铝电解槽专用设备现状及发展方向

1、铝电解槽专用设备现状及发展方向肖述兵(中国铝业青海分公司 第一电解厂 ,青海 大通 810108) 摘 要 较详细地叙述目前铝电解槽专用设备的现状和装备水平 ,并提出今后的发展方向 。 关键词 铝电解槽 ;现状 ;多功能机组 ;装备 ;水平 中图分类号 TF351 - 1 文献标识码 A 文章编号 1003 - 8884 (2004) 03 - 0001 - 05目前 ,国内电解铝厂发展态势迅猛 ,在新建电解铝厂的同时 ,老企业亦在不断进行技术改造 ,扩大产 能 ,特别是大型预焙电解槽的出现 ,对铝电解槽专用 设备多功能机组的要求越来越高 ,各企业都将先进 设备视为第一生产力 ,做为企业发展竞

2、争的首要优势 。铝电解槽专用设备的分类根据预焙槽在电解车间的配置方式不同 ,可以 分为横向配置 (电解槽大面靠大面) 和纵向配置 ( 电 解槽小面靠小面) 两种 。预焙槽按进电方式不同 ,可 以分为两点进电槽 (从两个小面上进电) 和大面多点 进电槽 。合理设计的多点进电槽具有较好的三场分 布 ,生产指标好 ,因而得到广泛应用 。目前 ,横向配 置多用于新建铝厂 ;国外多见纵向配置 ,国内多用于 自焙槽或由自焙槽改造的预焙槽 。根据工艺配置和电解槽进电方式的需要 ,铝电 解槽专用设备可以分成在厂房空中轨道运行的行车 式电解多功能机组 (亦称为电解多功能天车) 和地面 小车两大类 。电解多功能机

3、组按功能的配备 ,可以分为全功 能电解多功能机组和简易电解天车两大类 。其区别 主要在于 ,前者具有全自动功能完成电解槽全部工 艺操作更换阳极装置和自己配备有打壳动力源 ,而 后者只有单一或几种功能 ,如阳极提升 、下降机构 , 同时兼做出铝用等 ,尚需人工辅助才能完成电解槽 的其它操作 ,如更换阳极的工作 ;而且打壳气源由车 间提供 。电解多功能机组按操纵方式不同 ,可以分为驾 驶室操纵机组和遥控机组两种形式 。驾驶室操纵机 组按驾驶室及其工具的配置位置 ,又有高位机组和 低位机组之分 。地面小车有 :打壳换极车 、加料车 、出铝车等 ,只 能完成单一或两三种工作 。铝电解槽专用设备的分类及

4、其使用范围见图2 。21铝电解槽专用设备的用途铝电解槽专用设备是预焙阳极铝电解生产的专用 、关键设备 ,它可以完成预焙阳极铝电解槽的下列工艺操作 :打壳和覆盖氧化铝 ;更换阳极 ;出铝 ;辅助提升阳极母线 ;在安装和检修电解槽时 ,可吊运电解槽上部 结构和下部槽壳及其它散件吊运 。铝电解槽专用设备多功能机组简图见图 1 。图 1 铝电解槽多功能机组工作示意图 收稿日期 2004 - 03 - 25 作者简介 肖述兵 ( 1972 - ) ,男 ,湖南省临湘市人 ,机械工 程师 ,大学本科 ,主要从事设备管理工作 。图 2铝电解槽专用设备的分类还选用了价格低 、辅以少量人工操作即可满足铝电解生产

5、要求的简易高位天车 ,主要在青海铝厂 、三门 峡天元铝厂 、登封铝厂 、渑池铝厂 、新安铝厂等厂家 使用 。国内有关部门正在开发研制地面小车 ,但从铝 电解工艺的发展趋势来看 ,此类设备前景暗淡 ,发展 意义不大 。312 铝电解槽专用设备的技术现状及装备水平目前铝电解槽专用设备普遍采用了起重机械和 工程技术 、液压 、气压传动技术 、电子技术和最新的 科研成果 。电解多功能机组普遍采用桥式起重机的桥架作为机组机构 ,在桥架上配置有多个工具机构的工具 小车 、出铝小车和电葫芦等 。但是各设计制造厂家 在电解多功能机组的设计及装备水平上各有所长 , 在电解槽专用设备上采用的技术及装备水平与价格

