铝电解阳极导杆钢爪抛丸机的改进与设计


1、阳极导杆再利用的钢爪清理作业
1.1 阳极导杆钢爪清理的必要性
在原铝电解生产中,由于阳极长期处于高温电 解质中,在其阳极钢爪表面形成一层1~3mm厚的 铁锈,以及附着3~15ran3 厚的坚硬电解质层.在阳 极导杆再利用过程中,一般要进行钢爪表面电解质, 铁锈清除和钢爪校正等处理. 因为钢爪表面附着的铁锈和电解质,显着降低 了磷铁环与钢爪的接触面,增大了二者之间的接触 电阻….据测定,清理不干净的钢爪浇注之阳极在 160kA 系列铝电解槽上正常使用时,会额外增加15 35mV的电压降.另外,碳块阳极与钢爪是通过浇注的磷铁相联接,钢爪表面附着有电解质或氧化 铁等物质,将显着降低磷铁的附着力.故彻底清除 阳极钢爪表面的铁锈和电解质,有利于降低阳极导 杆组的电压降,增加磷铁与钢爪的结合力,提高阳极 碳块质量,防止铝电解过程中阳极碳块脱落现象发 生.达到降低铝电解槽吨铝能耗和碳块消耗,节约 电能.
1.2 原阳极导杆钢爪清理设备的弊端
在国内铝电解预焙阳极组装生产线上,阳极导 杆组钢爪的清理作业普遍采用抛丸或钢丝清刷等机 械清理法. 抛丸清理机是国内早期普遍采用的一种清理设 备,利用钢球被抛起后自由落在导杆钢爪上,通过钢 球的机械撞击力和冲击力作用,使铁锈和电解质脱 落,达到清理目的.如我厂原使用的三爪清理抛丸 机,需要与悬链配合,通过机构传动使铝导杆运动停止,并通过回转装置将导杆多次转向,多次抛射钢 球,实现导杆钢爪的清理作业.清理抛丸机结构复 杂,生产连续性差,设备故障率高,效率低(1621 根/h);操作中多次抛射钢球,存在安全隐患,清理效 果差,现已被钢丝清刷机替代.
13 设计计算
钢丝清刷机采用特制的钢丝刷,高速回转,通过 钢丝与钢爪头的撞击与接触摩擦等作用,使附着的 铁锈和电解质脱落,为了保证清刷机的钢丝具有良 好的弹性和耐磨性,清刷头采用直径为0.8 1.2nlnl 的单根钢丝制作….由于清理头高速旋 转,且钢丝与钢爪频繁接触,钢丝极易磨损.据统 计,一般使用2~3 边倾斜(钢丝受力较大,发生变形),导致清理效果变差.通常使用一段时间后,需要进行一次清理头 调整(清理回转头安装位置调换,使其反方向运动). 钢丝清理机虽然显着提高了钢爪清理的效率,降低 了故障率;但是清理头消耗量大,使用寿命较短(12 15班次,每班8 小时工作制),为了保证钢爪的清 理效果,必须及时更换钢丝刷头;而清刷头属非标器 件,采购价格高.
2钢丝绳清理机的结构及其工作原理
通过对钢丝清理机的结构进行解剖,并针对实 际应用中出现的问题,经过多次改进试验,在保留原 设备优点的基础上,对钢丝清理机进行了优化改进, 实现了一台清理机清理多种规格的导杆钢爪头(三 爪,四爪)作业目的;同时,提高了工作效率和清理效 果.改进后,保留了原钢丝清理机的优点,克服了钢 丝易磨损,清理效果不稳定,维护费用高等缺点,具 有结构简单,效率高,耐用,连续作业,使用费用低等 特点.
2.1 钢丝绳清理机的结构
钢丝绳清理机设有四个清刷器,每个清刷器以 定转速,不同的旋转方向对阳极导杆组钢爪进行机械清刷,通过撞击和摩擦,除掉阳极钢爪表面附着 的电解质和铁锈等非导电物.清刷器转轴通过对轮 与驱动电机连接,转轴上下部均采用向心推力轴承 钢丝绳,钢丝绳在转筒表面轴向呈螺旋状分布,保证了清刷范围能够覆盖整个钢爪头,防止清理中出现 死角.

