残极自磨清理机的开发与研究

近年来，电解铝价格低迷，给铝业公司的生产带来了巨大压力：成本居高不下；国家对生产环节节能要求亦是不断提高—要求预焙阳极生产各工序不断提高产品合格率，降低生产运行成本及过程损耗，而残极清理工序更是关系到残极清理状态，其中残极中灰分含量是当前影响预焙阳极质量较重要的指标之一【l】。目前，主要的残极清理有抛丸清理、喷丸清理及人工清理等方式。喷丸清理因清理质量达不到要求、运行成本高，又或设备故障多等原因大多已经停止运行嘲。国内外目前主流采用抛丸清理机清理残极，但无论是国内自产设备嗍，还是进口设备，都存在运行成本高，而且清理质量达不到要求的现象。因此国内残极清理设备基本停产，而运用人工清理的方式。

随着对阳极残极清理重要性认识的提高及人工清理成本的提高，自动清理残极必将成为清理设备发展的主流[71。以国产*台残极自磨清理机为研究对象，并与老式残极清理设备做以简单对比。

发现现阶段残极清理设备运行中主要存在如下问题：

(1)清理质量达不到要求：经传统残极清理设备处理后的残极表面会残留大量的白色电解质；白色电解质清理后，大量的Na、Fe、V仍存在于残极表面的软残极中，不能满足清理要求。
(2)运行成本高：其一，体现在清理用钢丸的大量消耗上，喷、抛丸清理设备主要是通过给钢丸施加一定的初始速度，对残极表面进行碰撞、摩擦来实现清理目的，期间钢丸大量破碎、磨损，不可以重复使用；其二，设备运行后故障发生频率高，从而引起较大的维护检修费用支出，增加生产运营成本。
(3)设备运行过程中安全性差：喷、抛丸因防护设施不完善及钢丸高速弹射后变向等问题，易引发飞物伤人事件，对安全生产存在巨大隐患。
(4)设备故障多，不利于生产效率的提高：老式清理设备均存在设备运行不久便出现故障的问题，迫使生产频繁的停止，进行维修，造成大量的时间浪费，并大大降低生产的效率。
(5)设备针对性不明显、适用性差：大多生产单位对残极清理的目标、工作性质的认知不够，且不能准确理解，行业经验明显不足。目前，国内外残极清理机主要是为了给钢板、铸件的除锈和清理而设计的，大多数的残极清理机均是由这批机械进行简单改动制成的，没有针对性，这是国内外残极清理设备效率低、运行成本高的关键所在。

2残极自磨清理机的设计构想及性能简介

残*清理机照片，如图l所示。
图1残*清理机照片
2．1残极自磨清理机的设计构想

残极白磨清理机的目标是将残极外表面白色电解质等清理干净，并消除软残极上的Na、Fe、V等的残留，取消钢丸的加入，从而保证残极清理后预焙阳极质量，并降低电解铝生产企业的生产成本投入。残极自磨清理机是由头罩(进料端)、尾罩(出料端)、筒体、减速机、底座、托辊等几大部位构成。在结构设计前采用动态仿真技术，模拟残极间的相互碰撞和滚动，科学设计筒体转速和筒体内扬料板的尺寸，能够使残极在简体内充分摩擦，力争用较短的时间取得较佳清理效果。残极料通过输送带进入料斗，经由导料管可直接进入简体前段扬料区，通过螺旋扬料板带动提升到一定高度，受重力影响自由下落，与下方物料碰撞，并随简体的正转不停地与其他残极块相互摩擦、研磨一定时间后，再通过电控柜按键控制，停止筒体正转，开始简体反转出料操作，将物料一次性排出，并通过简体排料端圆周排列小孔排出研磨产生的粉末。
2.2 残极自磨清理机的性能介绍
残极自磨清理机是通过残极间相互作用力实现清理，利用重力作用、惯性势能等一系列的物理原理对残极外表面进行无死角的清理，不需要添加钢丸等其他介质，将残极表面和软残极表面的残留物一次性清理干净。清理后残极表面漏出黑色碳素颜色，同时也将软残极表面清理干净露出骨料形状，可更好的提高阳极质量。物料出仓后经滤网，可将残极与粉末一次性分离，省略了传统清理设备残极清理后的钢丸与残极粉末分离、回收的过程。设备运行平稳、可靠，只需要电控柜与设备连接，便可以自由控制残极清理的质量与清理全过程，节约了老式清理方式后续的人工投入。

