真空抬包设计抬包结构设计说明书【带CAD装配图】

中原工学院毕业设计（论文） 1 第 I 条 Abstract Graduate design of the entire contents is the design of a large -scale absorption of aluminum vacuum ladle of the mai n design features and technical difficulties. With electrolysis technical transformation of the expansion project completed ,To solve molten alumi num suction operating inefficiencies, molten aluminum heat loss big issue ,we need to develop bulk density of 4 -6 tons without interim Ladle unlucky vacuum ladle. With the domestic large prebaked electrolyzer successfully developed, the current was gradually increased to 160 KA, 200KA. 280KA, 320KA, electrolyzer resulted i n a significant i ncrease i n production of alumi num, aluminum vacuum suction small ladle has been unable to meet production needs. Sealing performance through the use of good, strong ability to prevent deformation of the ladle structure, High Life package and suction tubes li ni ng and reasonably ascertai n the location of shaft, so we will be able to achieve more satisfactory results. Papers used by the design of large aluminum vacuum suction Ladle institutions is conducive not only to better meet the needs of production, further improve the production efficiency and greatly enhance the production progress and hence i nvolves the production proceeds. It as a production of i ntermediate process for the production of essential progress is essential to the production part. Key words: Ladle structure， vacuum， jet 中原工学院毕业设计（论文） 2 第 II 条 摘 要 毕业设计的全部内容设计为大型吸铝真空抬包设计的主要特点与技术难点。 随着电解技改扩建项目的完成 , 为解决铝液抽吸运转效率低下、铝液热量损失大的问题，需要研发容重为 4-6 吨无需中转浇包倒运的真空抬包。 随着国内一些大型预焙电解槽的研发成功， 电流已陆续提高至 160KA、200KA、 280KA、 320KA，电解槽产铝量大增，小型吸铝真空抬包已不能满足生产的需要。 通过采用密封性能好、防变形能力强的抬包结构，使用寿命高的包衬和吸铝管以及合理地确定转轴的位置，这样 就能达到较为满意的效果。 采用论文中所设计的大型吸铝真空抬包机构不仅 有利于更好地满足生产的需求，进一步提高产品的生产效率，大大地提高生产进度以及由此而牵扯到的生产收益问题。它做为一个生产的中间过程，对于生产的进度来说至关重要，是生产所必不可少的一部分 。 