500ka铝电解槽支承主梁的设计研究

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2019.03.008500kA铝电解槽支承主梁的设计研究杨志强1，刘应2（1.贵阳职业技术学院，贵阳550081；2.贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵阳550081）摘要：针对某工程500kA铝电解槽支承主梁结构形式的方案优选，采用综合评价法定量分析后，得出对于大跨度支承主梁采用箱型梁结构形式更加合理。分析计算了主梁所承受的载荷，并对主梁危险截面进行了校核计算，最后，利用ANSYS-Workbench有限元仿真平台进行模拟校核计算。结果表明，主梁的强度、刚度和

2、稳定性均满足设计要求。关键词：铝电解槽；支承主梁；综合评价法；ANSYS；有限元分析中图分类号：TF821文献标志码：A文章编号：1007-7545（2019）03-0000-00DesignandResearchofSupportBeamfor500kAAluminumCellYANGZhi-qiang1,LIUYing2(1.GuiyangVocationalandTechnicalCollege,Guiyang550081,China;2.GuiyangAluminumMagnesiumDesign＆Resea

3、rchInstituteCo.Ltd.,Guiyang550081,China)Abstract：Inordertofindanoptimizedsupportingmethodforamaingirderstructureofa500kAaluminumelectrolysiscell,thecomprehensiveevaluationmethodandquantitativeanalysisareused,anditisconcludedthattheboxgirderstructureismorereason

4、ableforthelong-spansupportmaingirder.Thisthesisalsoanalyzesandcalculatesloadonthemainbeamandchecksthedangeroussectionofthemainbeam.TheANSYS-Workbenchfiniteelementsimulationplatformisusedtosimulatethecalculation.Theresultsshowthatthestrength,stiffnessandstabilit

5、yofthemainbeammeetthedesignrequirements.Keywords：aluminumcell;supportbeam;comprehensiveevaluationmethod;ANSYS;finiteelementanalysis铝电解槽是铝电解生产过程中最关键的装备之一，它主要由槽壳、上部结构、内衬、槽罩、阳极大母线、阳极、阳极提升装置、阳极夹具、槽上管网系统、氧化铝配送系统、槽控系统及槽周母线等零部件组成。支承主梁是铝电解槽上部结构的重要承重梁，承载着氧化铝和氟化盐等原料、阳极、阳

6、极大母线、阳极提升装置、阳极夹具、槽上管网系统、氧化铝配送系统和提升阳极大母线时所用的阳极提升框架等零部件的重量，具有跨度大、支承荷载重、结构配置复杂等特点，因而要求其强度、刚度和稳定性必须小于允许值，以保证铝电解槽正常生产运行。20世纪80年代中期以前，国内设计的135kA、160kA等小型铝电解槽支承主梁都是采用重量较轻的桁架梁结构。90年代初，贵阳铝镁设计研究院研究设计出箱型梁结构的支承主梁，用ADINA结构计算程序计算其变形和应力，并首次应用于河南沁阳的280kA铝电解槽的设计中[1]，其后设计的240kA、

7、320kA、420kA及以上的槽型都采用箱型梁结构。沈阳铝镁设计研究院设计的300kA、400kA及以上的铝电解槽也都采用箱形梁结构[2]。东北大学设计院有限公司设计的400kA、500kA及以上槽型均采用桁架梁结构。20世纪90年代，法国Pechiney铝业公司发明了带中间支承的铝电解槽支承主梁结构形式，并申请了专利[1]。近几年，针对大跨度、重荷载的大型铝电解槽，国内相关设计院也开始探索带中间支承的主梁结构形式。1几种主梁形式的结构特点桁架梁结构由上横梁、下横梁、斜撑杆及横梁连接杆等型材杆件交叉联接而成，氧化铝料

8、箱和氟化盐料箱与集气排烟系统设计为一体，置于四根横梁之间。此结构形式交叉的节点很多，交叉节点焊接施工空间较小，不能采用机械自动化制作，施工质量不易保证，斜撑杆非等距布置易造成桁架梁受力不均；同时，梁上设备如料箱、打壳下料装置、下料器和集气烟道等零部件的布置，易受其空间结构的限制，结构设计较为复杂；在同等设计条件下，一般桁架梁的主梁截面较高。箱型