[摘要]大型預焙槽在啟動過程中溫度很高，支撐梁會發生起拱變形，支撐梁起拱后對基礎支墩將產生很大的水平力...
　　[關鍵詞]大型預焙槽；溫度；支撐梁起拱；
　　
　　現有的大型預焙槽生產過程中溫度很高，支撐梁會發生起拱變形，支撐梁起拱后對支墩將產生很大的水平力，這樣素混凝土很容易被拉裂，實際的工程中也出現過電解槽支墩被拉裂的事故，目前混凝土支墩被拉裂是一個普遍存在而又難于解決的工程實際問題，為解決這一問題，目前是將支墩鋼筋從基底一直配到支墩頂部并在支墩頂加絕緣層，這樣可以防止支墩被拉裂。這種做法雖然解決了支墩被拉裂的問題，但是生產中支撐梁起拱后對支座仍有很大的水平力，支墩需配很多鋼筋。這樣不但會增加造價，而且還加大了工程量
　　一、電解槽的主要工作原理及受力特點
　　鋁電解槽是煉鋁的主體設備，冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法歷來是鋁工業唯一煉鋁方法，在此方法中冰晶石是熔劑，氧化鋁是原料，用炭陽極和液態鋁陰極。直流電流通入電解槽，在陰極和陽極上起化學反應。產生的電解產物，陰極上是鋁液，陽極上是二氧化碳和一氧化碳氣體。鋁液用真空抬包抽出,經過凈化和澄清之后,澆筑成商品鋁錠,陰極氣體中包含有二氧化碳和一氧化碳，還含有少量氟化物，經過凈化之后，廢氣排放入大氣，收回的氧化物返回電解槽，圖1-1是電解生產流程簡圖。
　　預焙陽極電解槽的構造分以下4部分：(1)炭陽極:(2)炭陰極:（3）側壁；（4）槽殼、槽罩、導電母線等。
　　
　　陽極高度直接決定著陽極的總耗、陽極本身的電壓降和熱耗量;也影響著陽極作業系數。在陽極制造技術滿足的前提下，它存在著經濟選擇問題。由于預焙鋁電解槽在結構及工藝上本身的局限性，它須定期更換預焙陽極來保持鋁電解生產的連續性。這樣換極作業就成為預焙鋁電解槽生產中不可或缺的一項重要操作。
　　鋁工業上所用的陰極一詞是指盛置熔融的鋁液和電解液的容器而言。這包括：底部炭塊、邊部炭塊、炭素內襯和陰極導電棒。在底部炭塊之下還有耐火材料和保溫材料，所有這些都裝在一只堅固的鋼殼內。炭陽極的功用除了盛置鋁液與電解液之外，主要是用來傳導電流，即電子是由它來傳導進入電解槽內，鋁液經常覆蓋在底部炭塊之上，鋁液便是實際上的陰極。側壁是電解槽的一個重要結構部分。陰極的側壁炭塊通常是由與底部炭塊相同的材料制成。工業生產上不希望側壁傳導電流，但要求其具有良好的導熱性。使得側壁-電解質界面上滋長一層凝固的電解保護層。另外，也希望側壁材料不易被空氣氧化。根據現代觀念，提出了鋁電解槽側壁的材料在高溫下應該具有如下一些重要性能：
　　電阻率高，導熱性好;
　　不與熔融的冰晶石起化學反應；
　　不與鋁及鈉起化學反應；
　　空隙度小，不滲透電解液和鋁，不被空氣氧化。
　　鋼殼與托架是電解槽的主要受力結構，陰極鋼殼通常有兩種主要形式：自支撐式和托架式，后者有一個用剛性的結構來建造的無約束鋼殼，通常比前者不易變形，這就暗示了它需要內襯的特殊設計。這兩種形式的鋼殼底部都有工字鋼支撐。
　　槽殼設計主要涉及應力及強度計算。鋁電解槽槽殼變形來源于槽自重及槽內液態物料產生的應力、高溫部分產生的應力以及炭素材料吸收鈉等引起膨脹產生的應力等。這些應力導致槽殼變形。成功的設計是槽殼有足夠的強度和剛性，以減少蠕變和永久變形。足夠的槽殼強度可以阻止陰極膨脹和減緩鈉對炭塊的歁入，以及電解質對內襯的滲透。近代改進的槽殼采用厚重鋼材和托架支撐，在這方面已取得延長鋼殼使用期的良好效果。
