电解槽短路口和端头地沟母线保护措施的建议.doc

电解槽短路口和端头汇流母线保护措施的建议一、建议提出的背景1 高温熔体剧烈喷溅导致停槽电解一作业区目前共有 336 台电解槽，2015 年 1 月份以来共计停槽 35 台次，多数原因为电解槽效应时电压剧烈波动、铝液飞溅等严重异常槽况无法处理而被迫停槽2 高温熔体烧毁槽周设施情况多有发生在非漏槽停槽电解槽中，多表现为效应后电压急剧波动，电解质和铝液搅动剧烈，并伴有铝液从电解槽剧烈喷出的现象据现场了解，铝液喷溅高度可达 1.5m 以上，水平距离可达 3m 以上，严重时会从电解槽四周同时喷出，彻底烧毁电解槽铝盖板，致使人员难以靠近，效应难以熄回，局面难以控制个别槽甚至出现铝液将操控机和气控柜及百叶窗和百叶窗下的光导纤维彻底烧毁的严重情况3 电解槽端头汇流母线存在被高温熔体损毁风险铝电解槽端部汇流母线是铝电解系列电流通过的有效路径当电解槽中高温电解质和铝液从电解槽端头喷出时存在冲断槽周母线的风险日常生产期间电解质块、炭渣等重物或异物会掉落并覆盖到槽周母线表面4 短路口存在安全隐患随着铝电解槽向着紧凑型的方向发展，短路软母线和立柱母线之间最小距离仅有 2—4cm，由于磁场的作用，带磁性的导体很容易被吸附到间隙位置造成局部短路。

同时，当电解槽高温熔体剧烈喷溅时，铝液会附着到短路口，极易烧损短路口和绝缘插板并造成短路口短路 二、不良后果1 造成短路口短路铝液作为高温熔体和良导体，飞溅并附着到短路口时，一方面会将立柱母线烧毁，另一方面会烧毁绝缘插板，从而导致短路口短路，严重威胁整个系列安全当导电物体吸附到立柱母线与短路母线之间时，这不但造成电流的额外损耗，严重时将导致短路口绝缘插板被击穿，短路口爆炸，威胁整个系列安全2 损毁电解槽端头汇流母线电解质块等重物和异物掉落并覆盖到端头汇流母线上时，会影响汇流母线散热，从而降低其电导率，增大电耗高温电解质和铝水喷溅到电解槽两端头汇流母线上时，极有可能烧毁和冲断汇流母线，造成系列停产，严重威胁系列安全生产三、原因分析1 炉底结壳严重1.1 在效应时电解质和铝液剧烈搅动，将炉底沉淀大量裹入电解质中，导致电解质中杂质含量骤增，最终形成难熄灭效应1.2 沉淀过多导致炉底不平，铝液在流动时会因为不平的炉底而搅动更加剧烈，引起电解槽电压大幅摆动，甚至导致短时间的阳极局部断路、短路1.3 沉淀导致阳极偏流严重，磁场和电流分布不均，加剧铝液和电解质搅动1.4 在 500kA 电解槽中，电流大、磁场强是其主要特点，沉淀导致水平电流增大，从而对铝液产生更大的竖直向上的洛伦兹力分量，这是导致铝液喷溅出槽外的主要原因。

