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。