阴极焙烧多功能天车的开发研究

阴极焙烧多功能天车的开发研究中铝国际贵阳分公司徐宏文摘要：中铝国际贵阳分公司〔GAMI〕作为铝冶炼甲级设计单位，承接了国内绝大多数铝厂的工程设计，公司近年也承接了许多国外工程的设计，因此，为了不断提高设计水平，结合多年来的工程设计实践，研究国内外生产技术，不断创新生产工艺流程，从而需要我们开发各种非标设备来适应新的生产工艺流程。阴极焙烧多功能天车，是2005年GAMI为中铝青海分公司设计的阴极炭块生产新工艺而开发设计的，是一项全新的大型非标设备的开发设计，又一次开创了国内本行业设计和生产的先河，通过贵阳铝镁振兴公司承制、安装、调试、在青海分公司成功投用，通过一年多的生产实践，证明该技术的产生在相同经济投入和相同能耗的前提下提高了生产能力2~3倍，降低工人劳动强度2~3倍，提高了整个焙烧车间的机械化、自动化程度，也极大地改善了工人的劳动环境，目前青海分公司又一次委托贵阳铝镁振兴公司承制第二台设备，事实说明GAMI的开发和设计是成功的，该设备目前已拥有专利技术5项，已成为阴极炭块生产的专用操作设备。关键词：多功能天车阴极炭块焙烧流程前言随着我国的铝工业的整体技术水平、生产指标的不断提高。作为一直走在国内同行业的前列GAMI，在探索中不断改良和创新，由于工艺流程设计的改良，对设备的配备提出了一系列的要求，特别对设备的高效性、可靠性和自动化程度等提出了更高的要求。2005年，GAMI在给中铝青海分公司的阴极焙烧车间的设计中采取了新的工艺配置方案，该方案废除了老工艺流程中的一系列设备：如阴极吸料罐、车间通廊内的真空管道、厂房外部端头的罗茨真空泵及其除尘设备，用于车间内吊运阴极炭块和运送填充料的普通桥吊，以及大量运料料斗等。去而代之的是“阴极焙烧多功能天车〞，它代替原有工艺配置中的上述一系列设备来完成一系列的工作：包括了填充料的吸料、填料、炭块的装炉、出炉、填充料及阴极炭块的运送工作，它将一系列的功能聚于一身，大大提高了生产自动化程度，生产工艺和操作设备的同时改良和创新是相辅相成的，生产工艺的改良事实上是用操作设备来实现的，因此新设备的开发是工艺创新的必要保证，GAMI，历来重视设备的研究和开发，因此GAMI拥有了不断创造的能力。三年来，该设备经过了开发研究、设计、制造、安装、调试和正式投运的全过程检验，在青海分公司的阴极炭块生产中得以证实：GAMI开发设计的阴极焙烧多功能天车，已成为新型阴极炭块焙烧生产工艺中的专用操作设备，它的投用从很大程度上改善了原有的工作状况，在相同〔或稍多〕的经济投入和相同能耗的前提下提高生产能力2~3倍，降低工人劳动强度2~3倍，提高了整个阴极生产车间的机械化、自动化程度，也极大地改善了工人的劳动环境。阴极炭块焙烧生产流程新旧比照阴极炭块焙烧的操作主要有：将要焙烧的炭块装入焙烧炉内；参加填充料，将炉内的炭块包裹及覆盖住；待烧成结束后，先将填充料从炉内吸出，再将炭块吊出焙烧炉。这一系列工作的操作环境是高温及多粉尘的阴极焙烧车间。原有的落后生产技术：装炉作业：将要焙烧的炭块装入焙烧炉内；参加填充料，将炉内的炭块包裹及覆盖住。1〕用普通桥吊从车间端头的填充料坑中用抓斗将填充料抓入填充料料斗〔抓斗容积有限，需来回操作数次方能完成〕；运至炉坑处，工人在地面操作翻开料斗底部的放料阀；将料放入炉坑底部铺设底料〔由于放料落差约5米，粉尘飞扬很大〕，并由人工将料面刮平〔此操作平面在离炉顶面4米多高的炉坑里，高温、多粉尘、光线暗〕。