这也说明水平电流主要产生于铝液层，磁场力主要作用对象为铝液2 炉膛不规整炉膛不规整导致水平电流增大，尤其是在炉底阳极正投影以外电解槽侧部炉帮被涮空处会形成很大的水平电流，导致作用于铝液的竖直向上的洛伦兹力（电磁力）分量增大另一方面，炉膛的不规整使槽膛内高温熔体的流动紊乱，加剧电压波动四、建议措施1 在每一个短路口加装新型短路口保护套保护套的材质必须绝缘、不可燃、耐高温，能够很好的保护短路母线和立柱母线的接缝位置，能够避免高温物体接触或烧损短路口绝缘插板且结构简单、安装和拆卸方便、固定牢固、使用可靠2 在端头汇流母线上部加装防护盖板该盖板的斜坡设计能够使掉落到盖板上的固体和高温熔体由于重力作用而直接滑落到地沟盖板能够避免电解质等高温熔体将槽周母线冲毁，避免电解质块、炭渣等对槽周母线的机械冲击和覆盖，增强槽周母线散热效果，降低对槽周母线清扫的劳动强度该盖板安装于电解槽端头地坪与槽周母线之间，斜面水平投影面宽度大于母线在地坪外裸露宽度，斜面高度大于槽周母线上表面到地坪下缘高度盖板应采用分段安装形式，以便于安装和进行局部更换3 调整工艺技术参数，在稳定生产的基础上尽快处理炉底沉淀，同时形成规整炉膛，避免铝液和电解质剧烈搅动。

前两项举措为保护系列安全的预防措施，第三项为解决铝液严重喷溅和较少电解槽停槽的根本方法五、成本估算1 单套短路口保护套成本每套保护套由两个保护套组成保护套所用基本材质为层压玻璃布板，外部喷涂耐高温树脂，层压玻璃布板采用玻璃丝布与耐高温胶粘接而成该保护套绝缘、耐腐蚀、不可燃，耐高温达到1200℃以上，表面的耐高温涂层具有耐高温腐蚀性能，能够很好的保护保护套不被高温熔体烧损每套短路口保护套单价2500（1500）元左右2 单套端头汇流母线盖板成本每四个 1412mm 长的盖板组成一套电解槽端头汇流母线保护盖板，斜面和筋板均采用耐高温层压玻璃布板，斜面上表面涂有耐高温涂层，斜面与筋板之间用铆钉和耐高温胶连接由于大面和小面汇流母线尺寸的不同，保护盖板成本也不同大面汇流母线盖板每个 800（500）元左右，小面汇流母线每个 600（370）元左右综上所述，若短路口保护套和端头汇流母线全部应用，短路口保护套成本 15000（9000）左右，两个端头汇流母线盖板成本5600（3500）左右，单槽保护套成本 20600（12500）元左右，全系列（以 336 台槽计算）使用成本 690（420）万左右。

六、实施方案1 改进保护套的设计1.1 对保护套紧固螺栓垂直面的保护面积进行缩减，在满足保护螺栓的前提下减少材料使用量，增加短路口散热，降低成本1.2 对保护套侧面在水平方向上向前延长，从而能够保护到短路母线与立柱母线间隙处，从而避免高温熔体烧损绝缘插板和金属导体在间隙处将短路口局部短路1.3 对保护套侧面在垂直方向向下延长，从而能够保护到短路母线软带与立柱母线间未被绝缘插板保护到的位置1.4 随着保护套螺栓垂直面的材料的缩减和侧面水平方向上长度的伸长，保护套重心向内侧移动，从而使保护套在安装后更加稳定，不易移位和脱落1.5 保护套所用基本材质为复合耐高温层压玻璃布板，耐温不低于 260℃,外部覆盖耐高温涂层, 耐温不小于 900℃，能够达到隔热、阻燃、绝缘的目的保护套的三维示意图如下：2 电解槽端头汇流母线盖板2.1 肋板和斜面主体均采用复合耐高温层压玻璃布板，斜面上表面覆盖耐高温涂层，耐温大于 900℃，斜面主体与肋板采用耐高温树脂胶粘接，并用螺钉加固； 2.2 安装于铝电解厂房地坪以下与槽周母线以上的有限空间内，斜面水平投影面宽度大于母线在地坪外裸露宽度，斜面主体高度大于槽周母线上表面到地坪下缘高度；2.3 使用过程中采用分段安装形式，一方面便于安装，另一方面便于进行局部更换。

电解槽端头汇流母线盖板的立体图如下：铝业研究所洪亚旭2015 年 5 月 6 日。