6、见表 1 。31211 行走传动系统国内电解多功能机组是 20 世纪 80 年代初从法 国 ECL 引进的低位机组 ,该机型采用多极电机或电 阻调速 。第一批国产的低位机组用于包头铝厂和青海铝厂 ,其行走传动系统为立式齿轮减速机 ,双齿轮3 铝电解槽专用设备的现状311 铝电解槽专用设备的生产现状31111国外生产现状 电解多功能机组的国外主要生产厂商有 : 法国ECL 公司 、德国 NO ELL 公司 , 其中 ECL 公司的销量最大 。地面小车主要生产厂商是意大利的 T ECHMO 公司 ,该公司生产的产品主要销往欧美 、非洲及南亚 等地 。由于铝电解工艺的发展 ,为了提高单位面积 的铝产

7、量 ,铝电解生产采用纵向配置槽的方式已经 愈来愈少 ,仅在一些特殊的场合采用 ,此类产品的前 景暗淡 。31112 国内生产现状国内电解多功能机组起步于 20 世纪 80 年代初 引进的法国 ECL 低位机组 。第一批国产的低位机 组用于包头铝厂和青海铝厂 ,2001 年青海铝厂对电 解多功能机组的更换阳极装置重新进行设计 、改造 。1993 年国内对平果铝厂引进的 ECL 高位多功能机 组进行了技术分析与研究 ,并开始设计制造高位多 功能机组 。因技术和条件所限 ,对 20 世纪 80 年代初从法 国 ECL 引进的低位机组技术未完全消化 ,导致国产 的配套产品质量达不到要求 ,生产设计出的

8、第一批 多功能机组存在的缺陷较多 ,使用 10 年后陆续暴露 出一系列的问题 ,包头铝厂 、贵州铝厂已全部对其进 行更新改造 ,青海铝厂也准备全部进行改造 。20 世 纪 90 年代以后 ,国内设计制造铝电解多功能机组的 能力与水平愈加成熟 ,价格亦比同等的进口多功能 机组低 ,故大多数铝厂在更新天车时 ,仍选用国产天 车 。现国内生产高位 、低位多功能机组的主要厂家 有 4 家 ,到目前为止 ,不完全统计 ,国内厂家已生产 了 100 台以上 。国内部分铝企业为了节省投资 ,在设备配备上联轴器结构 ,缺点主要有减速机易漏油 、同心度差 、对端梁的破坏性大等 。20 世纪 90 年代贵州铝厂将

9、该结构的传动方式改为平面二包蜗轮蜗杆传动 ,减 速机输出轴与车轮轴 、输入轴与电机轴为整体结构 , 取消了联轴器 ,同心度较高 。90 年代末期至今 , 该 设备的传动系统大部分采用进口减速机 ( 三合一) , 变频调速 。国内生 产 厂 商 主 要 选 择 SEW 公 司 、汉 森公司和富兰德公司生产的减速机 (前者较多) 。进 口减速机主要具有传动效率高 、密封等级好 、同心度 高 、噪音小 、抗噪性强等优点 。对于行走轮的设计 , 20 世纪 90 年代前大多采用为轮缘结构 ,该结构的相互干涉性强 ,对轨道的破坏性大 。90 年代以后 ,大多采用无轮缘车轮 , 水平轮导向 。对于电气控制

10、系统的制造与改造 ,大车多采用一拖一形式 ,增加了电阻制动单元 ,电机同步控制通过三合一减速机编码器由 PL C 发出同步指令 ( 闭环 控制) 。表 1 铝电解槽专用设备的技术现状及装备水平与价格行走传动出铝车提升行程控制回转行程控制功能机构传动方式打壳方式阳极测高出铝计量控制方式操纵方式单机重 ,t公司及产品行走调速单机价格法国 ECL高位机组尼曼蜗杆机械式行程开关空压机气动系统 + 液压系统销式电子传感器 110 万( FOB)变频无气动人工PL C驾驶室7885德国 NO ELL高位机组圆柱齿轮光电编码器销式电子传感器 110 万( FOB)变频行程开关液压 ,气动液压人工PC 机驾驶