关键词：抬包结构，真空度，喷射器 中原工学院毕业设计（论文） 3 目 录 摘要 . Abstract . 前言 . 5 1.我国铝冶炼技术现状及发展趋势 . 5 1.1 概况 . 6 1.1.1 氧化铝生产所取得的主要技术成就 . 6 1.1.2 存在的主要问题 . 7 1.1.3 氧化铝冶炼技术的发展方向 . 7 1.2 电解 铝生产技术 . 8 1.2.1 电解铝所取得的主要技术成绩 . 8 1.2.2 存在的技术问题 . 9 1.2.3 铝电解技术的发展方向 . 10 2.研发大型真空抬包在国民经济中的实用价值和 需要解决的主要问题 . 10 2. 1. 大型吸铝真空抬包的研发 . 11 2.2有待解决的主要关键问题 . 11 2.3解决这些问题所采用的方法 . 11 3. 研发工作的前提及进行的条件 . 12 3.1研究的前提与假设 . 12 3.2. 实验方案的拟定 . 12 3.3基本概念和理论基础 . 13 4主要部分的设计计算与校核 . 17 4 1 抬包结构设计校核 . 17 4.2 真空度分析 . 19 4.3 电动机的选择 . 20 4.31 选择电动机的种类，类型和结构形式 . 21 4.32 选择电动机的功率 (容量 ) . 21 4.33 确定电动机的转速 . 21 中原工学院毕业设计（论文） 4 5结构设计部分 . 21 6. 工艺及性能参数 . 24 7. 技术经济性分析 . 25 8. 方案的校验 . 25 总 结 . 26 致 谢 . 27 参考文献 . 28 附 录 . 29 评 语 . 错误 !未定义书签。 评 语 . 错误 !未定义书签。 中原工学院毕业设计（论文） 5 前言 随着科学技术的发展 , 机器的发展速度也较快。但对原有的设备进行工艺和技术的改造 , 使其能满足生产的需要 , 这样不仅造价合理、上 马快 , 而且还可弥补设备的不足 , 减少投资 .用户希望提供满足生产需求 ,更为合理的生产设备。随着机械产品国内外市场竞争的日趋激烈 , 产品更新换代速度进一步加快 , 新产品开发周期大大缩短 , 使制造业向多品种、小批量生产方式发展。不管是哪个国家哪个集团 , 要想在这场竞争中取胜 , 就必须使自己的制造业尽早适应这个大市场的变化 , 将自己的制造业改造成具有精密、柔性、高效的现代自动化制造业。当前 , 现代自动化制造业的水平已成为衡量一个国家工业化水平和综合实力的重要标志。 真空抬包是电解铝冶炼过程中的一个重要设备，其主要 功能是将电解槽中的电解铝液吸出并倒运至混合炉。中国铝业河南分公司电解厂原电解槽为 65KA 自焙槽，年产铝量为 3 万吨，采用容重为 2 吨的真空抬包来吸铝，并配合 5 吨的敞口包来倒运即可满足生产的需要。随着电解技改扩建项目的完成，电解槽变为 85KA 预焙槽，电解厂年产铝量为 5 万吨，为解决铝液抽吸运转效率低下、铝液热量损失大的问题，需要研发容重为 4-6 吨无需中转浇包倒运的真空抬包。随着国内一些大型预焙电解槽的研发成功， 电流已陆续提高至160KA、 200KA、 280KA、 320KA，电解槽产铝量大增，小型吸铝真空抬包已不 能满足生产的需要。 所以 , 解决这个问题的办法只能是 :一方面要采用大型的真空抬包，以扩大铝液的容量，另一方面提高机器的自动化水平，采用电动式和手动式的倾转机构，使得操作更为方便。 本论文就作者对真空抬包的容量以及抬包结构等进行说明，由于水平有限不免有错误和遗漏之处，望请原谅。 1.我国铝冶炼技 术现状及发展趋势 我国的铝冶炼工业经过几十年的发展 ,取得了前所未有的成绩 ,2000 年氧化铝产量达 429 万 ,铝锭 283 万 ,我国已成为世界铝生产和消费的大国。这一成绩的取得 ,与科技的贡献是不可分的。现就我国氧化铝和电 解铝方面所取得的成绩作一回顾 ,并就我国氧化铝生产技术的发展趋势作一分析。 中原工学院毕业设计（论文） 6 1.1 概况 氧化铝生产技术 我国铝土矿资源绝大多数为一水硬铝石 ,高铝、高硅、低硫、低铁、中低铝硅比 ,AL2O3 含量一般在 40% 75%,SiO2 含量一般在 4% 18%,铝硅比小于 4 的占 7.42%,4 7 的占 59. 53%,7 10的占 26.08%,大于 10 的仅占 6.97%。由于我国铝土矿资源的这一显著特点 ,国内氧化铝生产大多采用混联法 ,此外 ,还有拜耳法和烧结法。 