殘極自磨清理機(jī)的開發(fā)與研究

摘要：目前我國常用的殘極清理設(shè)備主要依靠國外進(jìn)口的拋丸機(jī)進(jìn)行氧化面處理。進(jìn)口的拋丸機(jī)成本高，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理想的清理效果，給國內(nèi)電解鋁行業(yè)帶來了諸爹不利因素。打破國外的行業(yè)技術(shù)壟斷從而降低設(shè)備采買的成本投入、提升殘極清理設(shè)備的工作效果，是電解鋁生產(chǎn)行業(yè)迫切的愿望，同時(shí)也是一個(gè)發(fā)展機(jī)械制造企業(yè)的契機(jī)。此次研究的對(duì)象為國內(nèi)*臺(tái)電解鋁殘極自磨機(jī)，具有綠色環(huán)保、低噪、回收效果好等顯著特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中考慮到粉塵的回收，極大的降低了大氣污染，從而保證了鋁業(yè)生產(chǎn)單位工人的職業(yè)健康安全；研磨過程中充分利用重力等因素，通過正反轉(zhuǎn)的交替的方式達(dá)到充分研磨和物料排放、回收。
關(guān)鍵詞：殘極清理；綠色環(huán)保；低成本投入；優(yōu)質(zhì)清理效果中圖分類號(hào)：THl6；TQl5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001—3997(2016)

1引言

近年來，電解鋁價(jià)格低迷，給鋁業(yè)公司的生產(chǎn)帶來了巨大壓力：成本居高不下；國家對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)節(jié)能要求亦是不斷提高—要求預(yù)焙陽極生產(chǎn)各工序不斷提高產(chǎn)品合格率，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本及過程損耗，而殘極清理工序更是關(guān)系到殘極清理狀態(tài)，其中殘極中灰分含量是當(dāng)前影響預(yù)焙陽極質(zhì)量較重要的指標(biāo)之一【l】。目前，主要的殘極清理有拋丸清理、噴丸清理及人工清理等方式。噴丸清理因清理質(zhì)量達(dá)不到要求、運(yùn)行成本高，又或設(shè)備故障多等原因大多已經(jīng)停止運(yùn)行嘲。國內(nèi)外目前主流采用拋丸清理機(jī)清理殘極，但無論是國內(nèi)自產(chǎn)設(shè)備嗍，還是進(jìn)口設(shè)備，都存在運(yùn)行成本高，而且清理質(zhì)量達(dá)不到要求的現(xiàn)象。因此國內(nèi)殘極清理設(shè)備基本停產(chǎn)，而運(yùn)用人工清理的方式。

隨著對(duì)陽極殘極清理重要性認(rèn)識(shí)的提高及人工清理成本的提高，自動(dòng)清理殘極必將成為清理設(shè)備發(fā)展的主流[71。以國產(chǎn)*臺(tái)殘極自磨清理機(jī)為研究對(duì)象，并與老式殘極清理設(shè)備做以簡單對(duì)比。

發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段殘極清理設(shè)備運(yùn)行中主要存在如下問題：

(1)清理質(zhì)量達(dá)不到要求：經(jīng)傳統(tǒng)殘極清理設(shè)備處理后的殘極表面會(huì)殘留大量的白色電解質(zhì)；白色電解質(zhì)清理后，大量的Na、Fe、V仍存在于殘極表面的軟殘極中，不能滿足清理要求。
(2)運(yùn)行成本高：其一，體現(xiàn)在清理用鋼丸的大量消耗上，噴、拋丸清理設(shè)備主要是通過給鋼丸施加一定的初始速度，對(duì)殘極表面進(jìn)行碰撞、摩擦來實(shí)現(xiàn)清理目的，期間鋼丸大量破碎、磨損，不可以重復(fù)使用；其二，設(shè)備運(yùn)行后故障發(fā)生頻率高，從而引起較大的維護(hù)檢修費(fèi)用支出，增加生產(chǎn)運(yùn)營成本。
(3)設(shè)備運(yùn)行過程中安全性差：噴、拋丸因防護(hù)設(shè)施不完善及鋼丸高速彈射后變向等問題，易引發(fā)飛物傷人事件，對(duì)安全生產(chǎn)存在巨大隱患。
(4)設(shè)備故障多，不利于生產(chǎn)效率的提高：老式清理設(shè)備均存在設(shè)備運(yùn)行不久便出現(xiàn)故障的問題，迫使生產(chǎn)頻繁的停止，進(jìn)行維修，造成大量的時(shí)間浪費(fèi)，并大大降低生產(chǎn)的效率。
(5)設(shè)備針對(duì)性不明顯、適用性差：大多生產(chǎn)單位對(duì)殘極清理的目標(biāo)、工作性質(zhì)的認(rèn)知不夠，且不能準(zhǔn)確理解，行業(yè)經(jīng)驗(yàn)明顯不足。目前，國內(nèi)外殘極清理機(jī)主要是為了給鋼板、鑄件的除銹和清理而設(shè)計(jì)的，大多數(shù)的殘極清理機(jī)均是由這批機(jī)械進(jìn)行簡單改動(dòng)制成的，沒有針對(duì)性，這是國內(nèi)外殘極清理設(shè)備效率低、運(yùn)行成本高的關(guān)鍵所在。