3残极自磨清理机的主要优势

结合长期的机械生产经验，与我们对残极清理的概念和行业的了解，以及对残极特性的认识，我们了解客户真正需要：(1)希望能将残极上的电解质、软残极上的残留物清理干净，提高阳极质量，更好的满足电解需求；
(2)希望能用较低的成本来完成残极地清理工作；
(3)希望买到的机械能经受得住性能、时间、工作效率的考验，使他们的生产在安全、平稳、可靠的设备上得以更快、更好、更省力的完成。

通过我们对残极白磨清理机的反复研究和试验，我们确信残极自磨清理机可以做到，因为其具有以下优势：
(1)清理效果好：残极自磨清理机清理效果高于目前所有的残极清理设备，不仅可以将残极表面的白色电解质除净，而且将软残极表面的残留一并处理干净，同时摒弃钢丸等的加入，从根本上杜绝了铁元素等杂质的引入，使阳极质量更高，从而得到电解槽内较为纯净的铝水。
(2)残极白磨清理机的设计合理，保证了其优良的性能和较强的实用性，并实现了绿色环保的生产模式：
①筒体设计合理，作为该设备的主体一筒体，承受着运行过程中物料抛落、滚落连续冲击负荷，其制造质量直接关系整台设备的工作质量和使用寿命，且对确保设备顺利运行起到至关重要的作用。*先扬料板大小、位置、角度是通过计算模拟得出，充分的将固定量物料扬起，达到理想高度落差，利用重力、摩擦等作用力将物料研磨出较佳理想效果，达到物料理想处理状态；其次，纺锤式结构的筒体结构可以舒缓物料抬高后下落的速度，避免激烈的冲撞对筒壁的伤害；
②设备底座一体式的结构模式是设备平稳运行的重要保障。设备运转过程中的平稳是一项重要指标，关系重大。我们举个生活中例子，桥梁建设前都要打桥墩，相邻桥墩下都要用混凝土将其连接成一块巨大的平台，以达到平稳的目的。设备底座一体式的结构模式的设计理念便是这一力学应用，它使设备的所有支点集中到一个平面，有利于力的平衡传递，也利于筒体安装、运行中角度的控制，提升了设备运转的平稳性和角度的固定性，另外这一举措避免了设备安装过程中不必要的找正等工序，提高了工作效率；万方数据 120机械设计与制造No．10Oct．2016
③残极自磨清理机的扬料板表面采用了橡胶材质原料，托辊表面采用的是尼龙材质原料，可进行拆卸更换，具有极好的降低噪音的功能，且有良好的耐磨性能，大大提高了设备使用寿命和不必要的配件更换损耗。橡胶有较好的弹性和耐磨性能，用其与物料接触，即避免了物料与金属碰撞发出的声响，也避免了扬料板的磨损，另外，尼龙套于托辊上面，利用其弹性，缓解筒体起伏对托辊的负担和对齿轮等的损伤，且避免托轮金属面与简体直接接触造成不可挽救的损耗；
④鱼鳞型密封结构的运用，对避免了粉尘的排放有深远意义，可以通过重叠的金属片将简体溢出的粉尘逐层压制，达到除尘的目的，有利于保证企业绿色生产的开展，对职业安全健康有极大的推动和促进作用。
⑤采用正转磨料，反转排料，通过调整研磨时间来控制研磨效果。排料过程中特殊结构特点做到一次排料的效果的举措是值得关注的。在筒体排料端圆盘周排列小孔，通过反转，将粉末一并震落、排出，即节约了废料回收的时间，也利于废料的统一处理，提升劳动效率和资源的较大化利用、回收。
(3)运行成本低：
①因设备的工作原理是通过物料间的物理作用力完成清理工作，避免了传统设备大量清理钢丸的损耗和钢丸使用后的分离、回收过程中的人力、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烦，节省了时间，提高了生产效率，从而节约了大量生产成本。
(4)故障少，生产效率得以提升。因设备的整体设计的优化，设备的使用中故障很少发生，故停产检修的时间罕有发生，另外，设备耐用性高，故障发生频率降低，使检修次数大大减少，避免大量的检修费用的支出。
(5)安全性能高：因设备的工作区相对封闭，且研磨过程中没有高速飞溅物的产生，这对现场工作人员的人身安全和设备的自身安全有巨大的保障。清理前后，如图2、图3所示。
图2清理前物料照片

图3清理后物料照片
4结论
该残极自磨清理机的成功研制代表着残极清理设备国产化的开始，突破了残极清理设备产品制造关键技术，制造工艺El趋成熟。但同时我们也应看到，该设备仍有很大的改进空间，比如：在生产、研磨过程中，不停车情况下，能否自动排料等。这也将是我们下一阶段的重点研究课题。残极自磨清理机的开发成功填补了国产残极清理机械装备制造的，解除了外国人对中国电解铝行业残极清理设备的控制，并改善了生产工艺，提高了生产效率。