浅谈阳极开槽机的开发.doc

中国石材网（stone365）浅谈阳极开槽机的开发 随着科学发展观的深入实践, 加紧实施清洁生产、落实节能降耗工作已成为各行业发展的第一要务, 作为高耗能产业的铝冶炼如何更有效的将占生产成本35% 40%电耗成本降下来, 已是业内生存竞争的重要组成部份, 为此公司对预焙铝电解槽节电技术进行了大胆的尝试, 其中根据相关文献资料介绍: 在使用底部开槽的预焙铝电解槽阳极时,对周围电解质流场进行计算, 发现部分阳极气体可以通过底部沟槽向外排放, 减少气泡在阳极底部停留时间和阳极底掌气泡覆盖率, 从而有利于降低极间电阻压降和阳极效应系数, 减少电解能耗; 另一方面气体带动电解质进入排气沟, 然后进入电解槽侧部通道, 扩大了电解质循环通道, 促进了阳极周围电解质流动和槽内的热质传热, 有利于保持电解过程正常进行, 相比之下沟槽为通槽时比不通槽更有利于保持电解质流动稳定; 同时由于沟槽促进了阳极气体排放, 使铝液与阳极气体发生/ 二次反应0 (即电解还原的铝卷入电解质中被阳极气体重新氧化) 的机会减少, 有利于提高铝电解电流效率。另外开槽阳极有助于降低阳极的热应力, 防止阳极开裂, 因此铝电解槽阳极开槽已经被普遍推广和运用, 针对该技术我公司也对阳极底部开槽进行了实践, 并成功的进行了阳极生块、熟块的开槽实验, 目前熟块开槽已取得较好效果, 实现单台开槽机产能12块/h的较好水平, 现分析如下:1 生阳极开槽实验阶段1.1 生阳极开槽情况成型机是法国SOLIOS公司出产的小车移动送料, A、B两套模具在固定工位振动成型后, 小面推出的成型机组, 生产300kA、200kA、186kA三种阳极块, 先对186kA用阳极块进行了实验,其方法如(图1) 所示, 是在成型机振台上186kA阳极块型腔区域内用R20mm的锰钢板加焊2块插板( 1500200)。该方法优缺点是:优点: 只需在振台上焊接2块插块, 操作简便, 易于实现。缺点: 在成型过程中, 插板两侧90e 角区域糊料疏松, 易于掉角如(图2) 所示, 外观合格率下降415个百分点, 生块假比重平均降低0102g/cm3, 同时在从振台推出过程中易变形。在焙烧过程中, 若沟槽中进入填充焦, 则因沥青焦油受热析出, 在沟槽中粘结, 沟槽堵塞严重,清理困难。若沟槽中未加入填充焦, 生块在焙烧升温过程中软化, 出现起包变形现象, 对开槽质量、开槽效果大打折扣。1.2 生阳极开槽块在186kA铝电解槽的实验自2008年4月9月, 试生产9000块生阳极开槽块, 在186kA电解槽系列选取了槽龄分别为1100天、1160天2台电解槽进行了实验, 主要从槽电压、阳极效应、阳极电流分布和电流效率来检验试验效果, 并在试验过程中, 定期对试验槽的电压曲线、电压摆动、针振等情况进行分析, 观察槽电阻波动情况, 以检验氧化铝浓度变化情况。其试验结论如下:1) 使用开槽阳极可降低工作电压, 至少2030mV;2) 电解槽阳极电流分布正常, 新换上的阳极达到全电流用时缩短;3) 阳极极距略有降低, 从而槽工作电压跟着降低, 且保持平稳, 有效处理了针振现象;4) 阳极效应系数降低, 有利于实现节能降耗;5) 通过半年多的试验, 电解槽槽况良好, 从炉膛情况看有所好转, 向好的趋势发展, 槽稳定性更好炉底压降降低不明显;6) 有利于提高电流效率;7) 阳极沟槽为通沟, 可以使电解质流体的剧烈程度减小, 同时减少流体在阳极周围的阻力, 使流体运行更平稳, 减少槽的针振或摆动;8) 在试验中发现槽体掉渣增多, 但只要电解工艺控制稳定, 炭块质量好, 掉渣可减少。