摘要:液壓劈裂機(jī)劈裂力大、體積小、重量輕、操作方便,工作時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)粉塵,在鋁廠電解槽大修過(guò)程中的拆除陰極炭塊和爐襯工作中,效果顯著,效率高,環(huán)保好。本文論述了液壓劈裂機(jī)的工作原理,技術(shù)性能,使用方法及在電解槽刨槽中的具體應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)。
1. 前言
目前國(guó)內(nèi)電解鋁廠的電解槽壽命一般為1,100-1,500 天。即經(jīng)過(guò) 3-5 年的使用,電解槽陰極碳?jí)K受到電解熔液的侵蝕,陰極壓降增加,能耗加大,甚至?xí)a(chǎn)生電解槽破損,使原鋁的產(chǎn)量和質(zhì)量大幅度地降低。因此,需要定期對(duì)電解槽進(jìn)行刨槽大修:即將陰極碳?jí)K和槽內(nèi)襯全部拆除掉,重新砌筑新的陰極碳?jí)K和槽內(nèi)襯。而陰極碳?jí)K經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的高溫和壓力作用,會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)、物理變化,被燒結(jié)陶瓷化、合金化,異常的堅(jiān)硬,并且互相粘連,比鋼筋混凝土還難拆除。
目前,傳統(tǒng)的電解槽刨槽方法有以下兩種:
i) 使用風(fēng)鎬“干刨” 拆除,像“螞蟻啃骨頭”一樣,作業(yè)條件差,勞動(dòng)強(qiáng)度大,噪聲高,震動(dòng)沖擊和粉塵污染嚴(yán)重,有害身體健康,工作效率低,大修費(fèi)用高,停爐時(shí)間長(zhǎng)。不能滿足生產(chǎn)要求和環(huán)保要求。
ii) 使用液壓千斤頂在陰極鋼棒之間頂開碳?jí)K,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(nèi)吊車的起重能力也有限。特別對(duì)大型電解槽來(lái)說(shuō),效果差強(qiáng)人意。而且不安全,容易引發(fā)事故。
傳統(tǒng)的刨槽方法的弊病是顯而易見(jiàn)的。中國(guó)鋁業(yè)青海分公司以及國(guó)內(nèi)其它的一些大中型電解鋁廠采用液壓劈裂機(jī)刨槽新工藝,能大塊大塊地劈裂、破碎、拆除陰極碳?jí)K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(shí),其操作方便、簡(jiǎn)單,安全環(huán)保,可以極大地降低刨槽成本和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善工作環(huán)境。
2. 液壓劈裂機(jī)的工作原理及技術(shù)性能
2.1 工作原理
常規(guī)的機(jī)械破碎方法,如風(fēng)鎬、破碎錘等,是通過(guò)外力的作用來(lái)破壞物體的結(jié)構(gòu)。但通常需要被破碎的一些脆性物體的抗壓強(qiáng)度很高,相對(duì)而言,其抗拉強(qiáng)度卻相當(dāng)?shù)?。如燒結(jié)后的陰極炭塊和爐襯的抗壓強(qiáng)度象花崗巖一樣,高達(dá)60-250Mpa,而抗拉強(qiáng)度卻通常只有 3-10Mpa,即抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其抗壓強(qiáng)度。液壓劈裂機(jī)正是利用脆性材料抗拉強(qiáng)度低的這一特性,運(yùn)用楔塊組的力學(xué)原理及液壓機(jī)理開發(fā)出來(lái)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(jī)的楔塊組插入鉆好的孔中。液壓動(dòng)力站產(chǎn)生高壓液壓油,通過(guò)劈裂機(jī)上的液壓缸,驅(qū)動(dòng)楔塊組中的中間楔塊向前駛出,并將兩個(gè)反向楔塊向兩邊撐開。從而產(chǎn)生巨大劈裂力將被劈裂的物體結(jié)構(gòu)內(nèi)部破壞掉,數(shù)秒鐘內(nèi)被劈裂的物體就會(huì)產(chǎn)生 10-40 毫米的裂紋并被劈裂開來(lái)。
2.2 液壓劈裂機(jī)的組成
一套液壓劈裂機(jī)通常由三部分組成:液壓動(dòng)力站、液壓劈裂機(jī)和高低壓液壓連接管。
液壓動(dòng)力站
液壓動(dòng)力站主要由動(dòng)力源(電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)等),液壓泵,限壓閥,液壓油箱等部分組成。動(dòng)力源產(chǎn)生動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)液壓泵,從而通過(guò)高低壓連接管向劈裂機(jī)提供高壓、小流量的液壓油。同時(shí),為了工作安全,液壓系統(tǒng)由一個(gè)限壓閥控制,壓力極限為63Mpa。
液壓動(dòng)力站有便攜式和移動(dòng)式兩種。根據(jù)液壓泵的功率不同,一臺(tái)液壓動(dòng)力站可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)劈裂機(jī)。
液壓劈裂機(jī)
液壓劈裂機(jī)主要由控制閥、液壓缸、楔塊組(包括一個(gè)中間楔塊和兩個(gè)成對(duì)反向楔塊)構(gòu)成。液壓缸是由優(yōu)質(zhì)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(zhì)合金,具有很高的抗壓強(qiáng)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(lián)結(jié)劈裂機(jī)和液壓動(dòng)力站,加上分配器可將多個(gè)劈裂機(jī)與一套液壓動(dòng)力系統(tǒng)相連起來(lái)。而快速接頭可以在數(shù)秒鐘內(nèi)十分方便地將整個(gè)系統(tǒng)連接完畢并開始工作,或拆開以便于運(yùn)輸。
2.3 典型的配置:
適用于電解鋁廠刨槽中的液壓劈裂機(jī)系統(tǒng)典型配置如下:
配置:1 臺(tái)移動(dòng)式液壓動(dòng)力站,2-3臺(tái)劈裂機(jī),高低壓液壓連接管,以及相應(yīng)的快速接頭、擴(kuò)大襯塊、特殊潤(rùn)滑脂等。
3. 液壓劈裂機(jī)的施工方法
