400KA铝电解槽不停电母线自蔓延焊接技术实践

400KA铝电解槽不停电母线自蔓延焊接技术实践

刘昌  ,袁艳强

陕西有色榆林新材料集团有限公司  陕西省榆林市   719000

摘要：为方便供电，现代大型预培阳极电解槽均采用串联供电形式，阴极母线结构采用大面6点进电的方式,进电侧有6根立柱母线,进电侧母线与出电侧母线采用多层母线对称配置,电解槽两端的槽侧母线采用阶梯式配置,阴极母线与阴极钢棒之间采用阴极钢棒压接器进行联接,若一台槽母线出现损坏，将造成系列电路断路，将发生不可预估的事故发生，因此，损坏母线修复是电解铝厂必须掌握的一项应急抢修技术。本项目研究的不停电母线修复技术，能够针对性解决类似问题。

关键字：电解铝；不停电；母线；修复

一.技术运用背景

2020年11月8日，国内某电解铝厂因自备电厂跳机，致使两个系列576台SY400电解槽突然停电停产。经多方努力抢修后，在系列电解槽连续断电6小时后，开始逐级恢复供送直流电，电解槽开始全面“二次启动”。升电流后期，2204#电解槽发生难灭效应，出铝口不断有铝液外涌，冲断槽周母线（冲断位置如图1所示），为保证系列供电安全，该厂选择赛尔开关不断电短路该槽。

图1

如图1所示，2204#电解槽短路停槽后，系列电流由其上游电解槽阴极母线经2204#槽周母线引向下游电解槽立柱母线。因2204#出铝端槽周母线冲断，其上游电解槽立柱1电流无法引向下游电解槽立柱２，该供电处原槽周母线的三维立体旋转磁场（漩涡磁场），其磁场强度与磁场旋转方向发生变化，导致其上下游相邻在生产电解槽均出现曲线波动较大，不能平稳运行现象。现场生产管理人员利用等距离测量叉在进行阳极电流分布测量时发现：上游电解槽（2205#）B1-B2阳极及下游电解槽（2203#）A3-A4阳极电流分布在1mV-4mV之间摆动，全槽电流分布紊乱，需尽快恢复母线供电能力，保证系列平稳生产。

二.具体维修方案

该厂制定了两种维修方案，一种是在系列不停电状态下进行自蔓延焊接维修；另外一种是对整个电解车间停电后进行氩弧焊或者气焊堆焊修复；因后者需要多次短时间或者单次长时间停电，会对系列电解槽平稳生产带来影响，因此优先选择带电进行自蔓延焊接方式，若带电自蔓延受强磁场影响较大不能成功时再采用备用方案。

(1)该厂设计的自蔓延焊接工艺是将专用的自蔓延焊剂装入特制的碳素坩埚内，在引燃剂的作用下，燃烧产出大量高温、熔融状态的铝液，铝液从坩埚底部预留孔流入待修复焊缝内进行焊缝的自适应补合作用，最终实现母线电流的导通。具体步骤如下：

(2)为便于自蔓延焊接模具的架设，该厂首先安排将冲断母线的上方地坪凿开，使冲断母线位置全部漏出，清理电解槽漏炉时流在母线上的电解质，并利用风镐将铝母线表面粘连的铝与电解质混合物进行清理。

(3)完成表面物质清理后，另需对至少90%的母线损坏部分表面进行切割、打磨至见金属光泽，露出原铝母线铝表面为准；

(4)按测量确定的修补母线尺寸利用带锯床进行母线下料；

(5)根据母线规格设计焊接模具底板和侧板；

(6)用绝缘吊带将下料母线放进模具内，调整好焊口缝隙，支好母线支架，安装焊接模具底模和侧板，用夹具将母线与侧板夹紧，周边缝隙使用石棉绳及黄泥封堵严实；（如图2所示）

图2

(7)做好安全防护措施后，通过大勺舀取少量铝液，倒入母线缝隙进行铝母线浇铸，观察铝

液凝固过程受磁场影响程度，决定方案的可靠性（因该事故槽停电后，系列电流流向是经该事故母线流通，在进行铝液浇筑过程中，铝液瞬间导电后，将会受到电流影响，导致铝液旋转翻滚形成漩涡，此时应特别注意安全，等待冷凝）；

(8)将事先准备好的带浇铸孔的坩埚进行气割预热，预热后，为坩埚底部铺设铝垫片用以封堵坩埚底部浇铸孔，然后在坩埚内加入一定量的热熔焊剂及引燃物（一般为火药），盖好坩埚盖；

(9)焊口预热后（预热要求温度达到400℃-500℃），将坩埚放置在焊口上方，点燃引燃物，待焊接浇铸成型后，脱模，清理打磨母线焊口；

(10)通过对修补母线及正常母线温度、压降数据对比发现，焊接位置压降为12.8mV比正常母线大0.3mV,温度与正常母线几乎接近，上下游电解槽均未出现波动，完成自蔓延焊接修复后，上、下游相邻电解槽曲线恢复正常，系列安全生产得以稳固。

(11)清理现场，总结经验；

三.经济分析

该方法的成功运用，避免了系列停电或者降负荷造成的产量降低、电解槽效应频发及电解槽热能损失对槽况的整体影响，同时也避免了焊接压降较高造成的黑电压损失。

＊按照停电1小时计算，287台400KA电解槽每小时产量=0.3355*400000*94%*287*10-6=36.2T

＊升电流时效应系数上升，平均按照效应系数上升0.4、效应电压30V、效应时间2分钟计算，共计效应用电量=400*(30-4)*2/60*0.4*287=39797.3度

＊总经济损失≈39797.3*0.2（元）+36.2*17000（元）≈623359.4元

四.结束语

综上所述母线带电自蔓延焊接法，能解决强磁场下带电焊接的难题，弥补了以前焊接必须停电作业的缺陷，同时直接降低了停电焊接带来的经济损失，为电解铝行业在生产运行中的节能减排、降低生产运行成本，将带来巨大的经济效益，同时对400KA电解事故检修的一大改革与创举，彻底解决了槽周联络母线损坏后不停电就无法连接修复而需带病运行的难题，可以说是给电解铝行业带来了安全、平稳生产的保证、支持。

参考文献

[1]康宁, 等编著. 电解铝生产 [M].冶金工业出版社,2015.

[2]刘业翔，等编著. 现代铝电解. 冶金工业出版社，2008.8.

[3]王捷. 电解铝生产工艺与设备 [M].冶金工业出版社,2006.

[4]邱竹贤,编著. 预焙槽炼铝 [M].第三版.北京；冶金工业出版社,2005.