11、室80意大利 T ECHMO地面小车继电器液压液压液压液压液压人工无驾驶室不详不详荷兰 N KM高位机组无线电遥控不详不详不详不详不详不详人工不详不详不详不详 低位机组圆弧 转子电阻 人工 65 200 万机械式行程开关空压机气动系统 + 液压系统液压传感器表式无气动继电器驾驶室齿轮 转子电阻变频高位机组人工7885 400 万中光栅式光栅式 压式电子地面无线 420 国 遥控机组全液压液压电子测高 传感器PC 机60平面二包 蜗杆编码器电遥控550 万 光栅式 变频编码器机械式行程开关气动 、液压系统电子吊秤驾驶室 +地面操纵 150 220 万简易机组气动人工PC 机4031212主小车主

12、小车主要功能为 :打壳和覆盖氧化铝 ,更换阳 极 。根据操作方式的不同 ,主小车可以分为低位和 高位两种 。低位机组主要用于两端进电的电解槽 , 为了便于供电和供气 ,安装有滑环装置 ,该处故障率 较高 。随着电解槽的发展 ,此种车型的生产越来越 少 。高位机组主要用于多点进电的电解槽 ,打壳机 构和下料机构为可伸缩式 ,可进行任意方向旋转 (见 图 3) 。31213出铝小车 出铝小车主要用于出铝及吊运其它物品 。目前国内多功能机组的出铝小车有两种 : 单独小车结 构 , 工具小车结 构 即 提 升 机 构 位 于 工 具 小 车 上 。 前者较多 ,后者主要用于简易高位天车上 。单独出 铝

13、小车又分为两种构造方式 ,一种为硬钩型式 ,即提 升机构在一固定导向框架内升降 ,受导向框架限制 , 提升高度有限 ,应用功能较为单一 ,但吊运物品时无 摆动 。另一种为软钩型式 ( 见图 4) ,在大车大梁底 部以下无导向框架 ,只在大梁底部稍靠上位置设有导向机构 ,大车高速运行前 ,将吊运物品提升至该位置 ,可防止摆动 ;由于提升高度较高 ,除用于出铝外 ,还可用于吊运其它物品 ,应用范围较硬钩广泛 ,软钩 型式主要在云南铝厂 、焦作万方铝厂 、关铝等厂家运用 ,有取代硬钩的趋势 。1 . 主小车机构 2 . 回转机构 3 . 扭拔机构4 . 打壳机构 5 . 下料机构 6 . 提升机构图

14、 3 多功能机组主小车图目前在电气控制系统制造与改造中 ,因提升频繁 ,为避免烧毁电机 ,启动时多运用软启动器 ,为保证安全生产 ,防止超负荷工作 ,部分铝厂在提升系统中增加了重量保护装置 。定的安全隐患 。目前国内大多数铝企业已不再使用之 ,现仅有的一家 (贵州铝厂) 在对其进行了改造后 ,仍在使用 。20 世纪 90 年代末 , 全液压更换阳极装置诞生 (见图 5) , 这是专门为预焙阳极铝电解厂多功能机 组开发设计制造的电解槽阳极更换机构 ,以取代早 期电解多功能机组所使用的四 键 缸 式 更 换 阳 极 机 构 ,具有对位准确 、动作安全可靠 、自动更换阳极等 优点 ,大大降低了操作人

15、员的劳动强度 ,有效地提高了作业效率 。图 4 多功能机组出铝小车图31214 气源供给20 世纪 90 年代以前 , 因受国内空压机质量影 响 ,国内天车大部分气源由厂房内压缩空气提供 ,其 缺点是运用时必须悬挂风管 ,使用不方便 。90 年代 后 ,英格索兰公司进入中国市场 ,英格索兰空压机在 电解天车上普遍运用 ,近 10 年的使用效果较好 ,但 因受电解厂房环境因素制约 ,使用寿命难以达到设 计值 ,时常出现问题 。据此 ,英格索兰公司专门针对 铝 电 解 的 工 作 环 境 , 研 制 了 一 种 抗 粉 尘 空 压 机 ( ML 37 - ) ,并已投入市场 ,主要在包头 、河南