首先,清理完電解槽陰極上沉積的電解質(zhì)及周邊碳糊后,使陰極碳?jí)K與槽殼間留有距離。然后用鑿巖機(jī)在陰極碳?jí)K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(dòng)液壓動(dòng)力站。將一臺(tái)或多臺(tái)劈裂機(jī)放入鉆好的孔中。插入的孔深要確保劈裂機(jī)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(jī)上的操作手柄,使中間楔塊伸出。十幾秒鐘以后,在最高可達(dá)63Mpa 液壓力的推動(dòng)下,強(qiáng)迫夾在兩邊的一對(duì)反向楔塊向孔的兩壁撐開,產(chǎn)生 290 噸(單臺(tái)劈裂機(jī))的力使得陰極碳?jí)K出現(xiàn)裂紋,并被劈裂、分離開。
※ 搬動(dòng)操作手柄,縮回中間楔塊,拔出劈裂機(jī)。完成一個(gè)工作循環(huán)。
※重復(fù)以上劈裂過(guò)程,將陰極碳?jí)K劈裂成可以搬動(dòng)或天車可以吊動(dòng)的大塊。然后將其搬開或吊出。
施工技巧主要掌握兩點(diǎn):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(jī)工作特點(diǎn)
環(huán)保好:采用非爆破技術(shù),清潔、靜音作業(yè),沒(méi)有震動(dòng)、沖擊擾動(dòng),不產(chǎn)生粉塵、噪聲。在廠房?jī)?nèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備附近作業(yè)互不干擾,對(duì)槽體和鋼結(jié)構(gòu)件無(wú)損傷。
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力量大:單臺(tái)劈裂機(jī)的實(shí)際劈裂力可達(dá)290 噸。數(shù)臺(tái)劈裂機(jī)同時(shí)使用,實(shí)際總劈裂力則數(shù)倍增加。
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工效高:十幾秒鐘就可完成一個(gè)劈裂作業(yè)周期。
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質(zhì)量好:工作可靠,劈裂、拆除效果好。
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成本低:運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低,極少維修、保養(yǎng)。
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便于操作:結(jié)構(gòu)輕巧,一個(gè)人即可在狹窄的場(chǎng)地操作。
5. 劈裂機(jī)在國(guó)內(nèi)電解槽大修中刨槽的應(yīng)用效果及評(píng)價(jià)
中國(guó)鋁業(yè)青海分公司現(xiàn)在共有 520 臺(tái)160KA 和 108 臺(tái) 200KA 中間下料預(yù)焙電解槽。自 1987 年 12 月投產(chǎn)以來(lái),至 2003 年6 月 30 日止,青海分公司共計(jì)停槽 1299臺(tái),大修電解槽 1291 臺(tái),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(shí)間長(zhǎng)短,取決于電解槽使用壽命的長(zhǎng)短。實(shí)踐表明,電解槽壽命超過(guò) 1500 天以上的電解槽,清刨槽的時(shí)間明顯延長(zhǎng)。
在電解槽大修過(guò)程中,如果采用傳統(tǒng)的方法的話,清刨槽的時(shí)間幾乎需要占有整個(gè)大修周期的二分之一。2002 年青海分公司大修電解槽 126 臺(tái)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,從電解槽停槽冷卻到能夠進(jìn)入清刨時(shí)間平均為 8 天,槽殼修理及上部結(jié)構(gòu)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(shí)間的其它大修時(shí)間共計(jì)需要23 天。
如果采用傳統(tǒng)的風(fēng)鎬清刨槽的話,清刨槽的時(shí)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(jī)的新工藝,清刨槽的時(shí)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(lái)的 45 天,縮短到 30 天。在清刨槽的7 天時(shí)間里,其中有 6 天時(shí)間花在清理電解槽陰極上沉積的電解質(zhì)及爐襯,真正使用液壓劈裂機(jī)用于破碎槽底陰極炭塊的時(shí)間僅一個(gè)工作日即可。
從十四年的使用效果上看,液壓劈裂機(jī)的優(yōu)越性是十分明顯的。1990 年之前,電解槽采用風(fēng)鎬進(jìn)行清刨,作業(yè)條件差、勞動(dòng)強(qiáng)度大,噪聲及粉塵污染嚴(yán)重,工作效率低,停爐時(shí)間長(zhǎng)。自采用液壓劈裂機(jī)后,電解槽大修周期由原來(lái)的 45天降至目前的 30 天。由于采用了先進(jìn)的液壓劈裂設(shè)備,極大地提高了工作效率,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善了工人的工作環(huán)境,縮短了電解槽大修周期三分之一,從而為鋁廠的提產(chǎn)增效創(chuàng)造了條件,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
同時(shí),中國(guó)鋁業(yè)貴州分公司、中州分公司(上街鋁廠)、焦作萬(wàn)方鋁業(yè)等大中型電解鋁廠也陸續(xù)地引進(jìn)購(gòu)置了液壓劈裂機(jī),用于刨槽工作,取得了可喜的經(jīng)驗(yàn)和效益。
一個(gè)大中型電解鋁廠通常有數(shù)百臺(tái)電解槽。經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的運(yùn)行后,需要定期地進(jìn)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(guó)鋁工業(yè)的發(fā)展在注意提高工作效率的同時(shí)更加重視職工勞動(dòng)條件的改善,液壓劈裂機(jī)在電解槽的大修刨槽工作中必將得到迅速推廣和普及。