综上所述, 开槽阳极对降低工作电压、降低阳极效性系数、保持槽的稳定、提高电流效率、强化电流等方面具有一定的现实意义, 但生块开槽对阳极炭块本身的理化指标、合格率产生了一定的影响, 同时开槽质量差, 电解使用过程中掉渣、沉渣较多。为此建议采取熟块(焙烧后的阳极块) 开槽方式。2 熟块开槽分析2.1 伊川电力集团洛阳龙泉天松碳素公司熟块开槽方案及优点经过上述证论, 有幸到伊川电力集团洛阳龙泉天松碳素公司进行了熟块开槽生产线的考察, 其方式是在阳极堆垛库独立设置开槽生产线和监控岗位, 产能7万t共2套生产线2个监控岗位, 每套生产线均由炭块上料输送线、炭块开槽切割主机、炭块下料输送线、下料转向辅助系统、炭块切割粉尘回收控制系统、PLC电气自动化切割控制系统等6个部份组成, 产能为810块/h, 每套系统报价合计115万元。该套熟块开槽系统的优点:1) 阳极底部的质量稳定, 开槽区域无糊料疏松现象, 减少电解使用过程中的掉渣。2) 在机械性能上熟块开槽优于生块开槽。在搬运和焙烧过程中不易受损, 有效降低废品率。3) 不存在焙烧时填充料粘连问题, 槽沟无需清理, 也不会因粘有填充料在电解槽使用过程中新增碳渣。4) 机械加工开槽的宽度小于插板成型槽, 焙烧块的总重减少小, 对阳极在电解槽中的使用影响较小。2.2 根据上述方案 结合我公司实际 分析认为存在以下不足炭素厂产能17万t/a, 3个炭块库并排, 每个库长300m, 轨道跨距1615m。1) 根据上述方案的设计产能公司所有阳极进行开槽需开槽线5套, 则新增上下料输送线10条,每条输送线占地宽度按2m计算, 则占堆垛库面积990m2, 占总堆垛库面积( 14850m2) 的617%,对原本就紧张的堆垛库更紧张。2) 新增开槽线后, 堆垛天车需将焙烧后的阳极再次装夹到炭块上料输送线开槽, 并再将开好槽的炭块从炭块下料输送线上夹下, 堆垛天车工作量增加40%。3) 新增5套开槽线, 即使进行有效整合也需新增2个监控岗位, 每个岗位每班2人, 4班3倒, 则新增人员16人(不含年休、病事假等人员)。4) 新增系统合计功率为90kW, 耗电量较大。5) 5套系统合计采购成本愈500万元。综上所述, 公司若按洛阳龙泉天松碳素公司方案进行独立生产线的阳极开槽改造, 则投资成本大, 运行费用高, 为此建议公司采取在线开槽方式。3 焙烧后的阳极块在线开槽机开发根据目前石材加工企业多采用人造金刚石锯片对石材进行切割加工, 部份炭素厂在熟块开槽中也采用了人造金刚石圆盘锯片对炭块磨削开槽, 结合公司炭素厂实际, 拟计划将焙烧后阳极块在送入堆垛库的熟块输送链过渡辊筒区域增加金刚石圆盘锯开槽机在线开槽, 将收尘口与解组机除尘系统并网, PLC自动控制系统由解组机控制系统的剩余端口联锁组合, 取消炭块上料输送线、炭块下料输送线、下料转向辅助系统等, 其开槽机设计简图如(图3) 所示。3.1 对开槽机设计简图(图3) 的设计说明考虑到该熟块开槽机直接安装在熟块输送链过渡辊筒区域, 此时的熟块表面只经过解组机的大面清理, 表面局部区域仍有结焦或填充焦粘接严重现象, 而熟块上的开槽位置对中偏差允许510mm,为避免在圆盘锯开槽过程中, 因熟块表面胀鼓包(或其它缺陷) 被导向装置强力调校而与开槽锯片两侧面发生相互干涉, 发生卡阻甚至损坏开槽装置, 在设计过程中将对中导向段与压紧开槽段分开, 同时在锯切过程中, 磨削粉料会顺未通沟槽外溢, 将该在线开槽机组整体结构分为3段, 第一段对中导向段(阳极块长度1600mm), 第二段压紧开槽段(阳极长度1600mm+圆盘锯直径900mm), 第三段防粉尘顺沟槽外溢段(阳极块长度1600mm), 加主从动链轮组, 合计总长: 6m。