陰極焙燒多功能天車的開發(fā)研究

陰極焙燒多功能天車的開發(fā)研究中鋁國際貴陽分公司徐宏文摘要：中鋁國際貴陽分公司〔GAMI〕作為鋁冶煉甲級設計單位，承接了國內(nèi)絕大多數(shù)鋁廠的工程設計，公司近年也承接了許多國外工程的設計，因此，為了不斷提高設計水平，結合多年來的工程設計實踐，研究國內(nèi)外生產(chǎn)技術，不斷創(chuàng)新生產(chǎn)工藝流程，從而需要我們開發(fā)各種非標設備來適應新的生產(chǎn)工藝流程。陰極焙燒多功能天車，是2005年GAMI為中鋁青海分公司設計的陰極炭塊生產(chǎn)新工藝而開發(fā)設計的，是一項全新的大型非標設備的開發(fā)設計，又一次開創(chuàng)了國內(nèi)本行業(yè)設計和生產(chǎn)的先河，通過貴陽鋁鎂振興公司承制、安裝、調(diào)試、在青海分公司成功投用，通過一年多的生產(chǎn)實踐，證明該技術的產(chǎn)生在相同經(jīng)濟投入和相同能耗的前提下提高了生產(chǎn)能力2~3倍，降低工人勞動強度2~3倍，提高了整個焙燒車間的機械化、自動化程度，也極大地改善了工人的勞動環(huán)境，目前青海分公司又一次委托貴陽鋁鎂振興公司承制第二臺設備，事實說明GAMI的開發(fā)和設計是成功的，該設備目前已擁有專利技術5項，已成為陰極炭塊生產(chǎn)的專用操作設備。關鍵詞：多功能天車陰極炭塊焙燒流程前言隨著我國的鋁工業(yè)的整體技術水平、生產(chǎn)指標的不斷提高。作為一直走在國內(nèi)同行業(yè)的前列GAMI，在探索中不斷改良和創(chuàng)新，由于工藝流程設計的改良，對設備的配備提出了一系列的要求，特別對設備的高效性、可靠性和自動化程度等提出了更高的要求。2005年，GAMI在給中鋁青海分公司的陰極焙燒車間的設計中采取了新的工藝配置方案，該方案廢除了老工藝流程中的一系列設備：如陰極吸料罐、車間通廊內(nèi)的真空管道、廠房外部端頭的羅茨真空泵及其除塵設備，用于車間內(nèi)吊運陰極炭塊和運送填充料的普通橋吊，以及大量運料料斗等。去而代之的是“陰極焙燒多功能天車〞，它代替原有工藝配置中的上述一系列設備來完成一系列的工作：包括了填充料的吸料、填料、炭塊的裝爐、出爐、填充料及陰極炭塊的運送工作，它將一系列的功能聚于一身，大大提高了生產(chǎn)自動化程度，生產(chǎn)工藝和操作設備的同時改良和創(chuàng)新是相輔相成的，生產(chǎn)工藝的改良事實上是用操作設備來實現(xiàn)的，因此新設備的開發(fā)是工藝創(chuàng)新的必要保證，GAMI，歷來重視設備的研究和開發(fā)，因此GAMI擁有了不斷創(chuàng)造的能力。三年來，該設備經(jīng)過了開發(fā)研究、設計、制造、安裝、調(diào)試和正式投運的全過程檢驗，在青海分公司的陰極炭塊生產(chǎn)中得以證實：GAMI開發(fā)設計的陰極焙燒多功能天車，已成為新型陰極炭塊焙燒生產(chǎn)工藝中的專用操作設備，它的投用從很大程度上改善了原有的工作狀況，在相同〔或稍多〕的經(jīng)濟投入和相同能耗的前提下提高生產(chǎn)能力2~3倍，降低工人勞動強度2~3倍，提高了整個陰極生產(chǎn)車間的機械化、自動化程度，也極大地改善了工人的勞動環(huán)境。陰極炭塊焙燒生產(chǎn)流程新舊比照陰極炭塊焙燒的操作主要有：將要焙燒的炭塊裝入焙燒爐內(nèi)；參加填充料，將爐內(nèi)的炭塊包裹及覆蓋??；待燒成結束后，先將填充料從爐內(nèi)吸出，再將炭塊吊出焙燒爐。這一系列工作的操作環(huán)境是高溫及多粉塵的陰極焙燒車間。原有的落后生產(chǎn)技術：裝爐作業(yè)：將要焙燒的炭塊裝入焙燒爐內(nèi)；參加填充料，將爐內(nèi)的炭塊包裹及覆蓋住。