铝电解阳极炭块表面自动清理系统的开发

铝电解阳极炭块表面自动清理系统的开发周艳芳【摘要】介绍了阳极炭块表面结焦的产生原因,并分析了阳极炭块表面结焦传统清理方法存在的问题,提出了阳极炭块表面结焦清理的新方法,重点介绍了阳极炭块大面及小头结焦的在线自动清理,阳极炭块碳碗结焦自动清理和船形阳极圆弧底角结焦的清理,结果表明,采用新清理方法具有重要的时效性,实现了阳极表面结焦的自动清理,保证了阳极外观合格率达99％以上.%The cause of anode carbon block surface coking is introduced in this paper, and the existing problems of traditional methods for cleaning up the anode carbon block surface coking is also analyzed in this paper; the new cleaning up method of anode carbon block surface coking is presented with an emphasis on the on-line automatic cleaning up for general and small part anode carbon block coking , the automatic cleaning up for its carbon bowl coking, and the cleaning up for boat shape anode' s arc base coking, the results show that the new cleaning up method has the important time—effectiveness, the automatic cleaning up of anode surface coking is achieved, it guarantees the qualified rate of anode appearance more than 99% .【期刊名称】《云南冶金》【年(卷),期】2013(042)001【总页数】4页(P77-79,85)【关键词】阳极炭块;结焦;自动清理【作者】周艳芳【作者单位】云南铝业股份有限公司炭素厂,云南昆明650502【正文语种】中文【中图分类】TF8211888 年美国匹兹堡电解厂将冰晶石－氧化铝溶解炼铝法运用于工业生产，建成了世界上最早的预焙阳极电解槽［1］。

铝电解发展初期，采用挤压法生产的小型预焙阳极，单个阳极尺寸甚小，阳极电流为4 000 A，20 世纪50 年代之后，用挤压和振动成型机制造大规模预焙阳极成功并逐步被广泛采用，到今天，工业化预焙阳极电解槽电流已达500 kA［1］。

随着电解槽电流值的提升，对预焙阳极的物理性能及外观质量要求越来越高，作为预焙阳极生产的焙烧工序，也就成了影响预焙阳极理化指标、外观合格率指标的重要工序。

1 阳极炭块表面结焦的产生原因生阳极在焙烧工序进行焙烧时，为了防止阳极氧化，并固定阳极及碳碗的几何形状，将热量传导使阳极均匀受热，阻碍挥发分顺利排出的同时导出挥发分，阳极炭块在装炉时要填充和覆盖一定粒度(3 ～6 mm)的煅后焦作为填充料。

在焙烧过程中，沥青析出，在阳极表面与填充料发生结焦现象，为保证焙烧阳极外观质量及外形尺寸，须对焙烧阳极进行清焦处理。

2 阳极炭块表面结焦清理的传统方法阳极炭块在焙烧工序中有立装和卧装两种装炉方式，不管采用哪种装炉方式，阳极炭块在焙烧过程中，与填充料接触的阳极表面都容易出现结焦现象，严重的时候结焦面大，且粘接性较强。

传统的清焦方式有人工清理，或是简单的刮板装置。

用人工清理时，由于阳极炭块在炭块库是以纵向排列为垛的方式摆放，只能对阳极炭块大面进行清理，无法进行端面的清理，需在输送的途中另安排人员进行端面的清理。

以阳极炭块焙烧工序年17 万t 的产量为例，需要设置10 ～12 人进行阳极炭块的大面及碳碗清理，和8 人(四班三倒)进行阳极炭块的端面清理，人工清理劳动强度大，生产率低下，且结焦的清理效果较差，随着人工成本的不断上升，实现阳极炭块表面结焦的自动清理已成为一种需求。

最初的阳极炭块结焦清理装置如图1 所示，在阳极炭块运输线上两侧各安装有一组刮刀，阳极炭块通过刮刀安装位置，刮刀完成对阳极炭块表面结焦的刮削［2］，此种装置结构简单，投入成本较少，但刮刀对结焦的刮削力较弱，清理效果较差，在阳极炭块外形尺寸偏差较大时容易出现卡阻，且只能对炭块运输前进方向的纵向两侧面进行刮削，端面部分结焦还需人工进行清理，人工清理时工人劳动强度大，作业环境粉尘大，炭块库内堆垛天车作业频繁，存在较大的安全隐患。

图1 刮刀清理装置示意图Fig.1 Scraper cleaning plant schematic diagram3 阳极炭块表面结焦清理的新方法3.1 对阳极炭块大面及小头结焦的在线自动清理针对传统清理方法存在的问题，我们提出了一套对阳极炭块大面及端面结焦进行在线自动清理装置的设计方案，如图2 所示，在阳极炭块原输送链Ⅰ线旁新增一条Ⅱ线输送链，阳极炭块在Ⅰ工位到Ⅱ工位，再到Ⅲ工位，最后到Ⅳ工位的过程中，分别经过两组电动清理装置，完成了阳极炭块大面及端面的结焦的自动清理。