考虑到该熟块开槽机直接安装在熟块输送链过渡辊筒区域, 为保障过渡过程中与前后输送机平稳对接, 链式输送机标高( 1100mm)、阳极高( 550mm)、压紧装置高(总高450mm, 插入机架部份350mm, 可调范围100mm), 总高211m。为保障阳极的导向对中, 阳极宽650mm, 导向装置单边100mm, 加槽钢宽度, 总宽1m。机架设计根据上述想法, 机架长6m、宽1m、高2.1m, 采用16#槽钢组焊制作, 其结构简图如(图4) 所示, 为现场制作件。链式输送机考虑到材料备件与前后输送链的互换性, 降低单独的库存, 同时输送链、主从动链轮为常用件, 选用与前后输送机相同型号的输送机。输送链节距为PB160mm、主从动链轮为16齿、输送距离为7m, 功率比照等长度链式输送机采用212kW, 因需克服压紧装置磨擦阻力和开槽锯片逆锯反力, 乘以115的系数, 最后选用3kW功率, 均为采购件, 其输送进给速度见后面分析。压紧装置如(图5) 所示, 生阳极在生产过程中, 高度偏差在30mm内, 偶有部分生阳极在成型过程中, 因振动给料机出现冲料现象或糊料粘连大块下料, 产生超高生阳极(设定高度550mm,大于580mm定性为超高阳极), 在振动给料机给料不足或顺序停生产系统时, 产生超低生阳极(高度小于500mm)。另外在焙烧过程中, 因生阳极中的沥青焦油受热析出与焙烧炉中的填充料作用, 粘连在阳极表面, 也会出现超高现象, 为此在对压紧装置进行设计的过程中, 既要考虑正常阳极的预紧力, 又要考虑超高、超低阳极的预紧力, 采用图5所示设计, 阳极块的预紧力用弹簧力调节杆调节, 弹簧变形高度60mm, 在出现阳极高度波动时, 用高度调节内外螺纹套调节, 调节范围100mm, 经过图5的设计较好的解决了阳极在开槽切割过程中的压紧, 该压紧开槽段共使用3组压紧装置, 合计6套, 为制作加工件。导向装置如图(图6) 所示, 生阳极在焙烧车间?系列焙烧过程中, 阳极大面间相互接触, 而与焙烧炉中的填充料接触较少, 因而在焙烧过程中,大面析出沥青与填充料结焦较少, 相对大面中部区域外观波动不大, 为此采用导向装置在该区域导向, 其导向可靠性、稳定性相对较好, 安装标高相对于链式输送机上链上表面300mm, 共使用3组导向装置, 合计6套, 为制作加工件。开槽装置为该套在线开槽机是否能正常运行的核心部份, 如何有效改善开槽效率和开槽质量是阳极开槽的难题, 目前石材加工企业多采用人造金刚石锯片对石材进行切割加工, 在加工过程中均需对石材加工区域喷淋冷却液(或冷却水) 冷却物料与锯片的磨削面。我公司阳极块年产能17万,t 若采用加水冷却方式进行阳极底部开槽, 则阳极块内易留存水份, 在组装车间磷铁水浇铸钢爪、阳极时存有极大的安全隐患(铁水爆炸) 和浇铸质量隐患, 对预焙铝电解槽工艺影响也较大, 同时加水冷却后磨削下来的粉料近4000t/a (阳极重800kg/块, 经开槽后重量减轻18kg/块, 17万t产能计2114万块) 回收困难, 既造成资源浪费, 又造成极大的环境污染, 为此采用金刚石圆盘锯直接对阳极底部磨削开槽, 两片锯片独立工作, 减小通轴相互干涉共振引起较大振动, 同时便于拆卸更换人造金刚石锯片, 功率比照圆盘锯直径为1000mm的石材切割机, 最后选用2台15kW的金刚石圆盘锯, 除电机、减速机外, 均为机加工制作件, 其线速度、开槽深度见后面分析。