2殘極自磨清理機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)想及性能簡介

殘*清理機(jī)照片，如圖l所示。
圖1殘*清理機(jī)照片
2．1殘極自磨清理機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)想

殘極白磨清理機(jī)的目標(biāo)是將殘極外表面白色電解質(zhì)等清理干凈，并消除軟殘極上的Na、Fe、V等的殘留，取消鋼丸的加入，從而保證殘極清理后預(yù)焙陽極質(zhì)量，并降低電解鋁生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本投入。殘極自磨清理機(jī)是由頭罩(進(jìn)料端)、尾罩(出料端)、筒體、減速機(jī)、底座、托輥等幾大部位構(gòu)成。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前采用動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，模擬殘極間的相互碰撞和滾動(dòng)，科學(xué)設(shè)計(jì)筒體轉(zhuǎn)速和筒體內(nèi)揚(yáng)料板的尺寸，能夠使殘極在簡體內(nèi)充分摩擦，力爭用較短的時(shí)間取得較佳清理效果。殘極料通過輸送帶進(jìn)入料斗，經(jīng)由導(dǎo)料管可直接進(jìn)入簡體前段揚(yáng)料區(qū)，通過螺旋揚(yáng)料板帶動(dòng)提升到一定高度，受重力影響自由下落，與下方物料碰撞，并隨簡體的正轉(zhuǎn)不停地與其他殘極塊相互摩擦、研磨一定時(shí)間后，再通過電控柜按鍵控制，停止筒體正轉(zhuǎn)，開始簡體反轉(zhuǎn)出料操作，將物料一次性排出，并通過簡體排料端圓周排列小孔排出研磨產(chǎn)生的粉末。
2.2 殘極自磨清理機(jī)的性能介紹
殘極自磨清理機(jī)是通過殘極間相互作用力實(shí)現(xiàn)清理，利用重力作用、慣性勢能等一系列的物理原理對(duì)殘極外表面進(jìn)行無死角的清理，不需要添加鋼丸等其他介質(zhì)，將殘極表面和軟殘極表面的殘留物一次性清理干凈。清理后殘極表面漏出黑色碳素顏色，同時(shí)也將軟殘極表面清理干凈露出骨料形狀，可更好的提高陽極質(zhì)量。物料出倉后經(jīng)濾網(wǎng)，可將殘極與粉末一次性分離，省略了傳統(tǒng)清理設(shè)備殘極清理后的鋼丸與殘極粉末分離、回收的過程。設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，只需要電控柜與設(shè)備連接，便可以自由控制殘極清理的質(zhì)量與清理全過程，節(jié)約了老式清理方式后續(xù)的人工投入。

3殘極自磨清理機(jī)的主要優(yōu)勢

結(jié)合長期的機(jī)械生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，與我們對(duì)殘極清理的概念和行業(yè)的了解，以及對(duì)殘極特性的認(rèn)識(shí)，我們了解客戶真正需要：(1)希望能將殘極上的電解質(zhì)、軟殘極上的殘留物清理干凈，提高陽極質(zhì)量，更好的滿足電解需求；
(2)希望能用較低的成本來完成殘極地清理工作；
(3)希望買到的機(jī)械能經(jīng)受得住性能、時(shí)間、工作效率的考驗(yàn)，使他們的生產(chǎn)在安全、平穩(wěn)、可靠的設(shè)備上得以更快、更好、更省力的完成。

