鋁電解陽極導杆鋼爪拋丸機的改進與設計

[摘（zhāi）要]結合本單位陽極組裝生產線上鋼爪清理（lǐ）機的實際應用,針對已（yǐ）使用過的清 理（lǐ）陽極導杆組鋼爪表麵的拋丸 機和鋼絲清刷機兩種機（jī）械（xiè）存在的缺陷,提出應用鋼絲繩清理機這一新型（xíng）設備清理 鋼爪（zhǎo）表麵.文章介紹（shào）了新型清理 機的結構形式,工作原理及其使用效果.本文由青島鑄造機（jī）械廠（chǎng）整理
[關（guān）鍵詞]清理機;鋼爪;陽極導杆;鋁電解 [中圖分類號]TF351.02[文獻標識碼（mǎ）]A[文章編（biān）號]1003—8884(2009)06—0013—04


1、陽極導杆再利（lì）用的鋼爪清理作業
1.1 陽極導杆鋼（gāng）爪（zhǎo）清理的必（bì）要（yào）性
在原鋁電（diàn）解生產中,由（yóu）於陽極長期處於高溫電 解質中（zhōng）,在其陽極鋼爪表麵形成一層1～3mm厚的 鐵鏽（xiù）,以及附著3～15ran3 厚（hòu）的堅硬電解質層.在陽（yáng） 極導杆再利用過程（chéng）中,一般要進行鋼爪表麵電解質, 鐵鏽清除和鋼爪校正等處理. 因為（wéi）鋼爪表麵附著（zhe）的（de）鐵鏽和電解質,顯著降低 了磷鐵環與鋼爪的接觸麵,增大了二者之間的（de）接觸（chù） 電（diàn）阻….據測定,清理不（bú）幹（gàn）淨的鋼爪澆注之陽極在（zài） 160kA 係列鋁（lǚ）電解槽上正常使用時（shí）,會額外（wài）增加15 35mV的電壓降.另外,碳（tàn）塊陽極與（yǔ）鋼爪是通過澆注的磷鐵相聯接,鋼爪表（biǎo）麵附著有電解質或氧化 鐵等物質,將顯著降低磷（lín）鐵的附著力.故徹底清除 陽極鋼爪表麵的鐵鏽和電解質（zhì）,有利於降低陽極導（dǎo） 杆組的電壓降,增加磷鐵與鋼爪的結合力,提高陽（yáng）極 碳塊質量,防止鋁電解過程中陽極碳塊脫落現象發 生.達到降低鋁電解槽噸鋁能耗和碳塊消耗（hào）,節約 電能.
1.2 原陽極導杆鋼爪（zhǎo）清（qīng）理設備的（de）弊端
在國內鋁電解預焙陽極組裝（zhuāng）生產線上,陽極導 杆組鋼（gāng）爪的（de）清理作業普遍采用拋丸或鋼絲清刷等機 械清理法. 拋丸（wán）清理機是國（guó）內早期普遍采用的一種清理（lǐ）設 備,利（lì）用鋼球（qiú）被拋起後（hòu）自由落在導杆鋼（gāng）爪上,通過鋼（gāng） 球的（de）機械撞擊力（lì）和衝擊力作用（yòng）,使鐵鏽和電解質脫 落,達（dá）到清理目的.如我廠原使用的三爪清理拋丸 機,需要與懸（xuán）鏈配合,通過機構傳動使鋁導杆運動停止,並通過回轉裝置將導杆多次轉向,多次拋射鋼 球,實現（xiàn）導杆鋼（gāng）爪的清理作業.清理拋丸機結構複 雜,生產連續性（xìng）差,設備故障率高（gāo）,效率低（dī）(1621 根/h);操作中多次拋射鋼（gāng）球,存在安全隱患,清理效 果差,現已被鋼絲清（qīng）刷機替代.
13 設計計算
鋼絲清刷機采用特製的（de）鋼（gāng）絲刷,高速回轉,通過 鋼絲與鋼爪頭的撞擊與接觸摩擦（cā）等作用,使附著（zhe）的 鐵（tiě）鏽和電解質脫落,為（wéi）了保證清刷機的（de）鋼絲具（jù）有良 好的彈性和耐磨性,清刷頭采用直徑為0.8 1.2nlnl 的單根（gēn）鋼絲製作（zuò）….由（yóu）於清理頭高（gāo）速（sù）旋 轉,且鋼絲與鋼爪頻繁（fán）接觸,鋼絲極易磨損.據統 計,一般（bān）使用2～3 邊傾斜(鋼絲受力較大,發生變形),導致清（qīng）理效果變差（chà）.通（tōng）常使用一段時間（jiān）後,需（xū）要進行一次清理頭 調整(清理回轉頭（tóu）安裝位置調換,使其反方向運動). 鋼（gāng）絲清理機雖然顯（xiǎn）著提高了鋼爪清理的效（xiào）率,降低 了故障率;但（dàn）是清理頭消（xiāo）耗量大,使用（yòng）壽（shòu）命較短（duǎn）(12 15班次,每（měi）班8 小時工作製),為了保證鋼爪的清 理效（xiào）果,必（bì）須及時更換鋼絲刷頭;而清刷頭屬非標器 件,采購價格高.
2鋼絲（sī）繩（shéng）清理機的結構及其工作原理
通過對鋼絲清理機（jī）的結構進行解剖,並針（zhēn）對實 際應用（yòng）中出現的問題,經過多次改進試驗,在保留原 設備優點的（de）基礎（chǔ）上,對（duì）鋼絲清理機進行了優化改進, 實現了一台（tái）清理機清理多種規格的導杆鋼爪頭（tóu）(三 爪,四爪)作業目（mù）的;同時,提高了工作效率和清理效 果.改（gǎi）進後,保留了原（yuán）鋼絲清理機的優點,克服了鋼 絲易磨損,清理效果（guǒ）不（bú）穩定,維護費用高等（děng）缺點,具 有結構簡單,效率高,耐用,連續作業,使用費用低等 特點.
2.1 鋼絲繩清理（lǐ）機的結（jié）構
鋼（gāng）絲繩（shéng）清理機設有四（sì）個清刷器,每個清刷器以 定轉速,不同的旋轉方向對陽極導杆組鋼爪進（jìn）行機械清（qīng）刷,通過（guò）撞擊和摩擦,除掉陽極鋼爪（zhǎo）表麵附著（zhe） 的電解質（zhì）和（hé）鐵鏽等非導電物.清刷器轉（zhuǎn）軸通過對輪 與驅動（dòng）電機連（lián）接,轉軸（zhóu）上下部均采用向心推力軸承 鋼絲繩,鋼（gāng）絲繩在（zài）轉筒表麵軸向呈螺旋狀分布,保證了清刷範圍能夠覆蓋整個鋼爪頭,防止清（qīng）理中出現 死角（jiǎo）.