1.1.1 氧化铝生产所取得的主要技术成就 (1)矿石均化和多碎少 磨技术 ,包括矿山块矿石及进厂碎矿石均化 ,多碎少磨提高了磨矿效率 ,降低了磨矿成本 ； (2)烧结法熟料烧成强化技术 ,包括高品位铝土矿强化烧结技术、铝土矿浮选精矿强化烧结技术、生料浆配料、非饱和配方、石灰配料和高浓度碳酸化分解 ,生料加煤排硫、窑体改造及操作改进、单枪喂料 ； (3)烧结法熟料溶出技术 ,包括低苛性分子比溶出、高碳酸钠浓度二段磨溶出、低碳酸钠浓度一段磨溶出 ； (4)粗液脱硅技术 ,包括高压釜间接加热连续脱硅、管道化间接加热连续脱硅、深度脱硅 ； (5)拜耳法强化溶出技术 ,包括管道化溶出、单管预热 高压釜溶出 、管道 停留罐溶出、混联法中的拜耳法不平衡溶出、新型高压隔膜泵 ； (6)一水硬铝石选矿 拜耳法生产氧化铝技术 ,该技术将选矿技术和拜耳法有机结合 ,有效地利用了我国大量的中低品位铝土矿 ,降低了氧化铝的生产成本 ； (7)赤泥分离技术 ,包括絮凝沉降分离、 42 6大型钢索扭矩沉降槽、 100辊子卸料真空转鼓过滤机、 385单筒凯利叶滤机 ； (8)分解技术 ,包括连续碳酸化分解、 4400 大型平底分解槽、 245立盘过滤机、 51水平盘式过滤机、 270大型板式换热器、 27水平带式真空过滤机 ； (9)氧化铝闪速焙烧技术 ,包括美国闪速焙烧炉、丹麦气体悬浮燃烧炉 ； (10)蒸发技术 ,包括降膜蒸发器 ,高效闪蒸器等。此外 ,在多品种氧化铝生产 ,赤泥综合利用、镓回收、仪表及生产过程自动控制等方面也取得了很大的成绩。 中原工学院毕业设计（论文） 7 1.1.2 存在的主要问题 (1)原料质量差、铝土矿 /低我国铝土矿资源与国外三水铝石和一水软铝石相 比 ,原料质量差 ,铝土矿 /低 ,需要高温高压溶出 ,这给氧化铝生产带来了困难。 (2)能耗高由于混联法既有完整的拜耳法系统 ,又有完整的烧结法系统 ,流程异常复杂。接踵而来的是能耗很高 ,就是处理铝硅比约为 10 的优质矿石 ,能耗仍高达 38 /氧化铝 ,是国外一般拜耳法的 3 倍多。很显然 ,随着矿石品位下降 ,经济的拜耳法比例减少 ,昂贵的烧结法比例增加 ,能耗还要增加。 (3)产品质量不高 ,多为中间状氧化铝目前国内冶金级氧化铝产品多为中间状氧化铝 ,产品粒度较细 ,产品的磨损指数较大 ,要很好满足现代电解铝工业大型预焙槽的要求 ,还要加快砂状氧化铝的开发。 (4)产品结构不合理目前我国氧化铝厂多以生产冶金级氧化铝产品为主 ,产量达 406 万 ,而非冶金级氧化铝产品的年产量 23 万左右 ,与市场需求相比差距很远。 (5)技术的产业化程 度需要进一步提高这几年 ,铝行业开发了不少先进技术 ,但是推广应用的程度还不够 ,今后要进一步在项目立项、研发和产业化的各个环节加强与生产的结合 ,提高技术成果的产业化率 1.1.3 氧化铝冶炼技术的发展方向 (1)加速铝土矿选矿工艺的产业化步伐铝土矿选矿工艺研究通过“九五”科技攻关 ,已经完成了工业试验 ,形成了一套完整的工艺路线 ,“十五”期间要加快该技术的产业化 ,并开展铝土矿的反浮选技术研究。 (2)强化和革新现有生产方法溶出是拜耳法的关键工序。我国现在已经有了 3 种强化溶出技术 : 、长城铝业公司引进的德国管道化溶 出 ； 、山西铝厂引进的法国单管预热 高压釜溶出 ； 、我国自行开发的管道 停留罐溶出。应该在总结生产实际效果的基础上 ,尽快推广应用。强化熟料烧结过程 ,如降低烧成温度 ,改变供料方式 ,改进窑体结构等 ,其次是提高溶液浓度 ,强化湿法各工序。采用各种添加剂 ,例如沉降絮凝剂、过滤助滤剂、分解添加剂、溶出添加剂等 ,可以显著强化生产过程 ,而且很容易被工业上采用。种子搅拌分解是氧化铝生产中贮存液量最多 ,时间最长的工序 ,它的强化必将显著提高工厂的生产能力。 中原工学院毕业设计（论文） 8 (3)加快砂状氧化铝生产技术的攻关 ,提高我国氧化铝产品质量我国氧化铝 工业由于以一水硬铝石型铝土矿为主要生产原料 ,致使种分和碳分分解原液的氧化铝浓度高、苛性比值也较高 ,生产砂状氧化铝的技术难度较大。“十五”期间要重点解决铝酸钠溶液分解过程粒子成核控制技术、铝酸钠溶液分解过程产品粒度控制技术、铝酸钠溶液分解过程产品强度控制技术和添加剂强化分解技术等。通过科技攻关 ,形成一套适合我国砂状氧化铝生产技术。 (4)加快氧化铝技术成果的产业化加快石灰拜耳法、双流法新技术、间接加热连续脱硅、高效沉降槽、降膜蒸发技术等技术在氧化铝生产过程中的产业化应用 ,进一步降低生产能耗和生产成本。 