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铝电解定容下料器的发展方向
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铝电解定容下料器的发展方向
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浅谈定容下料器的发展与探讨
简单介绍了铝电解下料器的发展过程，分析和对比了有刷和无刷式定容下料器的优缺点，着重介绍了无刷式定容下料器的工作原理及其技术特性，并介绍了在伊朗佳加姆电解铝厂项目的应用中的一点改进。
作者单位：
中国有色金属建设股份有限公司 北京 100029
年，卷(期)：
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铝电解定容下料器的发展方向
优质期刊推荐缆索气缸&铝电解槽气控管路及车间压缩空气管路设计
缆索气缸以柔性缆索代替刚性活塞杆。在气缸两端安装两只导轮，缆索绕在导轮槽中，连接成闭合状。当活塞运动时，牵动缆索，将力传递出去。占用空间位置小，适用于长行程
铝电解槽气控管路及车间压缩空气管路设计
大型预焙阳极铝电解槽,打壳和定容下料均采用气动装置。成功的系统设计,性能良好的 气动装置及
精心施工的压缩空气气控管路,不仅能满足工艺打壳下料需求,便于计算机自动控制,改善槽况,
增加电流效率;又能节省压缩空气用量,减少空压机装机容量。根据设计实践和设计理念,本文介
绍了打壳和定容气动装置的选择,系统气控原理,单槽压缩空气用量和压缩空气管路管径的选择计
算,推荐计算电解车间压缩空气总用量计算方法,并给出了有关计算实例。1气动装置选择1.1
打壳及出铝气缸我国各铝厂中间点式下料预焙阳极铝电解槽打壳气缸多为高温带阀可缓冲式气缸,
阀为单气控二位四通阀。缸体有三种:1)普通高温气缸;2)带永磁铁锁紧机构高温气缸:当活
塞上升到上止点位置时,被装于上端盖内的磁铁吸持,磁铁吸力足以克服活塞组件和锤杆、锤头的
自重,即使气缸下腔不供气压,活塞组件和锤杆、锤头也不会因自重下落,防止事故发生,当气缸
上腔通入一定气压,克服磁铁吸力,气缸活塞在气压作用下,迅速向下运动;3)带机械锁紧机构
高温气缸:当活塞上升到上止点位置时,被装于气缸上腔侧壁的碰销锁紧,其自锁保持力165k
gf,防止事故发生,只有当气缸上腔通入一定气压,碰销向侧壁回退,气缸活塞在气压作用下,
才迅速向下运动。电解槽在焙烧期间,不打壳下料,电解槽压缩空气气控管路气源截断,这时带锁
紧机构高温气缸显示了其优越性,尤其带机械锁紧机构高温气缸优越性更好。两种气缸有关参数见表1。表1锁紧气缸技术参数Tab.1Technical
parameters of locked
cylinder永磁铁锁紧气缸机械锁紧气缸打壳气缸出铝气缸打壳气缸出铝气缸下料气缸缸径,mmΦ125Φ150Φ125Φ150Φ63行程,mm
550 650 550 650 75使用介质净化压缩空气(含油雾)使用环境温度,&#
150工作压力,MPa≥0.6活塞运动速度,mm/s 75~850 50~500缓冲方式两侧高缓冲理论推力,N
1870自锁保持力,kgf&50&90
1651.2定容下料器多点中间下料预焙阳极铝电解槽均采用筒式定容下料器,定容量从0.9
kg至1.8kg,根据“勤加工,少下料”的工艺原则,定容量0.9
kg为好。按筒体结构,分为有刷式和无刷式。有刷式:气缸安装座于钢筒上端法兰盖上,气缸活塞
杆与钢筒内拉杆连接,钢筒内拉杆装有钟阀和不锈钢编织钢刷,将钢筒内下腔分隔成定容室,下料
器下料时,拉杆带动钟阀和不锈钢钢刷下落,不锈钢刷挡住钢筒侧壁定容室进料口,只有定容室内
氧化铝下落至电解质中;反之,钟阀上升盖住出料口,不锈钢刷离开定容室进料口,定容室充料。
无刷式:钢筒短,钢筒本身即为定容室,钢筒上端小口为进料口,下端为出料口。气缸安装座于钢
筒上方法兰上,法兰通过4根长螺杆与钢筒连接,气缸活塞杆与钢筒内外拉杆连接,拉杆装有上钟
阀和下钟阀,下料器下料时,拉杆带动上下钟阀下落,上钟阀盖住钢筒上端进料口,下钟阀离开出
料口,定容室内氧化铝下落至电解质中;反之,下钟阀上升盖住出料口,上钟阀离开进料口,定容
室充料。有刷式定容下料器钢刷编织工艺难度大,钢刷更换率大,且钢刷透料,易被氧化铝堵塞,
下料器成本高。无刷式定容下料器是在有刷式定容下料器的基础上改进设计制造,使用效果好,维
修量小,且制造成本低。上述两种定容下料器,定容误差均&1%。定容下料器运行气缸分为普通
高温气缸和带阀高温气缸,阀为截止式二位五通气控阀。采用带阀高温气缸可减少压缩空气管路,
尤其是多点交叉下料,更显其优越性。设计选用无刷式定容下料器,下料气缸为带阀高温气缸。1
.3气控箱电解槽打壳、下料气动控制箱是我院新近开发设计的,各种电磁阀组合集中装配在密闭
铁箱内,箱内设有接线端子,铁箱下面设有进气胶管插接口,上面设有不同管径的出气胶管插接口
。气控箱防尘、防磁,体积小,绝缘良好,电源接线方便。气控箱的开发应用,解决了以往阀架体
积大,占地挡窗,电源接线乱,绝缘不好,灰尘污染电磁阀并造成电磁阀损坏快等缺陷。2系统气
