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殘極自磨清理機的開發與研究

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摘要:目前我國常用的殘極清理設備主要依靠國外進口的拋丸機進行氧化面處理。進口的拋丸機成本高,且遠遠達不到理想的清理效果,給國內電解鋁行業帶來了諸爹不利因素。打破國外的行業技術壟斷從而降低設備采買的成本投入、提升殘極清理設備的工作效果,是電解鋁生產行業迫切的愿望,同時也是一個發展機械制造企業的契機。此次研究的對象為國內*臺電解鋁殘極自磨機,具有綠色環保、低噪、回收效果好等顯著特點,設計中考慮到粉塵的回收,極大的降低了大氣污染,從而保證了鋁業生產單位工人的職業健康安全;研磨過程中充分利用重力等因素,通過正反轉的交替的方式達到充分研磨和物料排放、回收。
關鍵詞:殘極清理;綠色環保;低成本投入;優質清理效果中圖分類號:THl6;TQl5文獻標識碼:A 文章編號:1001—3997(2016)

1引言

近年來,電解鋁價格低迷,給鋁業公司的生產帶來了巨大壓力:成本居高不下;國家對生產環節節能要求亦是不斷提高—要求預焙陽極生產各工序不斷提高產品合格率,降低生產運行成本及過程損耗,而殘極清理工序更是關系到殘極清理狀態,其中殘極中灰分含量是當前影響預焙陽極質量較重要的指標之一【l】。目前,主要的殘極清理有拋丸清理、噴丸清理及人工清理等方式。噴丸清理因清理質量達不到要求、運行成本高,又或設備故障多等原因大多已經停止運行嘲。國內外目前主流采用拋丸清理機清理殘極,但無論是國內自產設備嗍,還是進口設備,都存在運行成本高,而且清理質量達不到要求的現象。因此國內殘極清理設備基本停產,而運用人工清理的方式。

隨著對陽極殘極清理重要性認識的提高及人工清理成本的提高,自動清理殘極必將成為清理設備發展的主流[71。以國產*臺殘極自磨清理機為研究對象,并與老式殘極清理設備做以簡單對比。

發現現階段殘極清理設備運行中主要存在如下問題:

(1)清理質量達不到要求:經傳統殘極清理設備處理后的殘極表面會殘留大量的白色電解質;白色電解質清理后,大量的Na、Fe、V仍存在于殘極表面的軟殘極中,不能滿足清理要求。
(2)運行成本高:其一,體現在清理用鋼丸的大量消耗上,噴、拋丸清理設備主要是通過給鋼丸施加一定的初始速度,對殘極表面進行碰撞、摩擦來實現清理目的,期間鋼丸大量破碎、磨損,不可以重復使用;其二,設備運行后故障發生頻率高,從而引起較大的維護檢修費用支出,增加生產運營成本。
(3)設備運行過程中安全性差:噴、拋丸因防護設施不完善及鋼丸高速彈射后變向等問題,易引發飛物傷人事件,對安全生產存在巨大隱患。
(4)設備故障多,不利于生產效率的提高:老式清理設備均存在設備運行不久便出現故障的問題,迫使生產頻繁的停止,進行維修,造成大量的時間浪費,并大大降低生產的效率。
(5)設備針對性不明顯、適用性差:大多生產單位對殘極清理的目標、工作性質的認知不夠,且不能準確理解,行業經驗明顯不足。目前,國內外殘極清理機主要是為了給鋼板、鑄件的除銹和清理而設計的,大多數的殘極清理機均是由這批機械進行簡單改動制成的,沒有針對性,這是國內外殘極清理設備效率低、運行成本高的關鍵所在。

2殘極自磨清理機的設計構想及性能簡介

殘*清理機照片,如圖l所示。 殘*清理機照片
圖1殘*清理機照片
2.1殘極自磨清理機的設計構想

殘極白磨清理機的目標是將殘極外表面白色電解質等清理干凈,并消除軟殘極上的Na、Fe、V等的殘留,取消鋼丸的加入,從而保證殘極清理后預焙陽極質量,并降低電解鋁生產企業的生產成本投入。殘極自磨清理機是由頭罩(進料端)、尾罩(出料端)、筒體、減速機、底座、托輥等幾大部位構成。在結構設計前采用動態仿真技術,模擬殘極間的相互碰撞和滾動,科學設計筒體轉速和筒體內揚料板的尺寸,能夠使殘極在簡體內充分摩擦,力爭用較短的時間取得較佳清理效果。殘極料通過輸送帶進入料斗,經由導料管可直接進入簡體前段揚料區,通過螺旋揚料板帶動提升到一定高度,受重力影響自由下落,與下方物料碰撞,并隨簡體的正轉不停地與其他殘極塊相互摩擦、研磨一定時間后,再通過電控柜按鍵控制,停止筒體正轉,開始簡體反轉出料操作,將物料一次性排出,并通過簡體排料端圓周排列小孔排出研磨產生的粉末。
2.2 殘極自磨清理機的性能介紹
殘極自磨清理機是通過殘極間相互作用力實現清理,利用重力作用、慣性勢能等一系列的物理原理對殘極外表面進行無死角的清理,不需要添加鋼丸等其他介質,將殘極表面和軟殘極表面的殘留物一次性清理干凈。清理后殘極表面漏出黑色碳素顏色,同時也將軟殘極表面清理干凈露出骨料形狀,可更好的提高陽極質量。物料出倉后經濾網,可將殘極與粉末一次性分離,省略了傳統清理設備殘極清理后的鋼丸與殘極粉末分離、回收的過程。設備運行平穩、可靠,只需要電控柜與設備連接,便可以自由控制殘極清理的質量與清理全過程,節約了老式清理方式后續的人工投入。