2.2 钢丝绳清理机的工作原理
钢丝绳清理机在工作时,借助高速旋转的钢丝 绳撞击钢爪表面的电解质和铁锈,达到清理目的. 高速旋转的钢丝绳在离心力的作用下,其运动轨迹 形成一个圆柱刷,当阳极导杆在悬链输送机的驱动 下,匀速通过清理装置时,高速旋转的钢丝绳对钢爪 头表面的铁锈,电解质等附着物进行撞击,摩擦,使 钢爪头表面的电解质,铁锈等附着物剥离.利用钢 丝绳的柔韧性,一方面实现对钢爪头任何部位的清 刷;另一方面吸收了清刷过程中的冲击载荷.改变 清刷器的转速,即可调节钢丝绳对附着物的清刷力; 改变钢丝绳的长短,则可调整清刷区域的大小.采 用四个清刷器以不同的转向运行,可以完成对整个 钢爪头所有部位的双重清理,并保证了导杆整体在 清理过程中的受力平衡. 中,铝导杆在悬链输送机的牵引下,以12em/s 左右的速度缓慢进入钢爪清刷机.*先由 清刷器对阳极钢爪头的左上侧1/4部位(圆柱 面)进行清刷;随着钢爪的前进,1 的清刷部位由左上侧1/4逐渐过渡至右上侧1/4 柱面,同时2清刷器开始对钢爪头的左下侧1/4 柱面进行清刷;钢爪继续前进,钢爪左侧第一个钢头逐渐脱离1 清刷器对此钢爪头的清刷部位由左下侧1/4 逐渐过渡至右下侧 1/4 圆柱面;同理3,4 清刷器按照上述工作原理 重复对钢爪头的各部位进行一次清刷,使清理作业 更加彻底.在整个清理过程中,阳极各钢爪头圆柱 面在运动中完成两次清刷作业. 清理器驱动电机为Y132S 一8(功率2.2kW,转速 720r/rain),清理筒工作转速在650—720r/rain 围内,清刷器的清理区范围为280340l/lin(以清刷头之间距离及钢丝绳长度确定).据实际测量,在清 理过程中,每根导杆3 根钢爪的清理时间为79s (与悬链的移动速度和清理头个数有关),钢爪头外 圆柱表面每点平均可清刷136—168 次,每根钢丝绳 对钢爪头清刷力平均达到42N(根据动量定理,清刷 器钢丝绳作用点的实际线速度,质量和钢爪头清刷 区域距离等物理量计算所得),每小时可以清理140 160根阳极导杆.适当提高驱动电机转速,则可 以提高钢爪清理效率和效果,但同时设备的磨损和 能耗将显着增加.


1.转筒2.钢丝绳3.钢爪头4.上部轴承座5.支撑架6.转轴7.电机8.对轮9.清刷器10.下部轴承座11.阳极导杆
图1、钢丝绳清理机结构示意图
d一直径为50mm的热轧圆钢;l,西2一钢管(外径 壁厚);单位:mm.
图2清理器结构示意图
2.3 清理机的配置与主要器件加工

(1)驱动装置:交流 相异步电机Y132S 8,2.2式S1,Y接法,4
(2)连接对轮加工尺寸及材料:@45X50,@7515;普通碳钢. 1O 茸色设置2009(6)
(3)转轴尺寸及材料:采用@50m/ll热轧圆钢加 kW,720r/min,5.8A,cos~i~:0.78,B *绝缘,工作方工制作(见图2);需要数量:4
(4)清理筒尺寸及材料:采用19412(外径壁 厚)钢管加工制作(见图2);需要数量:4
(5)钢丝绳固定器尺寸及材料:采用21910(外径壁厚)钢管加工制作(见图3);需要数量:16
(6)钢丝绳规格为=6mm,L每根=140mm;需 要数量:约21m.
(7)支撑机构:根据实际需要,可适当地进行制 15 设计计算作;材料为工字钢,槽钢,钢板等钢材.实际消耗备 件和材料明细见表1.
(8)电气控制原理见图4.采用接触器,时间继 fxll 动力供电图电器,热继电器等常规器件即可实现启动,停机和各 种保护措施等功能,操作人员通过现场控制按钮,完 成设备操作.
图3、钢丝绳固定器结构示意图

图4、供电及控制系统图
表1、备件及材料清单
3、钢丝绳清理机性能测评与效果分析
钢丝绳清理机的开发成功,实现了阳极导杆在 悬链的输送下对钢爪进行连续清理作业.在钢爪清 理工序中,导杆不需要旋转以及定位等辅助机构,清 理作业不需要专人操作看护;并且钢丝绳清理机结 构简单,清理过程中无钢性冲击,清理器耐磨,功耗 低,安全,连续作业性强;日常工作少,只需要定期 (清理4500~4800 根导杆后)更换一次清理器头,清 理头可拆卸,每次只要更换钢丝绳后,即可重新投入 使用;清理器消耗材料(6mill 钢丝绳)可以完全使 用废旧钢丝绳替代,可制作成长度为305 衄,两头 用电焊焊接,钢丝绳固定器上每相邻两个空处安装 根;也可制作成长度为145mm,一头用电焊焊接,钢丝绳固定器上每个空处安装1 根.实践证明,这 种钢丝绳清理机耐用,清理效果好,故障率低,维护 方便,设备体积小,易于密封,清刷过程中产生的灰 尘易于回收. 供电及控制系统长期的实际运行结果表明,与钢丝清理机相比, 钢丝绳清理机的设备维修费用降低75%以上,设备 维护工作量减少了60%以上,清理能力提高了近1 倍(钢丝清理机清理能力一般为85~92 个/h),清理 效果显着提高,每年可以节约维护费用l2.5 万元以上。