1.2 电解铝生产技术 目前铝全部采用熔盐电解方法生产 ,其生产设备从较早的单一侧插自焙槽 ,发展到拥有侧插自焙、上插自焙、预焙槽等各种槽型。我国已完成了180、 280和 320的现代化预焙槽的工业试验和产业化。以节能增产和环保达标为中心的技术改进与改造 ,促进自焙槽生产技术向预焙槽转化 ,获得了巨大成功。我国已经成为大型预焙槽开发的先进国家。 1.2.1 电解铝所取得的主要技术成绩 (1)大型预焙槽的开发 1992年完成 180预焙槽工业试验 ,电流效率达到 93%,铝直流电耗达 13800 /左右 ,生产工 艺技术条件与 160槽基本相同。 1996年完成了 280预焙槽工业试验 ,这一技术已成功地应用于焦作万方铝业集团公司。目前电流效率达到 93%以上 ,铝直流电耗达 13400 /左右 ,生产运行平稳。 2000 年完成了 320大型预焙槽工业试验 ,电流效率达 94 92%,平均铝直流电耗 13192 / ,达到了法国铝业公司开发的 -30 大型电解槽的技术指标 ,最近已和印度一家公司签定了技术转让合同 ,实现了技术的输出。 (2)计算机控制技术目前我国主要电解铝厂均采用了计算机控制。自适应控制技术、模糊控制技 术和智能模糊控制技术的开发应用使吨铝节电在100左右。 (3)采用添加剂电解质中添加氟化镁、氟化铝和锂盐等物质可以改善电解质的某些物化性能 ,从而提高电解过程中电流效率 (约 2%左右 )。降低电中原工学院毕业设计（论文） 9 解成本。在电解质中加入添加剂目前已被广泛应用。 (4)电解槽结构的改进电解槽结构的改进已先后完成了槽壳结构的改进、槽底保温结构的改进、阴极结构及材料的改进、阳极系统的改进和点下料系统的试验和应用。此外 ,在电解工艺制度和烟气净化方面也取得了显著成绩。 1.2.2 存在的技术问题 (1)整体机械化装备水平尚待提高尽管我 国在铝电解生产实践中研究开发了一系列专用设备 ,如多功能联合机组、地爬打壳机、筒式下料器等 ,但与国际先进水平相比 ,机械化装备水平尚需进一步提高 ,主要表现在 : 、国产多功能联合机组故障频繁 ,制造质量还不高 ,关键部件需要进一步开发 ,如扭拔机构 ,空压系统及电气控制部分。 、相配套的供料系统和槽上部下料系统跑、冒、漏现象严重 ,多功能机组受料问题需改进提高 ；对闸刀式下料和插板式下料装置应改造成点式下料。 、与工艺操作相配套的设备需研究开发 ,如出铝及清理抬包的机械化 ,与电子计算机控制相适应的打壳下料电磁阀的质量及工 作性能提高等。 、保证大型预焙铝电解槽生产用的压缩空气水分较大 ,这是目前全国各大铝厂普遍存在的问题 ,尽管设有气水分离器 ,但效果不理想 ,极易损坏各种电磁阀 ,造成一系列设备故障而影响生产。 、与铝电解工艺操作相配套的其它设备需开发 ,如阳极更换设备 ,要求不仅能准确地拆卸和安装 ,而且在更换时能处理残极周围的结壳及掉入槽中的电解质块 ,现场卫生清理设备及电解槽一系列技术测试设备等。 (2)铝电解槽寿命短现在国际上的大型预焙铝电解寿命在 7 年以上 ,有的已达 10 年 ,而我国铝电解槽平均寿命仅 4 年左右。尽管经过几年的生产实践 ,采取了一系列技术措施 ,基本克服了电解槽早期破损问题 ,但槽寿命仍与世界先进水平差距较大。 (3)自动控制水平尚待进一步提高尽管我国大部分铝电解厂采用了电解槽槽控技术 ,但整体的自动控制水平仍然不高 ,与国外相比差距较大 ,主要表现在控制电解槽生产过程的信息取样不完整 ,电解槽专家系统不完备 ,与计算机控制技术相配套的设备故障较多以及综合的动态研究不充分等。 中原工学院毕业设计（论文） 10 1.2.3 铝电解技术的发展方向 (1)完善大型预焙槽技术在现有开发成功的 180、 280和 320大型预焙槽的基础上 ,逐步完善。使其各项技术指标进一步提 高 ,达国际领先水平。 (2)自焙槽改造技术自焙槽目前约占我国铝的总产能的一半左右 ,鉴于我国目前的经济状态 ,在短期内全部淘汰是不可能的 ,因此 ,对自焙槽进行技术改造是势在必行的。 (3)加强“三场”技术研究只有认真进行“三场”技术研究 ,才能从根本解决目前电解槽结构的不足 ,提高铝电解技术水平。总之 ,我国铝冶炼技术水平近些年来得到了迅速的发展 ,缩短了与发达国家的差距 ,但我们还应该看到 ,我国加入 ,铝冶炼工业所面临的挑战 ,加快技术进步 ,提高铝冶炼企业的竞争力是我们迫切的任务。 