16、、云 南 、青铜峡等铝厂使用 。31215 打壳机构目前 ,国内大部分铝厂使用的打壳机构为气动 结构 ,该结构振动频率高 。而 21 世纪初 ,在云南 、焦 作铝厂使用的打壳机构为全液压结构 ,该结构力量 大 ,频率低 ,但低位天车不易采用该结构 ,主要问题 是对回转和击头悬挂主架破坏性较大 。31216阳极更换装置 原国内大多数低位多功能机组的扭拔机构均采用气 、液四键缸结构 ,由于该结构设计存在缺陷 ,中 空轴很容易断裂 ,致使整套拧头机构坠落 ,故安全系 数低 。另外 ,所有气 、液压元件均为国产件 ,质量差 , 如扭拔机构的管路 、工作元件泄漏严重 ,故障率较高 (据 统 计 , 扭

17、拔 机 构 的 故 障 率 占 整 车 故 障 率 的40 %) ,运行率和完好率均很低 ,约为 20 %左右 。在电解生产中 ,交换阳极时 ,只得采用副钩和人工配合 交换的方式 ,不但效率低 ,劳动强度大 ,而且存在一1 . 扭拔机构 2 . Z 字型支承架 3 . 变位框架 4 . 回转绝缘座 5 . 弹簧平衡架 6 . 回转轴组 7 . 液压系统 8 . 电 气控制系统图 5 扭拔机构图31217驾驶室国内原设计制造的天车在驾驶室中均安装有空 调装置 ,但由于天车工作时振动剧烈 ,厂房内粉尘较 大 ,空调使用寿命均很短 ,后大部分被拆除 ,导致作 业环境不佳 。现在改造和制造天车时 ,大

18、部分铝厂 多选用进口空调 ,如贵州铝厂 、平果铝厂 、包头铝厂 等厂家 。31218整车操作目前 ,国内大部分铝厂所使用的天车 ,其操作均 在驾驶室内完成 ,随着近年来电子 、电气技术等的飞 速发展 ,先进的技术在天车上运用 ,遥控天车随即产 生 ,如云南 、焦作 、四川启明等铝厂制造的天车即属于该类 。4 铝电解槽专用设备的发展方向411铝电解槽专用设备产品品种的发展方向由于横向配置的预焙槽可以提高单位面积产 量 ,具有综合经济效益好等优点 ,所以在铝电解生产 中得以广泛应用 ,目前国内上马 、在建的铝厂 ,大多选用 200 kA 以上的槽型 ,多点进电 。这一形势为电解多功能机组的发展提供

19、了极好的机会 ,其中低位 多功能机组的发展空间较小 ,主要开发研制高位多 功能机组 。另外 ,由于铝电解大型预焙槽及车间的特殊环 境 ,对电解多功能机组的可靠性及运转率等方面提 出了更高要求 。由于目前驾驶室玻璃的防腐问题和 能适合于电解车间环境的高可靠性的空调机尚无法 解决 ,铝电解多功能机组作业时 ,驾驶室处于烟气和 热辐射中 ,司机的视场不好 (高位机组更差) ,依靠地 面人工引导作业 ,严重影响操作和生产效率的提高 ; 同时强磁场 、烟气和热辐射对司机的身体健康有影 响 。如果采用遥控操纵 ,则可以解决上述问题 ,并可 以简化机构 ,减轻重量和缩小外形尺寸 ,易于批量生 产 。因而 ,

20、未来最有发展前途的铝电解槽专用设备 的品种应当符合 : 高可靠性 、高运转率 、减轻操作工 劳动强度 、轻而小的特性 。412 铝电解多功能机组的技术发展方向41211轻型化 、小型化 采用结构优化组合技术和最先进的科学技术成果 ,尽量减轻设备的重量和减小外形尺寸 ,可以减少 设备及建筑的投资 。41212功能扩大化 铝电解 多 功 能 机 组 除 了 应 具 有 打 壳 、换 极 、加料 、出铝及吊运母线框架等基本功能外 ,还应当增加 阳极坑的清理 、修理生产中的病槽及自动揭开槽盖板等功能 ,设计可以下多种物料的多功能下料机等机型 ,以满足大型电解槽在生产及工艺控制等方面的需要 。41213

