劉紅楓

(中國(guó)有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司， 遼寧 沈陽 110141)

鋁電解多功能機(jī)組技術(shù)發(fā)展淺析

劉紅楓

(中國(guó)有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司， 遼寧 沈陽 110141)

鋁電解多功能機(jī)組是鋁廠預(yù)焙陽極鋁電解生產(chǎn)專用的機(jī)械化操作設(shè)備，本文指出：鋁電解多功能機(jī)組的變化過程，設(shè)計(jì)與電解工藝是分不開的，也與實(shí)際操作需求緊密相連，未來電解多功能機(jī)組的發(fā)展一定離不開上述兩個(gè)原則。

鋁電解多功能機(jī)組； 結(jié)構(gòu)； 發(fā)展趨勢(shì)

0 前言

沈冶機(jī)械是我國(guó)第一臺(tái)鋁電解多功能機(jī)組的生產(chǎn)企業(yè)，也是國(guó)內(nèi)最早具備鋁電解多功能機(jī)組生產(chǎn)的專業(yè)廠家，生產(chǎn)的鋁電解多功能機(jī)組經(jīng)歷了幾代的設(shè)計(jì)變化，目前已能滿足國(guó)內(nèi)外各種復(fù)雜環(huán)境下大噸位制鋁需求，生產(chǎn)的制鋁機(jī)組得到行業(yè)的贊譽(yù)和認(rèn)同。

1 電解多功能機(jī)組發(fā)展概述

1.1 國(guó)內(nèi)外鋁電解多功能機(jī)組發(fā)展概述

國(guó)外電解鋁技術(shù)主要集中在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，PTM電解天車，國(guó)外技術(shù)主要有法國(guó)ECL、德國(guó)NOEEL等。二十世紀(jì)八十年代初期，法國(guó)ECL低位天車引進(jìn)到中國(guó)，八十年代初期，通過吸收消化沈冶機(jī)械與沈陽鋁鎂院合作研發(fā)了低位多功能機(jī)組。隨著電解鋁工藝的改進(jìn)，九十年代初，高位多功能機(jī)組開始取代了低位多功能機(jī)組，ECL高位多功能機(jī)組整機(jī)引進(jìn)到中國(guó)，也正在此時(shí)，我國(guó)電解鋁工藝及設(shè)備研發(fā)創(chuàng)新取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，以貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)院和沈陽有色冶金機(jī)械總廠聯(lián)合研制的高位多功能機(jī)組，在廣西平果鋁廠獲得成功。從而開啟了高位電解多功能機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的新時(shí)代。

首批用于包頭鋁廠和青海鋁廠，為中國(guó)鋁工業(yè)裝備國(guó)產(chǎn)化、現(xiàn)代化邁出了第一步。包鋁擴(kuò)建工程引進(jìn)吸收消化技術(shù)成果在中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司獲科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

1.2 第一代電解多功能機(jī)組

二十世紀(jì)八十年代初期，沈冶機(jī)械與沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)院合作，吸收消化貴州鋁廠引進(jìn)的法國(guó)ECL兩點(diǎn)進(jìn)電低位多功能機(jī)組技術(shù)，研制了我國(guó)第一臺(tái)電解多功能機(jī)組。為鋁工業(yè)裝備現(xiàn)代化邁出了第一步，這標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)第一代鋁電解多功能機(jī)組研制成功。

受歷史條件限制，該機(jī)組的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)電氣等配套質(zhì)量差檔次較低，主要功能：

打殼、更換陽極、下料(向料箱充料和向陽極表面覆蓋料)、出鋁、陽極母線提升、吊運(yùn)電解槽、零星吊運(yùn)

電解槽:槽端兩點(diǎn)進(jìn)電、槽電流50 kA。

工具運(yùn)行：工具在槽間運(yùn)行，不能在槽上部自由通過；生產(chǎn)效率低，安全性差。

1.3 第二代電解多功能機(jī)組

二十世紀(jì)八十年代末期，在總結(jié)了各鋁廠電解多功能機(jī)組使用情況下，對(duì)存在問題進(jìn)行了改進(jìn)，沈冶機(jī)械與貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)院合作，對(duì)ECL電解天車進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)，為貴鋁三電解制造了12臺(tái)第二代電解多功能機(jī)組，除結(jié)構(gòu)上與第一代相比有所創(chuàng)新以外，主要是在機(jī)、電、液、氣配套件上采取了國(guó)內(nèi)選優(yōu)，部分國(guó)外引進(jìn)的方法，從而提高了天車運(yùn)行效率，減少了故障率。