2〕用普通桥吊从生块堆放处将炭块吊运炉坑处并装入坑中。3〕用普通桥吊吊运装有填充料的料斗，将填充料运至炉坑处将炉坑中的空隙填满，并在炭块顶面覆盖很厚的一层覆盖料〔料斗容积3立方米，需要来回操作数次方能完成〕。出炉作业：待炭块烧成结束后，先将填充料从炉内吸出，再将炭块吊出焙烧炉。1〕用普通桥吊吊运填充料抓斗，将炭块顶面的覆盖料抓入填充料的料斗，并运往车间端头的填充料坑。2〕用普通桥吊将真空吸料罐吊至炉坑处，人工联接该处的真空系统接口，并在车间地面操纵吸料罐上笨重的悬臂式吸料管，启动车间外的真空泵，经过车间内外冗长的真空管道将填充料从炉内吸出一局部。〔管道冗长，压力损失大，浪费能源〕由于焙烧工艺的特殊及吸料罐的制作局限，吸料头只能设计成内直径不到90mm的圆形管状，用人工不断吸料头的位置来实现这项工作，吸料能力在8m33〕用普通桥吊将炭块吊出并运往成品对放处；再用普通桥吊吊运填充料抓斗，将炉坑中剩余的填充料抓出。如果按一个火焰系统需要的配置，6~8台吸料罐、30多个liaoduo完成以上操作，均需工人辅助完成，这一系列工作的操作环境是高温及多粉尘的阴极焙烧车间。高温、多粉尘的工作环境、高强度的工作对工人的身心健康造成很大危害。2、现有高效可靠的技术使用阴极焙烧多功能天车，全权代替原来的一系列设备和原始操作，在天车驾驶室内完成这些工作：1〕天车卸料系统负责将填充料参加炉坑，同时使用收尘系统将飞扬的粉尘收如系统内；2〕天车吸料系统运用气力输送原理及除尘设备将高温填充料从炉坑中吸出，存放在天车的大料仓内〔大料仓20立方米，作为填充料吸卸料作业的中间存储器，减少填充料在料坑与炉坑之间的来回倒运〕；3〕天车5吨辅助吊钩负责将阴极从焙烧炉坑中取出、吊入，负责阴极在焙烧车间的运送；还能吊运和检修车间内的其它设施。在开发设计以上功能的阴极焙烧多功能作业天车时，我们核算工程投资，在满足工艺作业要求和投资根本不变的前提下确定了天车的主要技术参数：天车跨度m天车工作级别A6小车运行速度m/min3.0~30〔变频调速〕大车运行速度m/min2~55〔变频调速〕吸料能力m3/h20卸料能力m3/h40大料仓容积m3205t电葫芦运行速度m/min20/5〔双速〕5t电葫芦起升速度m/min8/1〔双速〕三、阴极焙烧多功能天车的主要设计特点天车的总体布局设计〔如下列图〕本焙烧多功能天车主要由大车、小车及电气控制系统三大局部组成：大车作为焙烧多功能天车的桥架，可沿车间的纵向轨道运行，一根大车主梁的外侧，配置有5吨电葫芦用来承当炭块的装入、取出和吊运任务。小车是焙烧多功能天车的核心，焙烧多功能天车的吸料系统、卸料系统、收尘系统、放灰装置、电气控制系统及操纵室均配置其上，小车可沿大车主梁顶面的轨道沿车间的横向运行。电气控制系统采用PLC可编程序控制，在操纵室内的联动台上，设有人机界面集中控制和操纵，同时能随时诊断各种故障并提出报警。天车作业的所有操作全部在带冷暖空调的操作室内完成，操作环境较地面优越许多。1、大车的主要结构设计大车为双梁桥架结构，两根平行的大梁固定在两个端梁车上，每个端梁车是由两个小端梁车通过联杆铰接而成。这样的端梁车可使制造安装简便、更容易保证大车支承轮均能接触轨道传递载荷。