阳极炭块结焦电动清理装置如图3 所示，装置由固定机架、活动机架、刀具、立式电动减速机及其传动部分组成。

活动机架上下各一组水平导向轮和滚轮，每组水平导向轮有两个水平轮，活动机架沿固定机架导轨滑动时不会出现卡阻，且刀具旋转工作过程中能够保持机架的平稳，另外，活动机架与固定机架中间位置有一根轴连接，轴外装有一根弹簧，构成一组调整弹簧，清理装置在清理过程中遇到结焦大块时，刀具旋转阻力加大，活动机架压缩调整弹簧，实现刀具切削力的自行调整，避免刀具旋转阻力增大造成负荷增加烧毁电机，也可以实现炭块尺寸出现偏差时的自行调整。

电动清理刀具选用立式齿轮减速机，结构紧凑小巧，安装方便，输出转速可选在300 ～400 r/min即可满足切削要求，刀具采用多刀盘方式，每个刀盘其结构如图4 所示，可以每个刀盘装有两片刀片，也可以装4 片刀片，刀片以螺栓联接，避免焊接刀片引起刀盘热应力不均，每个刀盘以一个键槽［3］位相对错位安装，安装后刀片形成螺旋状，在切削进刀时第六次只有两片刀片与结焦面接触，减少了每次刀片与结焦面接触的面积，大大降低削切阻力，刀盘以六组为佳，受力均匀，运行平稳。

图4 单个刀盘结构示意图Fig.4 Schematic diagram of the structure of single cutter head3.2 对阳极炭块碳碗结焦自动清理阳极炭块碳碗由于空间窄小，结焦层厚，无有效的人工清理工具。

清理工只能用20 ～30 mm 宽的铲刀一次次地冲击撞碎结焦，然后用压缩空气吹出，反复清理吹扫，最后完成碳碗结焦的清理。

清理过程中劳动强度大，工作环境粉尘、噪音较大，并且没有专用的清理区，空中堆垛炭块的堆垛天车过往频繁，存在较大的安全隐患，因此，实现阳极炭块的碳碗在线自动清理也成为了阳极炭块表面清理系统的一个部分。

阳极炭块碳碗自动清理机示意图如图5 所示，它由固定机架、活动机架、升降装置、导向装置、刀盘及其驱动装置组成。

清理过程如下:阳极炭块到位后，升降装置带动活动机架沿导向杆下降，活动机架上装有四套独立驱动的刀盘，四个刀盘同时旋转，分别对阳极炭块四个碳碗内结焦进行清理，清理过程中，压缩空气对碳碗进行吹扫干净，清理完毕，升降装置带动活动机架上升，完成了一块炭块的碳碗结焦的清理。

刀盘的驱动装置选用三相立式齿轮减速机，其结构紧凑，占用空间小，适合于这种碳碗中心距小，且四个碳碗清理刀盘需独立驱动的结构特点。

图5 碳碗自动清理机示意图Fig.5 Schematic diagram for carbon bowl automatic cleaning plant3.3 对船形阳极圆弧底角结焦的清理船形阳极底部棱边为圆弧角，焙烧后同样会出现结焦现象。

对阳极炭块大面及端面进行清理时无法用同一种刀具对底部棱边圆弧角进行清理，需制作安装专用刀具对其进行清理。

专用刀具安装示意图如图6 所示，刀具刀口成圆弧，圆弧角与船形阳极底部棱边圆弧角相似，刀具以铰键连接方式安装在机架上，两侧刀具相对阳极前进方向呈八字形状安装，对阳极炭块前进有导向作用，刀具尾部装有调整弹簧，阳极炭块存在尺寸偏差时刀具可以进行人工调整和刀具自身的微调整，最终刀具与阳极底部弧形角充分接触，对圆弧角结焦实现有效清理。

图6 专用刀具安装示意图Fig.6 Schematic diagram for installation of dedicated cutter4 结语阳极炭块表面清理系统的开发，从阳极的侧面、端面、碳碗及其圆弧角的结焦的自动清理几个方面来优化，可以实现侧面、端面及圆弧角棱边的结焦的清焦量达99%以上，由于阳极炭块碳碗内缘存在四条螺旋槽，目前现有的刀具只能实现85%的清焦量，还会遗留一部分结焦需人工进行清理，但从以上几个方面的优化，可以有效地保证阳极炭块的外观合格率达99%以上。

阳极炭块表面清理系统是一个系统的工程，以上只是针对清理系统中的机械部分作了一些优化，系统中我们还需要完成自动控制部分、收尘部分、清理下来的大量填充焦的回收装置，还有将已经试制成功的阳极底部清理装置纳入系统中，清理系统的完成可以提升生产线的自动化性能，有效地降低了人工成本和改善了工作环境。

参考文献:［1］肖亚庆. 中国铝工业技术发展［M］. 北京:冶金工业出版社，2007.［2］潘昌勇. 一种新型炭块解组清理机组的方案设计［J］. 机械工程师，2011 (3):38－40.［3］吴宗泽. 机械设计课程设计手册［M］. 北京:高等教育出版社，1992.。