1.4 第三代電解多功能機(jī)組主要特征

二十世紀(jì)九十年代中期，隨著國(guó)外(法國(guó)ECL)鋁電解工藝新技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用，即：大面多點(diǎn)進(jìn)電大型陽極預(yù)焙槽，為實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，替代進(jìn)口節(jié)省外匯，通過消化吸收ECL高位電解多功能機(jī)組，研制成功了國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)高位電解多功能機(jī)組(第三代)，引領(lǐng)了我國(guó)高位電解多功能機(jī)組發(fā)展與創(chuàng)新。

(1)主要功能：與第一代電解多功能機(jī)組低位多功能機(jī)組基本相同；

(2)主要變化：天車整體可在電解槽上任意通行；駕駛室與工具回轉(zhuǎn)相分開，可單獨(dú)圍繞工具回轉(zhuǎn)便于觀察；變頻和PLC控制技術(shù)成熟,開始廣泛應(yīng)用；

1.5 第四代電解多功能機(jī)組

在高位電解多功能機(jī)組應(yīng)用10年時(shí)間后，2006年公司針對(duì)用戶使用中發(fā)現(xiàn)的一些問題，在結(jié)合國(guó)外一些新技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)第三代電解多功能機(jī)組進(jìn)行了改造，機(jī)組功能更全面，更加人性化，布局更合理，得到了用戶的認(rèn)可，也得到了國(guó)內(nèi)所有用戶的認(rèn)同，為我國(guó)電解鋁工業(yè)的發(fā)展壯大做出了較大貢獻(xiàn)；第四代電解多功能機(jī)組主要特征：

(1)增加了清渣裝置；

(2)工具小車采用了U型式三面大走臺(tái)人性設(shè)計(jì)理念，為維護(hù)及檢修提供安全保障；

(3)超大操作室視窗，任意回轉(zhuǎn)控制操作臺(tái)；

(4)操作室供電裝置采用可回轉(zhuǎn)電纜拖鏈；

(5)懸垂油管、氣管、電纜等都采用拖鏈安裝形式；

(6)整體電控柜應(yīng)用；

(7)液壓系統(tǒng)采用電液比例控制，實(shí)現(xiàn)液壓油缸升降速度可調(diào)功能；

(8)大小車行走無級(jí)調(diào)速。

2 新型電解多功能機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

目前沈冶機(jī)械研發(fā)的600 kA電解槽用鋁電解天車，主要針對(duì)環(huán)境磁場(chǎng)、溫度、濕度及粉塵等對(duì)電解多功能起重機(jī)運(yùn)行的影響等方面進(jìn)行研究，確定出理論上相關(guān)參數(shù)的最小值與最大值在車間范圍內(nèi)的分布情況，有針對(duì)性的在起重機(jī)防磁、防熱、防粉塵、絕緣及防靜電方面進(jìn)行改進(jìn)和完善，減小環(huán)境對(duì)設(shè)備的影響，在保證現(xiàn)有設(shè)備功能不變的前提下提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、運(yùn)轉(zhuǎn)率，減少設(shè)備對(duì)環(huán)境的污染，優(yōu)化產(chǎn)品的各機(jī)構(gòu)，降低產(chǎn)品的功耗，是迄今為止用于世界最大電流電解槽鋁生產(chǎn)的新型電解多功能機(jī)組，采用的一系列新技術(shù)如下：

2.1 整車防磁技術(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的電解槽、運(yùn)行參數(shù)、車間電解槽周圍磁場(chǎng)分布情況等，采用防漏磁技術(shù)、粉末冶金噴涂阻磁技術(shù)、無磁鋼材料的應(yīng)用等等，對(duì)運(yùn)行機(jī)構(gòu)確定加裝防磁阻磁的機(jī)械及位置，有效減少磁場(chǎng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的干擾，提高設(shè)備運(yùn)行效率；