2.研发大型真空抬包在国民经济中的 实用价值和需要解决的主要问题 随着科学技术的发展 , 机器的发展速度也较快。但对原有的设备进行工艺和技术的改造 , 使其能满足生产的需要 , 这样不仅造价合理、上马快 , 而且还可弥补设备的不足 , 减少投资 .用户希望提供满足生产需求 ,更为合理的生产设备。随着机械产品国内外市场竞争的日趋激烈 , 产品更新换代速度进一步加快 , 新产品开发周期大大缩短 , 使制造业向多品种、小批量生产方式发展。不管是哪个国家哪个集团 , 要想在这场竞争中取胜 , 就必须使自己的制造业尽早适应这个大市场的变化 , 将自己的制造业改造成具有精密、柔性 、高效的现代自动化制造业。 当前 , 现代自动化制造业的水平已成为衡量一个国家工业化水平和综合实力的重要标志。 真空抬包是电解铝冶炼过程中的一个重要设备，其主要功能是将电解槽中的电解铝液吸出并倒运至混合炉。中国铝业河南分公司电解厂原电解槽为 65KA 自焙槽，年产铝量为 3 万吨，采用容重为 2吨的真空抬包来吸铝，并配合 5 吨的敞口包来倒运即可满足生产的需要。随着电解技改扩建项目的完成，电解槽变为 85KA 预焙槽，电解厂年产铝量为 5 万吨，为解决铝液抽吸运转效率低下、铝液热量损失大的问题，需要研发容重为 4-6 吨无需中转浇包倒运的真空抬包。 随着国 内一 些大 型预 焙电解 槽的 研发 成功 ， 电流已 陆续 提高至160KA、 200KA、 280KA、 320KA，电解槽产铝量大增，小型吸铝真空抬包已不能满足生产的需要。 所以 , 解决这个问题的办法只能是 :一方面要采用大中原工学院毕业设计（论文） 11 型的真空抬包，以扩大铝液的容量，另一方面提高机器的自动化水平，采用电动式和手动式的倾转机构，使得操作更为方便。 2. 1. 大型吸铝真空抬包的研发 有利于更好地满足生产的需求，进一步提高产品的生产效率，大大地提高生产进度以及由此而牵扯到的生产收益问题。它做为一个生产的中间过程，对于生产的进度来说至关重要，是生产所必不可少的一部分。 2.2有待解决的主要关键问题 随着国内一些大型预焙电解槽的研发成功，需研发出相应的大型吸铝真空抬包以满足生产的需要。 有待解决的主要关键问题有以下几个： （ 1）包盖与包体的密封及防变形措施。 （ 2）包衬及吸铝管使用寿命。 （ 3）转轴位置的确定及倾转力矩的计算。 2.3解决这些问题所采用的方法 而需解决这些问题所采用的方法是： （ 1）包盖与包体的密封及防变形措施。对于大型吸铝真空抬包，包体直径较大，包盖与包体法兰采用凸凹止口密封，密封件 为石棉盘根。由于包盖与包体受热不均以及包体在起吊时的受力不均，容易导致包盖与包体法兰止口错位，从而引起密封不严。对于这个问题，一方面要加强包体与包盖强度，包体与包盖均需加筋，采用厚法兰。另一方面要采用合理的密封方式，可将包盖法兰嵌入至包体法兰内，形成双重止口密封，一旦小止口密封失效，可启用大止口密封。 （ 2）包衬及吸铝管使用寿命。对于小型吸铝真空抬包，由于其直径小、高度低，采用耐火砖砌包衬，其强度足可满足其使用寿命，对于大型吸铝真空抬包，由于其容积大，包衬必需采用浇注料整体浇注，其强度才可满足使用寿命。吸 铝管属耗损件 ,为提高其使用寿命 ,可采用耐温 900 以上的耐热铁铸造，并需进行热处理，耐热铁材质中 Si含量不可过高，以防止和中原工学院毕业设计（论文） 12 电解槽中的氟化盐发生化学反应，影响吸铝管使用寿命。 （ 3）转轴位置的确定及倾转力矩的计算。对于大型吸铝真空抬包，由于采用电动操作，从操作安全的观点出发，转轴位置应高于空包和满包的重心。抬包倾转力矩 M 包括空抬包包体所引起的转矩 M1，以及在浇注过程中由于铝液不断倾出，余留在抬包内的铝液所引起的转矩 M2，此外还有转轴与其轴颈的摩擦力矩 M3，三者均为转角的函数。 M=M1+M2+M3 3. 研发工作的前提及进行的条件 3.1研究的前提与假设 本次的设计课题是由指导老师提出，并对已有的产品进行参观实习，在此基础上，而得来的一些基本前提。如 中国铝业河南分公司电解厂原电解槽为 65KA 自焙槽，年产铝量为 3 万吨，采用容重为 2 吨的真空抬包来吸铝，并配合 5 吨的敞口包来倒运即可满足生产的需要。