端部装有聚氨脂泡沫塑料缓冲器，并设有千斤顶顶位供拆装大车车轮时使用。大车有8个不带轮缘的支承轮，2个驱动轮。大车供电侧的端梁的两端，各装有1组水平轮，在端梁的端部安装有防脱轨卡板。8轮支承的结构：可使天车轮压较低，从而降低建筑结构的造价；降低大车运行阻力，从而降低运行功率；提高车轮和轨道的使用寿命；相同条件下，可降低轨道安装精度。大车的传动装置采用SEW公司的直联式“三合一〞减速机。其结构紧凑，体积小、重量轻、承载能力大、传动平稳、噪音低、寿命长、性能可靠。大车行走采用变频调速，可满足天车快速进行阳极运送或快速到达工作位置的需要，满足对位准确和作业平安的需要，也使大车的运行更加平稳。电葫芦是一台运行在大梁外侧轨道上的单轨吊车。行走、起升均选配了双速电机，完全能满足焙烧作业对吊运的需要。电葫芦轨道位于大梁外侧底部，已能满足吊物品时获得足够的作业空间2、小车的主要结构设计小车运行在大车主梁顶部的轨道上，它包括：小车架、吸料系统、卸料系统、收尘系统、放灰装置、操纵室及电控系统等。吸卸料系统及其操作控制是天车设计的核心工作，在此，本节做主要介绍：生产中所处理的物料为煅后石油焦，粒度为6mm以下，处理过程中颗粒彼此不粘结，因此，选择了气力输送。吸卸料系统中设置了大料仓作为重力沉降室、通过旋风除尘器、布袋除尘器来进行物料和空气的逐级别离，并分别设置了颗粒料和粉尘料储仓，使处理后的物料能按需利用、经三级别离后进入真空泵和大气的空气也能到达国家的排放标准。由于本设计中处理的是高温状态的物料，因此我们在系统中有增设了空气冷却器。以使系统中不能经受高温的布袋尘器和真空泵得以正常使用。另外，吸卸料系统中，多出使用了Gami专利技术。吸卸料系统的设计：1〕吸料管与填充料储仓上部的进料口，用可挠动的弹黄组件联接；填料管用弹簧装置接在填充料储仓下部的排料管上。填充料储仓最大可储存20m32〕旋风除尘器下端的排灰通过带有自动启闭阀门的管道接到布袋除尘器下端的储灰仓里，卸灰时通过储灰仓排料口下端的伸缩排料管将粉尘排放到车间的集尘仓内。3〕使用了高效率的空气冷却器，使系统吸入的高温气流，通过空气冷却器而骤降下来，再配合使用耐高温的高效率的收尘净化系统、耐高温的罗茨真空泵，使系统处理高温物料的愿望得以实现。4〕选配的罗茨真空泵为国内开发的成熟产品，此产品采用了逆流喷射技术，将外界冷却空气引入真空泵内部，使真空泵在不需要其它的冷却措施的情况下，能处理进气温度高达85-95℃5〕由PLC联锁控制的系统过载、过热保护，可保证布袋除尘器、罗茨真空泵在系统出现过真空、过高温时得到有效保护而不致损坏。6〕设置有吸料管、填料管的防碰撞保护措施，能保证在发生误操作或其它意外而导致吸料管或填料管与其它物品发生碰撞，也不会造成相碰撞物的损坏。7〕用电子传感器对吸料管、填料管提升进行过载保护，保证不会出现动管在提升过程中动静管间卡管而继续提升，导致提升过载时，不会对管子或提升装置造成损坏。8〕选用了高效的旋风除尘器和自洁式布袋除尘器，保证系统粉尘排放浓度符合国家要求。9〕真空泵的进、出口均配置了消声器，而且整个真空泵机组置于密闭的隔音罩内，保证系统运行时产生噪声的标准排放。四、阴极焙烧多功能作业天车的控制与操作技术天车电气控制采用PLC技术，人机界面故障查询系统，在小车上的操纵室内的操纵联动台上进行操作，对于同一台天车，设计控制了同一时间，只能启用一种作业功能的连锁控制条件，保证了天车的各项操作的绝对平安和可靠。