控原理电解槽设有4个氧化铝料箱,1个氟化盐料箱,配置1台出铝气缸,4台打壳气缸。每台槽
的气路系统配置1台气控箱及1套出水、油雾、调压气源三联件。下料时,各下料点打壳气缸完成
一次打壳动作,下料器动作完成两次下料。即1、3打壳气缸同时完成一次打壳动作数秒后,相应
的1、3下料器同时动作完成一次下料,数秒后1、3下料器再次同时动作完成第二次下料,再2
、4打壳气缸及2、4下料器按相同的程序完成打壳下料。1、3点和2、4点形成交叉打壳下料
。下氟化盐料时,动作顺序为打壳、下氟化盐、下氧化铝。为保证下料流畅,定容准确,料箱内设
有沸腾盘,利用打壳气缸上腔回气松动料层,为防止打壳气缸上腔有压回气将料箱内的料冲出,回
气管路设有单向限流阀和旁通口,可调节沸腾盘用气量;利用打壳气缸下腔有压回气冷却气缸联杆。3设计计算3.1设计参数(见表2)表2Fig.2项目参数
备注系列电流强度,kA300电流效率,%93电解槽日耗氧化铝,kg 4336电解槽分钟耗氧化铝,kg 3.01电解槽每次下料量,kg
0.9&2&2=3.6日平均打壳次数,次1205平均打壳间隔时间,min
1.195出铝气缸容积,m30.&0.65=0.0115
S=650mm打壳气缸容积,m30.&0.55=0.00675
S=550mm下料气缸容积,m30.&0.075=0.00024
S=75mm压缩空气温度,℃t=25压缩空气工作压力,MPa P=0.8空气比重,kg/m3γ0=1.2931压缩空气流动速度,m/s
W=12压缩空气管路长度,m
203.2单槽用气量a.打壳气缸单行程用时:1s;单槽氧化铝消耗量:3.01kg/min,每个下料器容量0.9kg,每次下料量0.9&2=1.8
kg,加上氟化盐下料,因此,有4个打壳气缸和6个下料器在1分钟内完成动作的机率。打壳用气
量:0.=0.054m3/下料用气量:0.
=0.0029m3/min。根据以往实测,考虑管道漏损,阀件、气缸磨损等因素,压缩空气
计算系数取K=1.35,折合取0·1MPa下分钟平均用气量:(0.054+0.&8=0.6m3/最大用气
量:0.8m3/min。b.每槽一天出铝一次,由于壳硬,出铝打壳时需打壳1~2次,取2次打壳用气量
计算。出铝打壳单行程用时:1s;出铝打壳用气量:0.=0.046m3/
min。因出铝打壳气缸仅一天动作1~2次,故出铝打壳气缸用气量可不计入单槽用气量。3.
3管径选择〔1〕出铝打壳气缸和打壳气缸为一根供气管,和下料气缸分管供气,出铝打壳气缸和
打壳气缸最大用气小时质量流量:Q=(0.054+0.046)&1.35&8&60&1.kg/h。a.空气比
重:γ=γ0&273/(273+t)&(P/0.1)⑴γ=1.3+25)&(0.8/0.1)=9.4769
kg/m3b.管道内径:d=4&Q&W&γ⑵d=4&83.793600
&3.14&12&9.1m=16.1mm初选DN25钢管,外径33
.5mm,壁厚3.25mm。3.4至出铝打壳用气点压力降a.摩擦系数当粗糙度为0.2时
,摩擦系数λ=0.0332〔1〕。b.重力加速度g=9.81m/s2c.空气比重γ=γ
0&273/(273+t)&(P/0.1)γ=1.3+25)&(0.8/0.1)=9·4769kg/m3d.压力降
ΔP=λ&γ&L&W2/(d&2g)=0.9&20&122/(0.027&2&9.81=1710kg/m2=0.017
MPa出铝打壳气缸用气点压力降为电解槽管路最大压力降点处,选低压流体输送钢管,外径33.
5mm,壁厚3.25mm,满足要求。4电解车间压缩空气管路设计4.1电解车间电解槽用气
总量一个电解车间安装有上百台电解槽,设计按同时打壳工作的电解槽数来计算电解车间电解槽用
气总量,而同时打壳工作的电解槽数,以往按经验数选取,不准确,往往造成系统空压机装机容量
不足或太大。在新近的设计中,我们引入概率统计的数学方法,准确地得出电解车间同时打壳工作
的最多电解槽数,已投产铝厂实践证明,这种设计计算方法是可靠的。同时打壳工作的最多电解槽
数的数学概率统计工作量大,繁琐,实际最终得出下列计算式:n=N/t式中:n———同时打
壳工作的最多电解槽数;N———车间安装生产槽数;t———同台槽打壳下料间隔时间。电解车
间电解槽最大用气总量即为:单槽最大用气量&同时打壳工作的最多电解槽数。例如,某厂安装3
00kA电解槽272台,电解车间电解槽最大用气总量即为:Qd=0.8&272/1.195=182m3/min=10920m3/h。4.2电解车间
用气总量电解槽真空抬包出铝,每抬包用气量为5m3/min。全电解车间同时2台电解槽出铝,出铝用气量:Qc=5&2=10
m3/min。电解槽大修等其余用气量:Qq=5 m3/min。电解车间最大用气总量为:Q=Qd+Qc+Qq=182+10+5=197
m3/min=11820 m3/h。4.3电解车间压缩空气管路管径选择电解车间为两栋厂房,每栋厂房内两侧分设电解槽
气控用和出铝抬包用压缩空气主管,进气接口分别位于每栋厂房中部,故车间压缩空气主管分为电
解槽气控用和出铝抬包用各4段,电解槽气控用主管每段最大用气小时质量流量:Qf=.
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