而现在随着电解技改扩建项目的完成，电解槽变为 85KA 预焙槽，电解厂年产铝量为 5 万吨，为解决铝液抽吸运转效率低下、铝液热量损失大的问题，需要研发容重为4-6 吨无需中转浇包倒运的真空抬包。随着国内一些大型预焙电解槽 的研发成功， 电流已陆续提高至 160KA、 200KA、 280KA、 320KA，电解槽产铝量大增，小型吸铝真空抬包已不能满足生产的需要。为此我们需要对原有的产品进行改进，以满足生产要求。原有的产品是为 2 吨左右的小型抬包机构，并且需要中转浇包进行倒运，我们对此进行假设，如果可以撤去中转浇包，与小型抬包合为一体，这样不仅方便，而且简化了操作，便利了生产管理。同时还考虑到需解决的一系列问题，例如盛铝液的容量要变大，减少热量的损失，撇渣的效果要好，检修方便等等问题。 3.2. 实验方案的拟定 从以上对真空抬包机构的 分析与假设中，并考虑到一些关于抬包结构中可能存在的问题，如抬包体的使用寿命，吸铝管的使用寿命，包体的密封以及转轴位置的确定及倾转力矩的计算等，综合以上几种情况，设计出了适合生产需要的真空抬包机构。 中原工学院毕业设计（论文） 13 3.3基本概念和理论基础 真空泵是由一个水封式的叶轮 ,在密闭的铁壳内迅速旋转来达到连续抽气的作用。真空泵放置在专门的室内 ,它的抽气管与通往电解槽前的真空管道相连 ,出铝时真空包上的抽气管与真空管道上的一个接头之间接上胶管 ,就形成真空通路 ,这样 ,随着真空泵运转 ,产生 60的负压 ,通过插入铝电解槽内的吸管把铝 水源源不断的吸入到真空包内 ,完成出铝程序。在出铝过程中 ,有几个问题长期困绕着电解生产 : (1)真空管道管路长且每个槽前都设有一个开启阀门 ,这样就造成整个系统密封点多 ,每个厂房动密封点 120 余个 ,静密封点 300 余个。密封性能很难保证 ,且查找泄漏点比较困难 ,影响出铝。 (2)每个槽前都设有开启阀门 ,在开启阀门过程中 ,极易吸进灰尘及氧化铝粉 ,造成管道堵塞现象 ,再就是在吸铝过程中 ,易将电解质颗粒吸进造成堵塞 ,影响出铝。 (3)管道中有一部分需通过电解槽底部地沟穿过 ,管道中须有“ ”形 ,管路中的水分遇寒冷的空气易结冰 ,堵塞管道 ,影响出铝。 (4)由于电解系列电流磁场比较大 ,因此要求电解厂房地坪与电解槽以及槽与槽之间的绝缘都要好 ,如不注意 ,很容易造成真空管道带电 ,打火花击穿管道 ,造成漏气。再一个就是易造成触电伤人。 (5)真空泵运转 ,需要大量动力消耗、人员及检修工时和备件消耗。 改进方案设计新型射流器 ,用电解加工用压缩空气出铝 ,代替老真空出铝系统。新工艺装置见图 1,关键部件 射流器见图 2。此方法 中原工学院毕业设计（论文） 14 既节约又安全 ,并且提高出铝速度 ,而且投资少、维修简便 ,不用专门设备和管路 ,利用现有厂房内压缩空气即可。射流器制作简单 ,成本低 ,性能可靠 ,使用周期长 ,每台射流器正常使用时间可达 8 至 10 年 ,消耗能量少 ,每出铝100， 5 105压缩空气 600。 中原工学院毕业设计（论文） 15 负压发生装置用压缩空气作动力的出铝抬包 ,其罐体、罐盖的结构与真空抬包相同 ,只是在罐盖上设置了一个负压发生装置。其结构如图 1 所示。 在负压发生装置中 ,三通 5 固定于出铝抬包的罐盖上。喷嘴 4 与喉管 3之间的相对位置可以调节 ,消音排气管 2 上附有联接法兰 ,可以联接一个阀门。负压发生装置的工作原理依据的是射流技术。射流技术是用流体作工作介质 ,可以不受放射性物质辐射、强电场、磁场的 干扰 ,对温度变化和振动也几乎不受影响。并且具有经济、可靠、寿命长、结构简单、制造容易、成本低等优点。 凡是流体 (气体或液体 )喷射成一束的流动就叫射流。一束流体从喷管中喷出的流动是无规则、杂乱的扩散运动。在流动过程中必然会撞击射流周边的静止空气或其它流体 ,随之带着它们一起向前运动。这种现象叫做卷吸作用 ,或称抽气作用。 负压发生装置 ,就是利用射流过程抽气作用的特性 ,当压缩空气从进气管接头 6 引入负压发生装置后 ,经喷嘴 4 喷射出去 ,高速的气流穿过喉管 3,进入消声器 1,由消音排气管 2 排入大气。由于射流流动过程的抽气作用 ,造成了射流周边压力的降低 ,于是三通 5 空腔内的气流补充进来 ,形成了附加流动 ,流入的气体量等于同一时间内抽走的气体量。三通 5 空腔内的气体由出铝抬包给以补充 ,因而在出铝抬包内造成负压。 在铝电解生产中 ,一般都采用气动工具。电解车间里设有压缩空气管路系统。