4 人造金刚石圆盘开槽机性能的分析实践改进在开始阶段采用了普通的人造金刚石切削刀头, 开槽过程中切削性能差, 金刚石切削刀头易于发红脱焊, 锯片使用周期短, 为此对人造金刚石切削刀头在操作过程中进行了较长时间的分析、实践、改进, 最终熟块在线开槽取得较好效果, 实现单台开槽机产能12块/h的较好水平, 现将分析改进如下。4.1 人造金刚石圆盘锯的切削因素分析4.1.1 人造金刚石圆盘锯线速度在开槽过程中, 金刚石圆盘锯片的线速度受到设备条件、锯片质量和阳极块的限制, 阳极块硬度较高, 线速度应选用低速。开始阶段锯片转速450r/min, 线速度为21m/s, 但在切削过程中, 刀头发红严重, 切削困难, 后增加变频器调速进行实验, 发现锯片转速在300r/min左右时, 机架振动较小, 刀头无发红现象, 线速度为14m/ s。4.1.2 阳极开槽深度阳极开槽深度需按电解工艺要求确定, 但开深度是影响金刚石磨耗、有效切削、锯片受力情况的重要参数。通常情况下, 深度深金刚石圆锯片的线速度应适当降低。4.1.3 输送进给速度输送链进给速度(即阳极进给速度): 它的大小影响锯片切削效率、锯片受力和磨削区域的散热情况。为提高磨削效率, 根据减速机、机架振动情况和阳极在输送链上是否产生相对运动等因素, 增加变频器调速增减进给速度进行实验, 最终确定输送机进给速度为350mm/min。4.2 人造金刚石圆盘锯质量因素4.2.1 金刚石粒度常用的金刚石粒度在30/35 60/80范围内。被加工材料愈坚硬, 宜选用较细的粒度。因为在同等压力条件下, 金刚石愈细愈锋利, 有利于切入坚硬的材料。另外, 大直径的锯片要求切削效率高,宜选取用较粗的粒度, 如30/40, 40/50; 小直径的锯片锯切的效率低, 要求被加工材料截面光滑,宜选用较细的粒度, 如50/60, 60/80。经对粗细粒度不同配方试用比较后, 目前选用的金刚石粒度是40/50的粗粒度配方和大直径锯片900mm。4.2.2 金刚石浓度所谓金刚石浓度, 是指金刚石在工作层胎体中分布的密度(即单位面积内所含金刚石的重量)。/ 规范0规定, 每立方厘米工作胎体中含414克拉的金刚石时, 其浓度为100%, 含313克拉的金刚石时, 其浓度为75%。体积浓度表示结块中金刚石所占体积的多少, 并规定, 当金刚石的体积占总体积的1/4时的浓度为100%。增大金刚石浓度可望延长锯片的寿命, 因为增加浓度即减小了每粒金刚石所受的平均切削力。但增加浓度必然增加锯片的成本, 因而存在一个最经济的浓度, 目前选用的是高浓度配方。4.2.3 刀头结合剂的硬度结合剂的硬度越高, 其抗磨损能力越强。因而, 当锯切研磨性大的材料时, 结合剂硬度宜高;当锯切材质软的材料时, 结合剂硬度宜低; 当锯切研磨性大且硬的材料时, 结合剂硬度宜适中, 根据结合剂的类型、成份配比、相对密度、金相组织、机械性能以及结合剂与金刚石之间的结合形式, 目前选用了铁基结合剂。4.2.4 力效应 温度效应及磨破损力效应: 在切削过程中, 锯片要受到轴向力和切向力的作用。由于在圆周方向和径向存在力的作用, 使得锯片在轴向呈波浪状, 在径向呈碟状。这两种变形都会造成阳极端磨削槽不平直、槽宽加宽、磨削过程中噪音大、振动大, 造成金刚石结块早期破损、锯片寿命降低。温度效应: 传统理论认为: 温度对锯片过程的影响主要表现在两个方面: 一是导致结块中的金刚石石墨化; 二是造成金刚石与胎体的热应力而导致金刚石颗粒过早脱落。新研究表明: 切割过程中产生的热量主要传入结块。弧区温度不高, 一般在40120e之间。而磨粒磨削点温度却较高, 一般在250700e 之间。这样的温度不致使石墨炭化,却会使磨粒与工件之间摩擦性能发生变化, 并使金刚石与添加剂之间发生