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        殘極自磨清理機的開發與研究


        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。
        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。
        圖2清理前物料照片

        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。


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