21、功能机构全液压化液压传 动 系 统 应 简 单 , 调 节 维 护 方 便 , 可 靠 性 高 ,输出功率大 ,投资少 。41214电子化 铝电解多功能机组的电子化主要表现在 : 出铝称采用电子秤 , 对 数 据 显 示 、记 录 并 打 印 出 铝 报表 ,还可以与计算中心进行通讯等 。 阳极测高 。主要机构的位置控制采用电子定位系统进行自动控制 。 液压系统采用比例控制 ,可以使液压系统 更简单 。41215电气化铝电解多功能机组的电气化主要表现在 : 故障自动检测诊断 。 整体柜防护 (密封) 等级高 。 柜内安装空调 。 下料量计量等 。41216变频调速机组调速方式采用变频调速 ,调

22、速性能好 。41217控制方式多功能机组的控制方式采用 PL C 、L O GO ,可以 减少中间继电器 ,降低故障率 ,提高机组的可靠性和 运转率 。41218操纵方式 操纵方式采用无线电遥控 。司机可以接近作业面 ,视场好 ,操作简单安全可靠 ,生产效率高 ,同时可 以简化机组 ,减轻机组重量和外形尺寸 。41219润滑设备采用集中润滑 。NTN 开发出 FA 系列圆锥轴承N TN 公司开发的全新产品生产线 ,对材料技术产生了 一定的影响 。新开发的 FA 系列圆锥滚子轴承 ,是世界上第 一个在 52100 轴承钢上产生极好奥氏体颗粒的 FA 热处理 流程方法 。轴承钢在经过专门的 FA

23、热处理后 ,比普通热处 理所获得的奥氏体颗粒尺寸小一半多 ;比普通的相关等级轴 承之剖面面积减少 40 % ;在原有功能不变的情况下 ,减少了40 %的尺寸包络 ,可以解决原标准渗碳钢的疲劳强度限制轴 承满足较小传输油封要求的难题 ; 52100 钢上的奥氏体颗粒 可以增大其疲劳强度和短列强度 ; 当宽端面 上 的 载 荷 很 大时 , FA 轴承还具有防咬死的优良特性 。橡胶链条获优秀新产品奖由杭州东华链条总厂独立 、自行开发成功的橡胶链条 , 荣获中国机械通用零部件工业协会颁发的 2003 年度机械通 用零部件优秀新产品奖 ,通过了浙江省级新产品鉴定 ,并正 在申请国家实用新型专利 。该产

24、品通过在普通钢制链条的附件上粘贴一定性能的 橡胶垫 ,在链条上充分体现橡胶的耐磨 、柔性特点 ,既不损坏 传送物件的表面 ,又可提高耐磨性能和抗震性能 ,大大增加 了链条的应用领域 。与国外同类产品对比 ,抗拉强度 、链长 要求 、互换性尺寸均符合 D IN8187 - 1 、ASN E B2911M 标准 ,其它质量指标均不相上下 。 中图分类号 T H133 13 文献标识码 D 中图分类号 TB498 文献标识码 DN O N2FERRO US M ETALLURGI CAL EQ UI PM EN TNo. 3ABSTRACT &2004KEY WO RDSActual ity and

25、 Trend of Special Aluminum Electrolysis Equip2ments ( 1)XIAO S h u2bi n gTHE FIRST ELECTROLYSIS PLANT , QINGHAI BRANCH , CHALCO , DA2TONG 810108 , CHINAAbstracts :This paper describes t he act uality and t he equip ment qualit y of t he current aluminum elect robat h , and p redict s t he t rend.Key

26、 word :Aluminium elect robat h ; Act uality ; Multi2f unctio n e2quip ment s ; Equip ment ; QualityAppl ication of Fuzzy Controller Based on On2L ine Self2Adjust2ment of Para meters in the Process of Copper Electrolysis ( 6)J IAO Ha i2ni n g , L I Zh o n g2xi a , YAN G J i eMECHANICAL AND ELECTRICAL