1〕用普通橋吊從車間端頭的填充料坑中用抓斗將填充料抓入填充料料斗〔抓斗容積有限，需來回操作數(shù)次方能完成〕；運至爐坑處，工人在地面操作翻開料斗底部的放料閥；將料放入爐坑底部鋪設底料〔由于放料落差約5米，粉塵飛揚很大〕，并由人工將料面刮平〔此操作平面在離爐頂面4米多高的爐坑里，高溫、多粉塵、光線暗〕。2〕用普通橋吊從生塊堆放處將炭塊吊運爐坑處并裝入坑中。3〕用普通橋吊吊運裝有填充料的料斗，將填充料運至爐坑處將爐坑中的空隙填滿，并在炭塊頂面覆蓋很厚的一層覆蓋料〔料斗容積3立方米，需要來回操作數(shù)次方能完成〕。出爐作業(yè)：待炭塊燒成結束后，先將填充料從爐內(nèi)吸出，再將炭塊吊出焙燒爐。1〕用普通橋吊吊運填充料抓斗，將炭塊頂面的覆蓋料抓入填充料的料斗，并運往車間端頭的填充料坑。2〕用普通橋吊將真空吸料罐吊至爐坑處，人工聯(lián)接該處的真空系統(tǒng)接口，并在車間地面操縱吸料罐上笨重的懸臂式吸料管，啟動車間外的真空泵，經(jīng)過車間內(nèi)外冗長的真空管道將填充料從爐內(nèi)吸出一局部。〔管道冗長，壓力損失大，浪費能源〕由于焙燒工藝的特殊及吸料罐的制作局限，吸料頭只能設計成內(nèi)直徑不到90mm的圓形管狀，用人工不斷吸料頭的位置來實現(xiàn)這項工作，吸料能力在8m33〕用普通橋吊將炭塊吊出并運往成品對放處；再用普通橋吊吊運填充料抓斗，將爐坑中剩余的填充料抓出。如果按一個火焰系統(tǒng)需要的配置，6~8臺吸料罐、30多個liaoduo完成以上操作，均需工人輔助完成，這一系列工作的操作環(huán)境是高溫及多粉塵的陰極焙燒車間。高溫、多粉塵的工作環(huán)境、高強度的工作對工人的身心健康造成很大危害。2、現(xiàn)有高效可靠的技術使用陰極焙燒多功能天車，全權代替原來的一系列設備和原始操作，在天車駕駛室內(nèi)完成這些工作：1〕天車卸料系統(tǒng)負責將填充料參加爐坑，同時使用收塵系統(tǒng)將飛揚的粉塵收如系統(tǒng)內(nèi)；2〕天車吸料系統(tǒng)運用氣力輸送原理及除塵設備將高溫填充料從爐坑中吸出，存放在天車的大料倉內(nèi)〔大料倉20立方米，作為填充料吸卸料作業(yè)的中間存儲器，減少填充料在料坑與爐坑之間的來回倒運〕；3〕天車5噸輔助吊鉤負責將陰極從焙燒爐坑中取出、吊入，負責陰極在焙燒車間的運送；還能吊運和檢修車間內(nèi)的其它設施。在開發(fā)設計以上功能的陰極焙燒多功能作業(yè)天車時，我們核算工程投資，在滿足工藝作業(yè)要求和投資根本不變的前提下確定了天車的主要技術參數(shù)：天車跨度m天車工作級別A6小車運行速度m/min3.0~30〔變頻調(diào)速〕大車運行速度m/min2~55〔變頻調(diào)速〕吸料能力m3/h20卸料能力m3/h40大料倉容積m3205t電葫蘆運行速度m/min20/5〔雙速〕5t電葫蘆起升速度m/min8/1〔雙速〕三、陰極焙燒多功能天車的主要設計特點天車的總體布局設計〔如下列圖〕本焙燒多功能天車主要由大車、小車及電氣控制系統(tǒng)三大局部組成：大車作為焙燒多功能天車的橋架，可沿車間的縱向軌道運行，一根大車主梁的外側，配置有5噸電葫蘆用來承當炭塊的裝入、取出和吊運任務。小車是焙燒多功能天車的核心，焙燒多功能天車的吸料系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、收塵系統(tǒng)、放灰裝置、電氣控制系統(tǒng)及操縱室均配置其上，小車可沿大車主梁頂面的軌道沿車間的橫向運行。電氣控制系統(tǒng)采用PLC可編程序控制，在操縱室內(nèi)的聯(lián)動臺上，設有人機界面集中控制和操縱，同時能隨時診斷各種故障并提出報警。天車作業(yè)的所有操作全部在帶冷暖空調(diào)的操作室內(nèi)完成，操作環(huán)境較地面優(yōu)越許多。1、大車的主要結構設計大車為雙梁橋架結構，兩根平行的大梁固定在兩個端梁車上，每個端梁車是由兩個小端梁車通過聯(lián)桿鉸接而成。