2.2 鋼（gāng）絲繩清理機的（de）工作原理
鋼絲繩清（qīng）理機（jī）在工作時,借助高速（sù）旋轉的鋼絲（sī） 繩撞擊鋼（gāng）爪表麵的電解（jiě）質和（hé）鐵鏽,達到清理目的. 高速旋轉的鋼絲繩在離心力的作用下,其運動軌跡 形成一個圓柱（zhù）刷（shuā）,當陽極導杆在懸鏈輸（shū）送機的驅動 下（xià）,勻速通過清理裝置時,高速旋轉的鋼絲繩對鋼爪 頭表麵的鐵鏽,電解質等附（fù）著物進行（háng）撞擊,摩擦,使 鋼爪頭表麵的電解質,鐵鏽等（děng）附著物剝（bāo）離.利用鋼 絲繩（shéng）的柔韌性,一方麵實現對鋼爪頭任何部位的清 刷;另一方麵吸（xī）收了清刷過程中的衝擊載荷（hé）.改變 清刷器的轉速,即可調節鋼絲繩對附著物的清刷力; 改變鋼絲繩的（de）長短,則（zé）可調整清刷區域的大小.采 用四（sì）個清刷器以不同（tóng）的轉向運行,可以完（wán）成對整個 鋼（gāng）爪頭所有部位的雙重清理,並保證了導杆整體在 清理過（guò）程中的受力平衡. 中,鋁導杆在懸鏈輸送機的牽引下,以（yǐ）12em/s 左右（yòu）的速度緩慢進入鋼爪（zhǎo）清（qīng）刷機.*先由 清刷器對陽極鋼爪頭的左上側（cè）1/4部位（wèi）(圓柱 麵)進行清刷;隨著鋼爪的前進,1 的清刷部位由左上側1/4逐漸過渡至右上側1/4 柱麵,同時（shí）2清刷器開始對鋼爪頭的左下側1/4 柱麵進行清刷;鋼爪繼續前進,鋼爪左（zuǒ）側第一個鋼頭（tóu）逐漸脫離1 清刷器對此鋼爪頭的清刷部位由左（zuǒ）下側1/4 逐漸過渡（dù）至右下側 1/4 圓柱麵;同理3,4 清刷器按照上述工作原理 重複對鋼爪頭（tóu）的各部位進（jìn）行一次清刷,使清理作業 更加徹底.在整個清理（lǐ）過程中（zhōng）,陽極各鋼爪頭圓柱 麵在運動中完成兩次清刷作業. 清理器驅動電機為Y132S 一8(功率2.2kW,轉速 720r/rain),清理（lǐ）筒（tǒng）工作轉速在650—720r/rain 圍內,清刷器的（de）清（qīng）理區範圍為280340l/lin(以清刷頭之間距離及鋼絲繩長（zhǎng）度（dù）確定（dìng）).據實際測量,在清 理過程中,每根導（dǎo）杆3 根鋼爪的清理時間為79s (與懸（xuán）鏈的移動速度和清理頭個數有關),鋼爪頭外 圓柱表麵每（měi）點平均可清刷136—168 次,每根鋼絲繩 對鋼爪頭清刷（shuā）力平均達到42N(根據動量定理,清刷 器鋼絲繩（shéng）作用點的實際線速度,質（zhì）量和鋼爪頭清刷 區域距離等物理量計算所得),每小時可以清（qīng）理140 160根陽極導杆.適當提高驅動電機轉速,則可 以提高鋼爪清理效率和效果,但同時設備（bèi）的磨損和 能耗將顯著增加.