通過我們對(duì)殘極白磨清理機(jī)的反復(fù)研究和試驗(yàn)，我們確信殘極自磨清理機(jī)可以做到，因?yàn)槠渚哂幸韵聝?yōu)勢：
(1)清理效果好：殘極自磨清理機(jī)清理效果高于目前所有的殘極清理設(shè)備，不僅可以將殘極表面的白色電解質(zhì)除凈，而且將軟殘極表面的殘留一并處理干凈，同時(shí)摒棄鋼丸等的加入，從根本上杜絕了鐵元素等雜質(zhì)的引入，使陽極質(zhì)量更高，從而得到電解槽內(nèi)較為純凈的鋁水。
(2)殘極白磨清理機(jī)的設(shè)計(jì)合理，保證了其優(yōu)良的性能和較強(qiáng)的實(shí)用性，并實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保的生產(chǎn)模式：
①筒體設(shè)計(jì)合理，作為該設(shè)備的主體一筒體，承受著運(yùn)行過程中物料拋落、滾落連續(xù)沖擊負(fù)荷，其制造質(zhì)量直接關(guān)系整臺(tái)設(shè)備的工作質(zhì)量和使用壽命，且對(duì)確保設(shè)備順利運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。*先揚(yáng)料板大小、位置、角度是通過計(jì)算模擬得出，充分的將固定量物料揚(yáng)起，達(dá)到理想高度落差，利用重力、摩擦等作用力將物料研磨出較佳理想效果，達(dá)到物料理想處理狀態(tài)；其次，紡錘式結(jié)構(gòu)的筒體結(jié)構(gòu)可以舒緩物料抬高后下落的速度，避免激烈的沖撞對(duì)筒壁的傷害；
②設(shè)備底座一體式的結(jié)構(gòu)模式是設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行的重要保障。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的平穩(wěn)是一項(xiàng)重要指標(biāo)，關(guān)系重大。我們舉個(gè)生活中例子，橋梁建設(shè)前都要打橋墩，相鄰橋墩下都要用混凝土將其連接成一塊巨大的平臺(tái)，以達(dá)到平穩(wěn)的目的。設(shè)備底座一體式的結(jié)構(gòu)模式的設(shè)計(jì)理念便是這一力學(xué)應(yīng)用，它使設(shè)備的所有支點(diǎn)集中到一個(gè)平面，有利于力的平衡傳遞，也利于筒體安裝、運(yùn)行中角度的控制，提升了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性和角度的固定性，另外這一舉措避免了設(shè)備安裝過程中不必要的找正等工序，提高了工作效率；萬方數(shù)據(jù) 120機(jī)械設(shè)計(jì)與制造No．10Oct．2016
③殘極自磨清理機(jī)的揚(yáng)料板表面采用了橡膠材質(zhì)原料，托輥表面采用的是尼龍材質(zhì)原料，可進(jìn)行拆卸更換，具有極好的降低噪音的功能，且有良好的耐磨性能，大大提高了設(shè)備使用壽命和不必要的配件更換損耗。橡膠有較好的彈性和耐磨性能，用其與物料接觸，即避免了物料與金屬碰撞發(fā)出的聲響，也避免了揚(yáng)料板的磨損，另外，尼龍?zhí)子谕休伾厦?，利用其彈性，緩解筒體起伏對(duì)托輥的負(fù)擔(dān)和對(duì)齒輪等的損傷，且避免托輪金屬面與簡體直接接觸造成不可挽救的損耗；
④魚鱗型密封結(jié)構(gòu)的運(yùn)用，對(duì)避免了粉塵的排放有深遠(yuǎn)意義，可以通過重疊的金屬片將簡體溢出的粉塵逐層壓制，達(dá)到除塵的目的，有利于保證企業(yè)綠色生產(chǎn)的開展，對(duì)職業(yè)安全健康有極大的推動(dòng)和促進(jìn)作用。
⑤采用正轉(zhuǎn)磨料，反轉(zhuǎn)排料，通過調(diào)整研磨時(shí)間來控制研磨效果。排料過程中特殊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)做到一次排料的效果的舉措是值得關(guān)注的。在筒體排料端圓盤周排列小孔，通過反轉(zhuǎn)，將粉末一并震落、排出，即節(jié)約了廢料回收的時(shí)間，也利于廢料的統(tǒng)一處理，提升勞動(dòng)效率和資源的較大化利用、回收。
(3)運(yùn)行成本低：
①因設(shè)備的工作原理是通過物料間的物理作用力完成清理工作，避免了傳統(tǒng)設(shè)備大量清理鋼丸的損耗和鋼丸使用后的分離、回收過程中的人力、物力投入。
②物料的一次性排出方式也省去了人工清理的麻煩，節(jié)省了時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，從而節(jié)約了大量生產(chǎn)成本。
(4)故障少，生產(chǎn)效率得以提升。因設(shè)備的整體設(shè)計(jì)的優(yōu)化，設(shè)備的使用中故障很少發(fā)生，故停產(chǎn)檢修的時(shí)間罕有發(fā)生，另外，設(shè)備耐用性高，故障發(fā)生頻率降低，使檢修次數(shù)大大減少，避免大量的檢修費(fèi)用的支出。
(5)安全性能高：因設(shè)備的工作區(qū)相對(duì)封閉，且研磨過程中沒有高速飛濺物的產(chǎn)生，這對(duì)現(xiàn)場工作人員的人身安全和設(shè)備的自身安全有巨大的保障。清理前后，如圖2、圖3所示。
圖2清理前物料照片

圖3清理后物料照片
4結(jié)論
該殘極自磨清理機(jī)的成功研制代表著殘極清理設(shè)備國產(chǎn)化的開始，突破了殘極清理設(shè)備產(chǎn)品制造關(guān)鍵技術(shù)，制造工藝El趨成熟。但同時(shí)我們也應(yīng)看到，該設(shè)備仍有很大的改進(jìn)空間，比如：在生產(chǎn)、研磨過程中，不停車情況下，能否自動(dòng)排料等。這也將是我們下一階段的重點(diǎn)研究課題。殘極自磨清理機(jī)的開發(fā)成功填補(bǔ)了國產(chǎn)殘極清理機(jī)械裝備制造的，解除了外國人對(duì)中國電解鋁行業(yè)殘極清理設(shè)備的控制，并改善了生產(chǎn)工藝，提高了生產(chǎn)效率。

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