這樣的端梁車可使制造安裝簡便、更容易保證大車支承輪均能接觸軌道傳遞載荷。端部裝有聚氨脂泡沫塑料緩沖器，并設有千斤頂頂位供拆裝大車車輪時使用。大車有8個不帶輪緣的支承輪，2個驅(qū)動輪。大車供電側的端梁的兩端，各裝有1組水平輪，在端梁的端部安裝有防脫軌卡板。8輪支承的結構：可使天車輪壓較低，從而降低建筑結構的造價；降低大車運行阻力，從而降低運行功率；提高車輪和軌道的使用壽命；相同條件下，可降低軌道安裝精度。大車的傳動裝置采用SEW公司的直聯(lián)式“三合一〞減速機。其結構緊湊，體積小、重量輕、承載能力大、傳動平穩(wěn)、噪音低、壽命長、性能可靠。大車行走采用變頻調(diào)速，可滿足天車快速進行陽極運送或快速到達工作位置的需要，滿足對位準確和作業(yè)平安的需要，也使大車的運行更加平穩(wěn)。電葫蘆是一臺運行在大梁外側軌道上的單軌吊車。行走、起升均選配了雙速電機，完全能滿足焙燒作業(yè)對吊運的需要。電葫蘆軌道位于大梁外側底部，已能滿足吊物品時獲得足夠的作業(yè)空間2、小車的主要結構設計小車運行在大車主梁頂部的軌道上，它包括：小車架、吸料系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、收塵系統(tǒng)、放灰裝置、操縱室及電控系統(tǒng)等。吸卸料系統(tǒng)及其操作控制是天車設計的核心工作，在此，本節(jié)做主要介紹：生產(chǎn)中所處理的物料為煅后石油焦，粒度為6mm以下，處理過程中顆粒彼此不粘結，因此，選擇了氣力輸送。吸卸料系統(tǒng)中設置了大料倉作為重力沉降室、通過旋風除塵器、布袋除塵器來進行物料和空氣的逐級別離，并分別設置了顆粒料和粉塵料儲倉，使處理后的物料能按需利用、經(jīng)三級別離后進入真空泵和大氣的空氣也能到達國家的排放標準。由于本設計中處理的是高溫狀態(tài)的物料，因此我們在系統(tǒng)中有增設了空氣冷卻器。以使系統(tǒng)中不能經(jīng)受高溫的布袋塵器和真空泵得以正常使用。另外，吸卸料系統(tǒng)中，多出使用了Gami專利技術。吸卸料系統(tǒng)的設計：1〕吸料管與填充料儲倉上部的進料口，用可撓動的彈黃組件聯(lián)接；填料管用彈簧裝置接在填充料儲倉下部的排料管上。填充料儲倉最大可儲存20m32〕旋風除塵器下端的排灰通過帶有自動啟閉閥門的管道接到布袋除塵器下端的儲灰倉里，卸灰時通過儲灰倉排料口下端的伸縮排料管將粉塵排放到車間的集塵倉內(nèi)。3〕使用了高效率的空氣冷卻器，使系統(tǒng)吸入的高溫氣流，通過空氣冷卻器而驟降下來，再配合使用耐高溫的高效率的收塵凈化系統(tǒng)、耐高溫的羅茨真空泵，使系統(tǒng)處理高溫物料的愿望得以實現(xiàn)。4〕選配的羅茨真空泵為國內(nèi)開發(fā)的成熟產(chǎn)品，此產(chǎn)品采用了逆流噴射技術，將外界冷卻空氣引入真空泵內(nèi)部，使真空泵在不需要其它的冷卻措施的情況下，能處理進氣溫度高達85-95℃5〕由PLC聯(lián)鎖控制的系統(tǒng)過載、過熱保護，可保證布袋除塵器、羅茨真空泵在系統(tǒng)出現(xiàn)過真空、過高溫時得到有效保護而不致?lián)p壞。6〕設置有吸料管、填料管的防碰撞保護措施，能保證在發(fā)生誤操作或其它意外而導致吸料管或填料管與其它物品發(fā)生碰撞，也不會造成相碰撞物的損壞。7〕用電子傳感器對吸料管、填料管提升進行過載保護，保證不會出現(xiàn)動管在提升過程中動靜管間卡管而繼續(xù)提升，導致提升過載時，不會對管子或提升裝置造成損壞。8〕選用了高效的旋風除塵器和自潔式布袋除塵器，保證系統(tǒng)粉塵排放濃度符合國家要求。9〕真空泵的進、出口均配置了消聲器，而且整個真空泵機組置于密閉的隔音罩內(nèi)，保證系統(tǒng)運行時產(chǎn)生噪聲的標準排放。