为 便于统 一用气 ,负压发 生装置 的设计 ,考虑 压缩空 气工作 压力0 .6 0. 7 ,耗气量为 4 /。负压发生装置造成的负压可达中原工学院毕业设计（论文） 16 到 34。出铝前 ,把负压发生装置联接在出铝抬包的罐盖上 ,在三通与罐盖之间垫以耐热密封垫防止漏气。出铝时 ,先用胶管把负压发生装置 的管接头与电解车间内的压缩空气管路联接好。待出铝抬包的吸铝嘴插入铝电解槽的铝液后 ,打开压缩空气管路上和消音排气管上的阀门 ,调节压缩空气流量 ,并将出铝抬包上的观察孔盖住 ,即可实施出铝工作。 由于在负压发生装置上设有消音器 ,因而消除了压缩空气所产生的噪音。使用压缩空气出铝的操作 ,全部由出铝工完成 ,其工作量与真空出铝时相等。生产操作比较简单。 中原工学院毕业设计（论文） 17 4主要部分的设计计算与校核 4 1 抬包结构设计校核 a. 吊钩处 已知空包体重约 5t，若盛放 4t 的铝液，则总重为 9t,于是有： 1F=9 10 10N=9 410 N 2F=1F/2=4.5 410 N d=86mm, 其中1F为吊钩承受的总重， 2F为吊钩处的吊柄单边承受的竖直拉力 ， 3F为吊柄承受的实际拉力。 图 1 为实际图形， 图 2 为简化图形， 图 1 图 2 中原工学院毕业设计（论文） 18 AD=532mm, DC=220mm, 由此可知 AC=575mm,于是 Cos DAC=0.924, 可得：3F=4.8 410 N , 又 S=3.14 (43 310- )m=5.8 310- m 可得： P=3F/S=48 10/5.8 310- Pa=8MPa, 而 b=598MPa, 可知约为其 75 倍，符合安全条件。 b. 吊臂处 由于两端直接盛重，为总重的一半， 图 3 即 F=45 10N， 而面积为： S=3.14 (50 310- )m=7.85 310- m 可得： P=F/S=45 10/7.85 310- Pa=5.7MPa,而 b=598MPa,约合 105 倍，符合安全条件。 c. 吊臂与包体连接处 ： 图 4 中原工学院毕业设计（论文） 19 已知 F=45 10N,而此处为对剪切部分的校核，故 S=7.85 310- m, 可得： P=F/S=45 10/7.85 310- Pa=5.7MPa,而 s=300MPa, 约合 53 倍，符合安全条件。 d. 吊钩处位置的确定 吊钩处位置的确定是由已有的尺寸进行吊试实验 而确定来的。其步骤为先将吊钩焊接在靠近减速机偏离中心线 90mm 左右，等吊试成功时，再进行打孔，用螺栓连接。如图 5 所示。 图 5 4.2 真空度分析 由于该产品是对已有产品的改进，因此很多地方采用了原来的一些数据，或者说是在原有的基础上进行的改进。中国铝业河南分公司是原来的厂房设备来源于以往的苏联设备，因而大部分的产品都是在原有的设备基础上进行的尝试。特别是有关真空度这一方面， 在生产过程中，往往会遇到这样的问题，比如说设备的真空度取大了，会严重影响设备的密封性，这就要求提高产品的密封性能， 同时也会带来中原工学院毕业设计（论文） 20 成本的提高。 对于现代的经济观念来讲，这很不符合要求；如果设备的真空度取低了，那么生产不能顺利进行，达不到生产的条件，也是不可取的。 而往往在现实生活中，由于各个厂商的需求不同，需要确定出一个合理的真空度值，于是就必须对其进行一个合理的确定。在实习过程中，我们同厂方的技术人员共同进行设计，认真听取技术人员的意见和建议，采取了用类比的方式进行真空度的计算。最终在得到技术人员认可的情况下，我们将数值确定在 0.04-0.045MPa 之间。因为这不仅是设计人员的问题，也是客户所要求的。其确定方式 如图 6 所示，一般设计者希望在 a 点就可以，而厂方则要求在 c 点，厂方希望尽量的大，而大的压强必然导致密封要求高，技术要求也高，难度很大，所以经双方协调，达成共识，取在 b点。这样最终的方案才能确定下来。 图 6 4.3 电动机的选择 根据工作负荷的大小和性质，工作机的特性和工作环境等，选择合中原工学院毕业设计（论文） 21 适的电动机包括电动机的种类，类型和结构形式，功率和转速，确定电动机的型号。 4.31 选择电动机的种类，类型和结构形式 由于生产单位一般多采用三相交流电源，因此无特殊要求时应选用三相交流电动机， Y 系列三相笼型 异步电动机是一种用途广泛的全封闭自扇冷式电动机由于结构简单，价格低廉，工作可靠，维护方便，因此选择这种系列。 