过老师的讲解，自己的多次练习去学习，对掌握的知识进行再次巩固。这种现象也最常见在我们的学生当中，学生们从刚开始上学就开始被安排上各种辅导班，有学舞蹈，有学画画，到了大学毕业后，通过各种专业的考研辅导、国家公务员考试等辅导班，来强化各种能力。尤其在现在的社会中竞争激烈，辅导班的学习也逐渐成为潮流。

钢梁在阴极挤压力作用下，受拉伸力延长变形，其它力不予以，变形量ΔL

，已知钢梁长度4800mm，截面积121.121cm

。