　　二、減小電解槽支撐梁對基礎產生水平力的處理辦法
　　上面介紹了電解鋁的生產過程及生產過程中電解槽支撐梁將受熱產生起拱變形,電解槽支撐梁的起拱變形又將對電解槽基礎支墩產生水平力,為了減小電解槽支撐梁對基礎產生的水平力，可以使用以下三種電解槽支撐梁結構：
　　1）在絕緣板與支撐梁中間加一個滾動支座，以減小支撐梁對支墩產生的水平力，減小支墩配筋量，防止支墩開裂。
　　這種支撐梁結構由以下部分組成：它包括電解槽支撐梁（1），在支撐梁（1）下設有滾動支座（2），滾動支座（2）下為支座鋼板（3），支座鋼板（3）下面為絕緣板（4），絕緣板（4）下面為電解槽基礎支墩（5）。如附圖三所示,附圖一為基礎支墩鋼筋不配到頂的情況,它的缺點是支墩容易開裂,附圖二為基礎支墩鋼筋配到頂的情況,它的缺點是配筋量大,浪費鋼材,增加工作量:
　　滾動支座（2）由滾筒、上蓋板、下蓋板、及銷子組成，其中銷子上另焊定位板及封板，在滾筒中部開定位槽，滾動支座詳見下圖：
　　
　　這種支撐梁是在絕緣板與支撐梁中間加一個滾動支座，它允許支撐梁有水平方向的位移，因此可以很大程度上減小支撐梁的起拱變形，最終達到減小對基礎的水平力，防止支墩開裂，減小支墩配筋量的目的。
　　2）在絕緣板與支撐梁中間加一個輥軸支座，同樣可以減小支撐梁對支墩產生的水平力，減小支墩配筋量，防止支墩開裂。
　　這種支撐梁結構是將第一種方法中介紹的滾動支座換為輥軸支座，其中輥軸支座是由上下兩塊墊板和中間圓柱形軸構成，輥軸支座下墊板焊接在支座鋼板上，構成輥軸支座的三個圓柱形軸均勻地分布在上下兩塊墊板中間,如下圖所示：
　　
　　3）另外在絕緣板與支撐梁中間加一個半球形支座也是減小支墩配筋量，防止支墩開裂的一種好辦法:
　　這種支撐梁結構是將第一種方法中介紹的滾動支座換為半球形支座，半球形支座是由一塊墊板及一個鋼半球組成，圖形可見下圖：
　　
　　三、結論
　　解決這一問題的辦法很多，以上介紹的滾動支座、輥軸支座、半球支座都可以解決這一問題。這三種方法各有其優缺點，第一種方法的滾動支座制作過程較復雜，而且用鋼量大，但由于它是通過自身的軸位移來迎合電解槽支撐梁的位移，電解槽支撐梁與滾動支座之間的摩擦力很小，電解槽起拱過程中可以自
　　由伸縮,第二種方法,電解槽支撐梁與輥軸支座的頂板間雖然沒有摩擦力,但輥軸支座的圓柱形軸不易固定,安裝不當的話,使用過程中圓柱形軸有可能滑落,但輥軸支座制作簡便,第三種方法相對于第一種方法來說，它的優點是制作簡便，用鋼量少，但是電解槽支撐梁與此種支座之間存在摩擦力，在一定程度上會限制電解槽支撐梁的起拱變形，因此在工程中可根據工程實際情況選用上述三種方法中的一種，我認為如果在工程實際中采納上述方案，對減小電解槽基礎水平受力應該都會取得很好的效果。
　　參考文獻
　　[1]有色金屬冶煉設備，1980.
　　[2]電解炭陽極生產與應用,冶金工業出版社,2005
　　[3]GB50017-2003鋼結構設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2003