铝电解阳极导杆钢爪清理机的改进与设计

铝电解阳极导杆钢爪清理机的改进与设计

杨　

(中国铝业青海分公司炭素厂,青海大通810108)

[摘　要]结合本单位阳极组装生产线上钢爪清理机的实际应用,针对已使用过的清理阳极导杆组钢爪表面的抛丸机和钢丝清刷机两种机械存在的缺陷,提出应用钢丝绳清理机这一新型设备清理钢爪表面。文章介绍了新型清理机的结构形式、工作原理及其使用效果。[关键词]清理机;钢爪;阳极导杆;铝电解

[中图分类号]TF351.02 [文献标识码]A [文章编号]1003-8884(2009)06-0013-04

Improvement and Design of the Cleaning Machine for

Anode Guide Steel Claw in Aluminium Electrolysis

YANG Yang

(Car bon Plant ,Qinghai Branch ,CHALC O .,Datong 810108,China )

A bstract :According to the practical application of the cleaning machine for steel claw on the anode unit as -sembly line ,in vie w of the defects existed in the shot blasting machine for cleaning steel claw surface on the

anode guide unit and the wire cleaning machine ,the article puts forward adopting the ne w equipment wire cleaning machine for cleaning steel cla w surface ,introduces new cleaning machine from the aspects of structure for m ,working principle and application effect .

Key words :cleaning machine ;steel cla w ;anode guide ;aluminium electrolysis

[收稿日期]2009-09-10[作者简介]杨　(1972-),男,青海乐都人,工程师,大学本科,长期从事设备管理工作,现任炭素厂设备科科长.

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3～15m m 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,显著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[1]。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15～35m V 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,将显著降低磷铁的附着力。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(16～21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。

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Υ0.8～Υ1.2mm的单根钢丝制作[1]。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个班(8小时制)后,其钢丝会向一边倾斜(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)。钢丝清理机虽然显著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,每个清刷器以一定转速、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支撑[2]。每个清刷器由转筒与沿转筒圆周均布的4组连接器组成,每组连接器上纵向排列32根(两列)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。

在图1中,铝导杆在悬链输送机的牵引下,以12cm/s左右的速度缓慢进入钢爪清刷机。首先由1#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#清刷器对钢爪头的清刷部位由左上侧1/4逐渐过渡至右上侧1/4圆柱面,同时2#清刷器开始对钢爪头的左下侧1/4圆柱面进行清刷;钢爪继续前进,钢爪左侧第一个钢头逐渐脱离1#清刷器的清刷区域,2#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-8(功率2.2kW、转速720r/min),清理筒工作转速在650～720r/min的范围内,清刷器的清理区范围为280～340mm(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7～9s (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著增加。

2.3　清理机的配置与主要器件加工[2]