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東莞市巨強液壓機械有限公司
技術文章
液壓劈裂機在鋁電解槽大修刨槽中的應用

  摘要:液壓劈裂機劈裂力大、體積小、重量輕、操作方便,工作時無振動、無噪音、無粉塵,在鋁廠電解槽大修過程中的拆除陰極炭塊和爐襯工作中,效果顯著,效率高,環保好。本文論述了液壓劈裂機的工作原理,技術性能,使用方法及在電解槽刨槽中的具體應用及效果評價。

1. 前言

  目前國內電解鋁廠的電解槽壽命一般為1,100-1,500 天。即經過 3-5 年的使用,電解槽陰極碳塊受到電解熔液的侵蝕,陰極壓降增加,能耗加大,甚至會產生電解槽破損,使原鋁的產量和質量大幅度地降低。因此,需要定期對電解槽進行刨槽大修:即將陰極碳塊和槽內襯全部拆除掉,重新砌筑新的陰極碳塊和槽內襯。而陰極碳塊經過長時間的高溫和壓力作用,會產生復雜的化學、物理變化,被燒結陶瓷化、合金化,異常的堅硬,并且互相粘連,比鋼筋混凝土還難拆除。

目前,傳統的電解槽刨槽方法有以下兩種:

  i)  使用風鎬“干刨” 拆除,像“螞蟻啃骨頭”一樣,作業條件差,勞動強度大,噪聲高,震動沖擊和粉塵污染嚴重,有害身體健康,工作效率低,大修費用高,停爐時間長。不能滿足生產要求和環保要求。

  ii) 使用液壓千斤頂在陰極鋼棒之間頂開碳塊,然后用吊車起出。這種方式,容易將鋼棒頂彎,損傷電解槽,通常車間內吊車的起重能力也有限。特別對大型電解槽來說,效果差強人意。而且不安全,容易引發事故。

  傳統的刨槽方法的弊病是顯而易見的。中國鋁業青海分公司以及國內其它的一些大中型電解鋁廠采用液壓劈裂機刨槽新工藝,能大塊大塊地劈裂、破碎、拆除陰極碳塊和爐襯,效果十分顯著,效率高,可以縮短電解槽大修周期三分之一。同時,其操作方便、簡單,安全環保,可以極大地降低刨槽成本和工人的勞動強度,改善工作環境。

2. 液壓劈裂機的工作原理及技術性能

2.1 工作原理

  常規的機械破碎方法,如風鎬、破碎錘等,是通過外力的作用來破壞物體的結構。但通常需要被破碎的一些脆性物體的抗壓強度很高,相對而言,其抗拉強度卻相當低。如燒結后的陰極炭塊和爐襯的抗壓強度象花崗巖一樣,高達60-250Mpa,而抗拉強度卻通常只有 3-10Mpa,即抗拉強度遠遠低于其抗壓強度。液壓劈裂機正是利用脆性材料抗拉強度低的這一特性,運用楔塊組的力學原理及液壓機理開發出來的:

  首先,在被劈裂的物體上鉆一些特定直徑和深度的孔,將劈裂機的楔塊組插入鉆好的孔中。液壓動力站產生高壓液壓油,通過劈裂機上的液壓缸,驅動楔塊組中的中間楔塊向前駛出,并將兩個反向楔塊向兩邊撐開。從而產生巨大劈裂力將被劈裂的物體結構內部破壞掉,數秒鐘內被劈裂的物體就會產生 10-40 毫米的裂紋并被劈裂開來。

2.2 液壓劈裂機的組成

  一套液壓劈裂機通常由三部分組成:液壓動力站、液壓劈裂機和高低壓液壓連接管。

液壓動力站

  液壓動力站主要由動力源(電動機、內燃機、氣動馬達等),液壓泵,限壓閥,液壓油箱等部分組成。動力源產生動力,驅動液壓泵,從而通過高低壓連接管向劈裂機提供高壓、小流量的液壓油。同時,為了工作安全,液壓系統由一個限壓閥控制,壓力極限為63Mpa。

  液壓動力站有便攜式和移動式兩種。根據液壓泵的功率不同,一臺液壓動力站可以同時驅動多臺劈裂機。

液壓劈裂機

  液壓劈裂機主要由控制閥、液壓缸、楔塊組(包括一個中間楔塊和兩個成對反向楔塊)構成。液壓缸是由優質合金制成,重量輕且極其耐用。反向楔塊的表面鍍有一層特殊的硬質合金,具有很高的抗壓強度和耐磨性能,可以提高其使用壽命10 倍以上。

高低壓液壓連接管和快速接頭

  高、低壓連接管用于聯結劈裂機和液壓動力站,加上分配器可將多個劈裂機與一套液壓動力系統相連起來。而快速接頭可以在數秒鐘內十分方便地將整個系統連接完畢并開始工作,或拆開以便于運輸。

2.3 典型的配置:

  適用于電解鋁廠刨槽中的液壓劈裂機系統典型配置如下:

  配置:1 臺移動式液壓動力站,2-3臺劈裂機,高低壓液壓連接管,以及相應的快速接頭、擴大襯塊、特殊潤滑脂等。

3. 液壓劈裂機的施工方法
 
  首先,清理完電解槽陰極上沉積的電解質及周邊碳糊后,使陰極碳塊與槽殼間留有距離。然后用鑿巖機在陰極碳塊上每隔 20-50cm 左右,鉆一排直徑為 42-44 mm 的孔,其深度不低于430 mm。

  啟動液壓動力站。將一臺或多臺劈裂機放入鉆好的孔中。插入的孔深要確保劈裂機的中間楔塊完全伸出后至少還有2cm 的多余空間。

  ※操縱劈裂機上的操作手柄,使中間楔塊伸出。十幾秒鐘以后,在最高可達63Mpa 液壓力的推動下,強迫夾在兩邊的一對反向楔塊向孔的兩壁撐開,產生 290 噸(單臺劈裂機)的力使得陰極碳塊出現裂紋,并被劈裂、分離開。

  ※ 搬動操作手柄,縮回中間楔塊,拔出劈裂機。完成一個工作循環。

  ※重復以上劈裂過程,將陰極碳塊劈裂成可以搬動或天車可以吊動的大塊。然后將其搬開或吊出。 
 
  施工技巧主要掌握兩點:劈裂方向要有臨空面,使抵抗力最??;鉆孔的間隔距離合適,以提高工效。

4. 劈裂機工作特點

  環保好:采用非爆破技術,清潔、靜音作業,沒有震動、沖擊擾動,不產生粉塵、噪聲。在廠房內、運轉設備附近作業互不干擾,對槽體和鋼結構件無損傷。

  •   力量大:單臺劈裂機的實際劈裂力可達290 噸。數臺劈裂機同時使用,實際總劈裂力則數倍增加。
  •   工效高:十幾秒鐘就可完成一個劈裂作業周期。
  •   質量好:工作可靠,劈裂、拆除效果好。
  •   成本低:運轉費用低,極少維修、保養。
  •   便于操作:結構輕巧,一個人即可在狹窄的場地操作。

5. 劈裂機在國內電解槽大修中刨槽的應用效果及評價

  中國鋁業青海分公司現在共有 520 臺160KA 和 108 臺 200KA 中間下料預焙電解槽。自 1987 年 12 月投產以來,至 2003 年6 月 30 日止,青海分公司共計停槽 1299臺,大修電解槽 1291 臺,期間的電解槽的平均使用壽命在1200-1400 天之間徘徊。

  電解槽清刨槽的時間長短,取決于電解槽使用壽命的長短。實踐表明,電解槽壽命超過 1500 天以上的電解槽,清刨槽的時間明顯延長。

  在電解槽大修過程中,如果采用傳統的方法的話,清刨槽的時間幾乎需要占有整個大修周期的二分之一。2002 年青海分公司大修電解槽 126 臺的統計結果顯示,從電解槽停槽冷卻到能夠進入清刨時間平均為 8 天,槽殼修理及上部結構就位平均為 6 天,砌筑電解槽陰極炭塊及爐襯平均為 9 天。即不包括清刨槽時間的其它大修時間共計需要23 天。

  如果采用傳統的風鎬清刨槽的話,清刨槽的時間需要 22 天,電解槽大修周期一般需要45天左右。 而如果采用液壓劈裂機的新工藝,清刨槽的時間可以縮短到 7 天。即從電解槽停槽到大修完畢的電解槽大修周期可以從原來的 45 天,縮短到 30 天。在清刨槽的7 天時間里,其中有 6 天時間花在清理電解槽陰極上沉積的電解質及爐襯,真正使用液壓劈裂機用于破碎槽底陰極炭塊的時間僅一個工作日即可。

  從十四年的使用效果上看,液壓劈裂機的優越性是十分明顯的。1990 年之前,電解槽采用風鎬進行清刨,作業條件差、勞動強度大,噪聲及粉塵污染嚴重,工作效率低,停爐時間長。自采用液壓劈裂機后,電解槽大修周期由原來的 45天降至目前的 30 天。由于采用了先進的液壓劈裂設備,極大地提高了工作效率,減輕了工人的勞動強度,改善了工人的工作環境,縮短了電解槽大修周期三分之一,從而為鋁廠的提產增效創造了條件,具有良好的經濟效益和社會效益。

  同時,中國鋁業貴州分公司、中州分公司(上街鋁廠)、焦作萬方鋁業等大中型電解鋁廠也陸續地引進購置了液壓劈裂機,用于刨槽工作,取得了可喜的經驗和效益。
 
  一個大中型電解鋁廠通常有數百臺電解槽。經過一段時期的運行后,需要定期地進行電解槽的大修刨槽工作。“工欲善其事,必先利其器”。隨著改革開放的深入,我國鋁工業的發展在注意提高工作效率的同時更加重視職工勞動條件的改善,液壓劈裂機在電解槽的大修刨槽工作中必將得到迅速推廣和普及。

 

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