27、 ENGINEERING DEPARTMENT , SOUTH2ERN INSTITUTE OF METALLURGY, GANZHOU 341000 , CHINAAbstract : The paper analyzes t he effect s of quantitative factor and p roportio nal factor of basic f uzzy co nt roller o n t he system performance. The aut hor gives t he ideas of adjust ment o n line which can adj

28、ust t he parameters and op timize co nt rol rules according to t he effect of co nt rol . It has been successf ul2 ly applied to copper elect rolysis p rocess. The running shows t hat it meet s t he co nt rol demands , saves energy and reduces co nsump tio n.Key words :Self adjust ment ; Fuzzy co nt

29、 rol ; Elect rolytic CopperDetermination of the Length of Ne w Hoisting Ropes on Fric2tion Hoist ( 9)YAN G R o n g2s h e n gKey words :Pump ; Wor king parameter ; Regulatio nDiscussion of the Way to Improve Purif ication Eff iciency ofthe Waste Gas at ElectrolysisZHAN G B a o2y e ( 17)THE FIRST ELEC

30、TROLYSIS PLANT , QINGHAI BRANCH , CHALCO . , DA2TONG 810108 , CHINAAbstract :The paper discusses t he way to raise t he efficiency of p urificatio n system and reduce t he unit co nsump tio n in alu2 minium elect rolysis incorporating t he advanced technology used in p urificatio n system of alumini

31、um elect rolysis indust ry currently in China to solve t he p roblem of low efficiency of p urificatio n and high unit co nsump tio n in aluminium elect rol2 ysis existed in our elect rolysis plant .Key words : Purificatio n efficiency ; Gas / solid ratio ; V IR reac2tor ;Bag filter chamber blowing2

32、off cleaning ; Pulse cleaningAnalysis of Casing Lea kage of Lye Circulation Pump and Pass2ing Pump f or Evaporator and the Solutions ( 20)HUAN G S hi2c h e n g , HUAN G W e i2z eAbstract :The article reco mmends casing leakage of t he lye cir2culatio n p ump and passing p ump for evaporator in Alumi

33、na Plant , Guangxi Branch of CHAL CO , analyzes t he reaso n for it s leakage and p ut s forward so me imp roving measures.Key words : Evaporator ; L ye ; Pump casing ; L eakage ; Crystal boundary corrosio n ; St ress corrosio nAppl ication of PLC on Continuous Foundry Set f or Alumin iumIngot ( 23)

34、L I J i2w e n , HAN W e n2ji a nAbstract :This paper int roduces t he applicatio n of PL C to co n2 t rol auto matically during aluminium ingot co ntinuous foundry.Key words :Co ntinuous foundry set for aluminium ingot ; PL CProduction and Technology of Copper Product in China and the Appl ication (

35、 34)YU L i2p i n g , B AI S h a nUNIT 76041 , PLA , GUILIN 541001 , CHINAAbstract : This article describes t he good developing t rend of copper p roduct in China , as well as t he p roductio n , technolo2 gy and applicatio n of copper p roduct s li ke spiral t ube , plate and sheet s , etc.Key word

36、s : Copper p roduct ; Productio n ; Technology ; Applica2tio nAppl ication of Sequence Arrangement With Topology and Rel2FANKOU LEAD2ZINC MINE, SHAOGUANHOIST DEPARTMENT ,512325 , CHINAAbstract : The paper analyzes t he major factors resulting newropes extensio n to determine t he lengt h of new hois

37、ting ropes which are changed. A new met hod to calculate and determine t he lengt h of t he new ropes is int roduced.Key words :Multi2rope f rictio n hoist ; Hoist rope ; Permanent ex2tensio n ; Remnant extensio n ; Pre2shorteningAnalysis of Evaporator Wel ds Fracture ( 12)J IAO S h u2h o n g1 , ZOU R u o2f e i2 , GUO Qi n g2y o u21 . TECHNICAL CENTER; 2 . NO. 3 ALUMINA PLANT , SHANXI BRANCH , CH