有了可靠的设计，对使用设备的正确使用是保障设备性能的有一关键问题，因此，笔者在此提出某些与设计意图有关的操作技术，供使用者参考：1、吸料操作吸料操作控制条件设计：〔罗茨风机在启动的情况下〕操纵室转椅面向吸料管。吸料回路大料仓卸料阀关闭、旋风除尘器下料阀关闭、布袋除尘器卸灰阀关闭。吸料〔填充料出炉〕作业的操作：天车需要吸出焙烧炉坑中的高温填充料，或从补料坑中补充常温填充料时：启动吸料管升降变频电机，可使吸料管快速或慢速上升或下降，吸料时，应将吸料嘴移动至需要操作的料堆处，使吸料嘴底部距离料堆外表上下50mm以内天车操作员需要熟练移动大、小车和升、降吸料管来调整吸料嘴与物料的相对位置，以适应吸料的需要，从而保证到达设计的吸料能力。2、卸料操作卸料操作控制条件设计：〔罗茨风机在启动的情况下〕操纵室转椅面向卸料管。大料仓卸料阀可随时翻开、关闭或随时调节开闭程度，旋风除尘器下料阀关闭，布袋除尘器卸灰阀关闭。卸料〔填充料装炉〕作业的操作：天车装炉过程中，需要向炉坑底面铺垫填充料并将料面刮平，以保证阴极炭块更好的立放。首先启动卸料管升降变频电机，可使卸料管快速或慢速上升或下降；将卸料嘴移动至需要操作的平面处，使卸料嘴底部触及到操作平面；向上提升卸料嘴，使其底面距离操作外表50mm左右〔或按需要确定铺垫层的厚度〕；此时调节大料仓卸料阀的开度可将填充料放出，并堆积在卸料管内；缓慢移动大车，拖动卸料嘴，将填充料平整地铺垫在操作平面上；关闭大料仓卸料阀，提升卸料管3、卸灰操作卸灰操作控制条件设计：当布袋除尘器满仓料位计、大料仓满仓或超满仓料位计发出信号，系统显示报警，同时吸(卸)料管自动提升至上限位后停风机电机。直至卸灰完毕方可重新启动风机电机。卸灰作业操作：卸灰口自动对位；启动卸灰口升降电机，使卸灰口下降并与接灰口压紧；翻开旋风除尘器下料阀；翻开布袋除尘器下料阀；布袋除尘器空仓料位计发出信号，空仓指示显示；旋风除尘器下料阀自动关闭；布袋除尘器下料阀自动关闭；自动启动卸灰口升降电机，提升卸灰口至上限位，使行程开关动作；操作完成。4、布袋除尘器及其反吹风控制条件设计〕时，布袋除尘器反吹风控制系统空压机配带电机自动启动；延时30秒后，电磁脉冲阀开始按时间顺序循环动作，布袋自动清灰；当布袋除尘器压差小于设定值1时，布袋除尘器反吹风控制系统空压机配带电机自动断电；〕时，吸/卸料管升降变频电时机自动启动，提升吸/卸料管至上限位，报警提示需布袋需进行手动清理。五、结语：对于本次针对中铝青海分公司阴极炭块焙烧工段设计的阴极焙烧多功能天车，已成功在青海现场试用成功，并已全面投入生产运营，从业主今年准备再投用第二台阴极焙烧天车的事实说明，GAMI的开发和设计是成功的。但是，本次天车的开发设计，仍有缺憾所在：没有考虑设置阴极炭块的装出炉专用吊具夹具，因此，需要地面工人用与天车工共同配合，才能用吊钩完成阴极炭块的吊起任务。因此，开发带装出炉专用夹具的阴极焙烧多功能天车，是笔者意想中比拟完善的阴极焙烧多能天车。由于阴极炭块焙烧作业的特点，这项开发将更赋有挑战性，同时还涉及相关专业的设计变化，另外，目前国内外在阴极炭块的运送编组、清理等专用操作设备上还是一片空白，阴极炭块焙烧生产工艺的进一步改良是有值得研究的课题，一旦这些设备开发成功，我国的阴极炭块焙烧生产流程将有着