4.32 选择电动机的功率 (容量 ) 标准电动机的容量由额定功率表示。电动机的功率选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。功率过小不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而提早损坏；功率过大，则电动机的价格高，能力不能充分发挥，经常不在满载下工作，效率和功率因数都较低，造成浪费。 需要电动机的输出实际功率 Pd=Pw/ 而 Pw=FV/1000 w 因此： Pd=FV/1000 w 由于电动 机至工作机之间传动装置的总效率为： = 联轴 器 * 3 蜗轮 * 3 轴承 由机械设计手册可查的蜗轮的啮合效率： 蜗轮 =0.97；联轴器的效率： 联轴器 =0.99；滚动轴承的效率： 轴承 =0.99 则 =* 3 轴承 联轴器 * 3 蜗轮 =0.973*0.99*0.993=0.876 需要电动机输出的工作效率 Pd 为 Pd=FV/1000 w =3.628 查表，可选择电动机的额定功率 Ped=4KW。 4.33确定电动机的转速 按推荐的转速以及工厂实际转速，我选择了 1000r/min,又查表可选Y132M1-6 型 5结构设计部分 即将设计出的大型吸铝真空抬包，主要由包盖、包体、包衬、吊架、人孔、快开盖、喷射器、吸铝管、减速机、电机等部件组成。 中原工学院毕业设计（论文） 22 主要特点表现在以下几方面。 （ 1）外形为圆柱状，方便制作、节省材料，与同体积锥桶形真空抬包相比，散热面积小，有利于保温。虽然锥桶形抬包比圆柱状抬包更有利于清理熔渣及残余铝液，但对于大容积抬包清除残渣已较为方便。 （ 2）采用茶壶式浇包的结构形式，铝液从包底浇出，熔渣被挡在包内，撇渣效果好。 （ 3）抬包带包盖，包盖与包体采用活节螺栓连接，固定方便。包盖与包底封头采用平底封头。抬包 大修、清渣、砌包衬均可开盖进行，十分方便。考虑到抬包的少量清渣、日常检修以及解决抬包在使用间歇中自身散热的问题，在包盖上设立了人孔。 （ 4）包嘴盖设计成快开的结构形式，包嘴盖与包口管铰接，并采用偏心自锁机构来控制包嘴盖的开启与关闭，使用安全方便。 中原工学院毕业设计（论文） 23 （ 5）采用喷射器利用压缩空气抽真空吸铝。考虑到电解槽工作时，打壳下料、母线提升等工序均采用压缩空气工作，因此可与电解槽共用一个气源，减少设备配置。喷射器工作原理为射吸式原理。 （ 6）减速机是抬包的倾转机构，由于抬包容积的增大，自重及盛铝量均增大，抬包 的倾转力矩增大，手动倾转费力、效率低而且不安全，该减速机在结构形式设计为手动与电动均可，正常操作为电动，手动为检修和突发事故时用，手动与电动的切换采用爪式离合器，切换迅速方便，安全可靠。该减速机电动为三级蜗轮蜗杆减速，手动为两级蜗轮蜗杆减速，减速比大。 中原工学院毕业设计（论文） 24 6. 工艺及性能参数 大型吸铝真空抬包的工艺性能参数如下： 抬包容重： 4-8t（铝液）； 铝液温度： 900C； 吸铝能力： =0.4t/min； 倾转角度： =75C； 压缩空气消耗量： 4-8m/min； 压缩空气压力： 0.6MPa； 真空度： 0.04-0.045MPa； 电机功率： 3-5.5KW； 减速比：电动 9300； 包衬寿命： =1500 包次 ； 中原工学院毕业设计（论文） 25 吸铝管寿命： =300 包次 。 7. 技术经济性分析 开发研制的大型吸铝真空抬包具有盛铝量大、工作效率高、铝液热量损失小、设备配置价低、操作劳动强度低、撇渣效果好、检修清渣方便等特点，目前，随着我国上万台自焙槽改造提产的进行以及大电流预焙槽电解铝厂的建立，市场推广前景良好。 使用压缩空气出铝是稳妥可靠的 ,设备结构和生产操作都很简单 ,也不会增大空压站的负荷量。可以省去真空系统 ,减少工 作量和劳动定员。这对于各种规模的新建铝厂和老厂技术改造 ,都有实际意义 ,值得推广应用。 该工艺的改进 ,投资少 ,效益显著 ,对全国各老电解厂矿具有推广价值。 8. 方案的校验 通过以上对大型真空抬包结构的设计以及计算，和对包体真空度的分析，能够满足生产的要求，适应现代社会的生产形式，达到了较为理想的设计程度，从而我们可以看出此次的设计还是比较成功的。不仅做到了包体的良好密封，结构的合理设计，真空度合乎要求，同时也达到了造价和成本