2.2 自動(dòng)對(duì)位裝置

該技術(shù)是智能化鋁電解多功能機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)之一，是一種檢測(cè)機(jī)組在高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)導(dǎo)電性粉塵、多腐蝕性氣體的惡劣環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的測(cè)距技術(shù)，可通過控制器的運(yùn)算和控制，完成鋁電解多功能起重機(jī)的槽號(hào)識(shí)別和極號(hào)識(shí)別，完成出鋁和換極的自動(dòng)對(duì)位；

2.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過有限元分析計(jì)算，對(duì)機(jī)組大、小車主梁、操作室回轉(zhuǎn)部分、工具回轉(zhuǎn)部分整體和局部的剛度、強(qiáng)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靜態(tài)分析；對(duì)大車端梁極端工況下強(qiáng)度分析，通過模擬磁場(chǎng)，合理確定磁阻斷部位的結(jié)構(gòu)尺寸，優(yōu)化設(shè)備各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足使用條件和保證使用壽命的前提下，減輕設(shè)備重量，從而降低設(shè)備的輪壓，降低廠房的基建成本；

2.4 靜電監(jiān)測(cè)釋放技術(shù)

為確保設(shè)備和操作人員的安全，增設(shè)了絕緣裝置，避免設(shè)備在運(yùn)行時(shí)與車間磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生電荷積累；設(shè)備不同絕緣層之間產(chǎn)生電勢(shì)差，當(dāng)人員接觸到絕緣層時(shí)發(fā)生靜電傷人情況；同時(shí)機(jī)組每個(gè)絕緣部位均設(shè)置了監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各絕緣點(diǎn)靜電壓變化，適時(shí)進(jìn)行靜電釋放，保障人身和設(shè)備安全；

2.5 氟化鹽加料系統(tǒng)

在原有單料箱下料功能的基礎(chǔ)上，增設(shè)了氟化鹽加料功能，通過機(jī)組的下料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能定量向電解槽內(nèi)添加氟化鹽；

2.6 新結(jié)構(gòu)機(jī)組

新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與新材料的選用，使得鋁電解多功能起重機(jī)不但滿足了節(jié)能減排要求，同時(shí)還使得設(shè)備向輕型化、控制自動(dòng)化、功能擴(kuò)大化方向發(fā)展；公司研制的600 kA新型電解電解多功能機(jī)組圖見圖1。

圖1 600 kA新型電解電解多功能機(jī)組圖

3 鋁電解多功能機(jī)組的發(fā)展展望

目前鋁電解多功能機(jī)組正朝著高可靠性、高運(yùn)轉(zhuǎn)率、多功能、智能化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在，使用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)和最先進(jìn)的科學(xué)成果，減輕設(shè)備重量、減小設(shè)備外形尺寸，降低土建投資等；功能擴(kuò)大化方面，要求鋁電解多功能機(jī)組，在不斷完善現(xiàn)有設(shè)備功

能的基礎(chǔ)上，研發(fā)智能化無人操作鋁電解多功能機(jī)組，實(shí)現(xiàn)電解鋁過程的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，取代人工操作，這已經(jīng)成為沈冶機(jī)械的研究方向和目標(biāo)。

[1] 易銘.世界工程起重機(jī)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].中國(guó)工業(yè)報(bào)，2008，(6)：15.

[2] 翟海光.CAD在機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用[J].機(jī)械管理開發(fā)，2008，(23)：104.

Brief Analysis on the Development of Pot Tending Machine (PTM)Technology

LIU Hong-feng

Pot tending machine (PTM) is the special mechanical equipment in a large prebaked anode electrolytic plant. The paper points the change process of PTM has a relation with design, electrolytic process, and practical operation. Future development of PTM must not be separated from the electrolysis of these two principles.

pot tending machine； structure； trend of development

2014-12-10

劉紅楓(1963-)，女，遼寧沈陽人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事機(jī)械加工類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)。

TF821

B

1003-8884(2015)01-0001-03