1.轉筒2.鋼絲繩3.鋼（gāng）爪頭4.上部軸承座5.支撐架6.轉軸7.電機8.對輪9.清刷器10.下部軸承座（zuò）11.陽極導杆
圖（tú）1、鋼絲繩清理機（jī）結構示意圖
d一直徑為50mm的熱軋圓鋼（gāng）;l,西2一鋼管(外徑 壁厚);單位:mm.
圖（tú）2清理器結（jié）構示意圖
2.3 清理機的配置與主要器件加工

(1)驅動裝置:交流（liú） 相異（yì）步電機（jī）Y132S 8,2.2式S1,Y接法,4
(2)連接對輪加工尺寸及（jí）材料:@45X50,@7515;普通碳鋼. 1O 茸色設（shè）置（zhì）2009(6)
(3)轉（zhuǎn）軸尺寸及材料（liào）:采用（yòng）@50m/ll熱軋圓鋼加 kW,720r/min,5.8A,cos~i~:0.78,B *絕緣,工作方工製作(見圖2);需要數量:4
(4)清理筒尺寸及材料:采用19412(外徑壁 厚)鋼管加工製作(見圖2);需要（yào）數量:4
(5)鋼絲繩固定器尺（chǐ）寸及材料:采用21910(外徑壁厚)鋼（gāng）管加工製作(見圖3);需要數量:16
(6)鋼絲繩規格為=6mm,L每根（gēn）=140mm;需 要（yào）數量（liàng）:約21m.
(7)支撐機構:根據實際需要,可適當地進行製 15 設計計算作;材（cái）料為工字鋼,槽鋼,鋼板等鋼材.實際消耗備 件和材料明細見表1.
(8)電氣控（kòng）製原理見圖4.采用接觸器,時間繼 fxll 動力供電圖電器,熱繼電器（qì）等常規器件即可實現啟動,停機和各 種保護措施等功（gōng）能,操作人員通過現（xiàn）場控製按鈕,完 成設備操作.
圖3、鋼絲繩固定器結構示意（yì）圖

圖4、供電及控製係統（tǒng）圖
表1、備件及（jí）材料清單
3、鋼絲繩清理機性能測評與效果分析（xī）
鋼絲繩（shéng）清理機的開發成功,實現了陽（yáng）極導（dǎo）杆在 懸鏈的輸送（sòng）下對鋼爪進行連續清理作業.在（zài）鋼爪清 理工序中,導杆不（bú）需要旋轉以及定位等輔助機（jī）構,清 理作業不需要專人操作（zuò）看護;並且（qiě）鋼（gāng）絲繩清理機結 構（gòu）簡單（dān）,清理過程中無鋼性衝擊（jī）,清理（lǐ）器耐磨,功耗 低,安全,連續作業性強;日常工（gōng）作少,隻需要定期 (清理4500～4800 根導杆後)更換一次清理器頭,清 理頭可拆卸,每次隻要更換鋼絲繩後（hòu）,即可重（chóng）新投入 使用;清理器消耗材料(6mill 鋼絲繩)可以完全使 用廢舊鋼絲繩替代,可製（zhì）作成長度為（wéi）305 衄,兩頭 用電焊焊接,鋼絲繩固定器上每相鄰兩個空（kōng）處安裝 根（gēn）;也可製作成長度為（wéi）145mm,一頭用電焊焊（hàn）接,鋼絲繩固（gù）定（dìng）器上每個空（kōng）處（chù）安裝1 根.實踐證明（míng）,這 種鋼絲繩清理機耐用,清（qīng）理效果好,故（gù）障率低,維護 方（fāng）便,設備體積小,易於密封,清刷（shuā）過程中（zhōng）產生的灰 塵易於回收. 供（gòng）電及控（kòng）製係統長期的實際運行（háng）結果表明,與鋼絲清（qīng）理機相比, 鋼絲繩清理機的設備維修費用降低75%以上,設備 維護工作量減少了60%以上,清理能力提高了近1 倍(鋼絲清理機清理能力一般為85～92 個/h),清理 效果顯著提高,每年可以節約維護費用l2.5 萬元以上。



4、結束（shù）語

陽極導杆鋼（gāng）爪清理機的（de）改進,大幅度提高了清 理效率,實現了陽極鋼爪清理工序連續,穩定作業方 式,解決（jué）了我廠預焙陽極組裝生（shēng）產線上鋼爪清（qīng）理效（xiào） 果不穩定,消耗費用較大的問題.