3殘極自磨清理機的主要優勢

結合長期的機械生產經驗,與我們對殘極清理的概念和行業的了解,以及對殘極特性的認識,我們了解客戶真正需要:(1)希望能將殘極上的電解質、軟殘極上的殘留物清理干凈,提高陽極質量,更好的滿足電解需求;
(2)希望能用較低的成本來完成殘極地清理工作;
(3)希望買到的機械能經受得住性能、時間、工作效率的考驗,使他們的生產在安全、平穩、可靠的設備上得以更快、更好、更省力的完成。

通過我們對殘極白磨清理機的反復研究和試驗,我們確信殘極自磨清理機可以做到,因為其具有以下優勢:
(1)清理效果好:殘極自磨清理機清理效果高于目前所有的殘極清理設備,不僅可以將殘極表面的白色電解質除凈,而且將軟殘極表面的殘留一并處理干凈,同時摒棄鋼丸等的加入,從根本上杜絕了鐵元素等雜質的引入,使陽極質量更高,從而得到電解槽內較為純凈的鋁水。
(2)殘極白磨清理機的設計合理,保證了其優良的性能和較強的實用性,并實現了綠色環保的生產模式:
①筒體設計合理,作為該設備的主體一筒體,承受著運行過程中物料拋落、滾落連續沖擊負荷,其制造質量直接關系整臺設備的工作質量和使用壽命,且對確保設備順利運行起到至關重要的作用。*先揚料板大小、位置、角度是通過計算模擬得出,充分的將固定量物料揚起,達到理想高度落差,利用重力、摩擦等作用力將物料研磨出較佳理想效果,達到物料理想處理狀態;其次,紡錘式結構的筒體結構可以舒緩物料抬高后下落的速度,避免激烈的沖撞對筒壁的傷害;
②設備底座一體式的結構模式是設備平穩運行的重要保障。設備運轉過程中的平穩是一項重要指標,關系重大。我們舉個生活中例子,橋梁建設前都要打橋墩,相鄰橋墩下都要用混凝土將其連接成一塊巨大的平臺,以達到平穩的目的。設備底座一體式的結構模式的設計理念便是這一力學應用,它使設備的所有支點集中到一個平面,有利于力的平衡傳遞,也利于筒體安裝、運行中角度的控制,提升了設備運轉的平穩性和角度的固定性,另外這一舉措避免了設備安裝過程中不必要的找正等工序,提高了工作效率;萬方數據 120機械設計與制造No.10Oct.2016
③殘極自磨清理機的揚料板表面采用了橡膠材質原料,托輥表面采用的是尼龍材質原料,可進行拆卸更換,具有極好的降低噪音的功能,且有良好的耐磨性能,大大提高了設備使用壽命和不必要的配件更換損耗。橡膠有較好的彈性和耐磨性能,用其與物料接觸,即避免了物料與金屬碰撞發出的聲響,也避免了揚料板的磨損,另外,尼龍套于托輥上面,利用其彈性,緩解筒體起伏對托輥的負擔和對齒輪等的損傷,且避免托輪金屬面與簡體直接接觸造成不可挽救的損耗;
④魚鱗型密封結構的運用,對避免了粉塵的排放有深遠意義,可以通過重疊的金屬片將簡體溢出的粉塵逐層壓制,達到除塵的目的,有利于保證企業綠色生產的開展,對職業安全健康有極大的推動和促進作用。
⑤采用正轉磨料,反轉排料,通過調整研磨時間來控制研磨效果。排料過程中特殊結構特點做到一次排料的效果的舉措是值得關注的。在筒體排料端圓盤周排列小孔,通過反轉,將粉末一并震落、排出,即節約了廢料回收的時間,也利于廢料的統一處理,提升勞動效率和資源的較大化利用、回收。
(3)運行成本低:
①因設備的工作原理是通過物料間的物理作用力完成清理工作,避免了傳統設備大量清理鋼丸的損耗和鋼丸使用后的分離、回收過程中的人力、物力投入。
②物料的一次性排出方式也省去了人工清理的麻煩,節省了時間,提高了生產效率,從而節約了大量生產成本。
(4)故障少,生產效率得以提升。因設備的整體設計的優化,設備的使用中故障很少發生,故停產檢修的時間罕有發生,另外,設備耐用性高,故障發生頻率降低,使檢修次數大大減少,避免大量的檢修費用的支出。
(5)安全性能高:因設備的工作區相對封閉,且研磨過程中沒有高速飛濺物的產生,這對現場工作人員的人身安全和設備的自身安全有巨大的保障。清理前后,如圖2、圖3所示。 清理前物料照片
圖2清理前物料照片
清理后物料照片
圖3清理后物料照片
4結論
該殘極自磨清理機的成功研制代表著殘極清理設備國產化的開始,突破了殘極清理設備產品制造關鍵技術,制造工藝El趨成熟。但同時我們也應看到,該設備仍有很大的改進空間,比如:在生產、研磨過程中,不停車情況下,能否自動排料等。這也將是我們下一階段的重點研究課題。殘極自磨清理機的開發成功填補了國產殘極清理機械裝備制造的,解除了外國人對中國電解鋁行業殘極清理設備的控制,并改善了生產工藝,提高了生產效率。

參考文獻
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