四、陰極焙燒多功能作業(yè)天車的控制與操作技術天車電氣控制采用PLC技術，人機界面故障查詢系統(tǒng)，在小車上的操縱室內(nèi)的操縱聯(lián)動臺上進行操作，對于同一臺天車，設計控制了同一時間，只能啟用一種作業(yè)功能的連鎖控制條件，保證了天車的各項操作的絕對平安和可靠。有了可靠的設計，對使用設備的正確使用是保障設備性能的有一關鍵問題，因此，筆者在此提出某些與設計意圖有關的操作技術，供使用者參考：1、吸料操作吸料操作控制條件設計：〔羅茨風機在啟動的情況下〕操縱室轉椅面向吸料管。吸料回路大料倉卸料閥關閉、旋風除塵器下料閥關閉、布袋除塵器卸灰閥關閉。吸料〔填充料出爐〕作業(yè)的操作：天車需要吸出焙燒爐坑中的高溫填充料，或從補料坑中補充常溫填充料時：啟動吸料管升降變頻電機，可使吸料管快速或慢速上升或下降，吸料時，應將吸料嘴移動至需要操作的料堆處，使吸料嘴底部距離料堆外表上下50mm以內(nèi)天車操作員需要熟練移動大、小車和升、降吸料管來調(diào)整吸料嘴與物料的相對位置，以適應吸料的需要，從而保證到達設計的吸料能力。2、卸料操作卸料操作控制條件設計：〔羅茨風機在啟動的情況下〕操縱室轉椅面向卸料管。大料倉卸料閥可隨時翻開、關閉或隨時調(diào)節(jié)開閉程度，旋風除塵器下料閥關閉，布袋除塵器卸灰閥關閉。卸料〔填充料裝爐〕作業(yè)的操作：天車裝爐過程中，需要向爐坑底面鋪墊填充料并將料面刮平，以保證陰極炭塊更好的立放。首先啟動卸料管升降變頻電機，可使卸料管快速或慢速上升或下降；將卸料嘴移動至需要操作的平面處，使卸料嘴底部觸及到操作平面；向上提升卸料嘴，使其底面距離操作外表50mm左右〔或按需要確定鋪墊層的厚度〕；此時調(diào)節(jié)大料倉卸料閥的開度可將填充料放出，并堆積在卸料管內(nèi)；緩慢移動大車，拖動卸料嘴，將填充料平整地鋪墊在操作平面上；關閉大料倉卸料閥，提升卸料管3、卸灰操作卸灰操作控制條件設計：當布袋除塵器滿倉料位計、大料倉滿倉或超滿倉料位計發(fā)出信號，系統(tǒng)顯示報警，同時吸(卸)料管自動提升至上限位后停風機電機。直至卸灰完畢方可重新啟動風機電機。卸灰作業(yè)操作：卸灰口自動對位；啟動卸灰口升降電機，使卸灰口下降并與接灰口壓緊；翻開旋風除塵器下料閥；翻開布袋除塵器下料閥；布袋除塵器空倉料位計發(fā)出信號，空倉指示顯示；旋風除塵器下料閥自動關閉；布袋除塵器下料閥自動關閉；自動啟動卸灰口升降電機，提升卸灰口至上限位，使行程開關動作；操作完成。4、布袋除塵器及其反吹風控制條件設計〕時，布袋除塵器反吹風控制系統(tǒng)空壓機配帶電機自動啟動；延時30秒后，電磁脈沖閥開始按時間順序循環(huán)動作，布袋自動清灰；當布袋除塵器壓差小于設定值1時，布袋除塵器反吹風控制系統(tǒng)空壓機配帶電機自動斷電；〕時，吸/卸料管升降變頻電時機自動啟動，提升吸/卸料管至上限位，報警提示需布袋需進行手動清理。五、結語：對于本次針對中鋁青海分公司陰極炭塊焙燒工段設計的陰極焙燒多功能天車，已成功在青?，F(xiàn)場試用成功，并已全面投入生產(chǎn)運營，從業(yè)主今年準備再投用第二臺陰極焙燒天車的事實說明，GAMI的開發(fā)和設計是成功的。但是，本次天車的開發(fā)設計，仍有缺憾所在：沒有考慮設置陰極炭塊的裝出爐專用吊具夾具，因此，需要地面工人用與天車工共同配合，才能用吊鉤完成陰極炭塊的吊起任務。因此，開發(fā)帶裝出爐專用夾具的陰極焙燒多功能天車，是筆者意想中比擬完善的陰極焙燒多能天車。由于陰極炭塊焙燒作業(yè)的特點，這項開發(fā)將更賦有挑戰(zhàn)性，同時還涉及相關專業(yè)的設計變化，另外，目前國內(nèi)外在陰極炭塊的運送編組、清理等專用操作設備上還是一片空白，陰極炭塊焙燒生產(chǎn)工藝的進一步改良是有值得研究的課題，一旦這些設備開發(fā)成功，我國的陰極炭塊焙燒生產(chǎn)流程將有著