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液压劈裂机在铝电解槽大修刨槽中的应用

  摘要:液压劈裂机劈裂力大、体积小、重量轻、操作方便,工作时无振动、无噪音、无粉尘,在铝厂电解槽大修过程中的拆除阴极炭块和炉衬工作中,效果显著,效率高,环保好。本文论述了液压劈裂机的工作原理,技术性能,使用方法及在电解槽刨槽中的具体应用及效果评价。

1. 前言

  目前国内电解铝厂的电解槽寿命一般为1,100-1,500 天。即经过 3-5 年的使用,电解槽阴极碳块受到电解熔液的侵蚀,阴极压降增加,能耗加大,甚至会产生电解槽破损,使原铝的产量和质量大幅度地降低。因此,需要定期对电解槽进行刨槽大修:即将阴极碳块和槽内衬全部拆除掉,重新砌筑新的阴极碳块和槽内衬。而阴极碳块经过长时间的高温和压力作用,会产生复杂的化学、物理变化,被烧结陶瓷化、合金化,异常的坚硬,并且互相粘连,比钢筋混凝土还难拆除。

目前,传统的电解槽刨槽方法有以下两种:

  i)  使用风镐“干刨” 拆除,像“蚂蚁啃骨头”一样,作业条件差,劳动强度大,噪声高,震动冲击和粉尘污染严重,有害身体健康,工作效率低,大修费用高,停炉时间长。不能满足生产要求和环保要求。

  ii) 使用液压千斤顶在阴极钢棒之间顶开碳块,然后用吊车起出。这种方式,容易将钢棒顶弯,损伤电解槽,通常车间内吊车的起重能力也有限。特别对大型电解槽来说,效果差强人意。而且不安全,容易引发事故。

  传统的刨槽方法的弊病是显而易见的。中国铝业青海分公司以及国内其它的一些大中型电解铝厂采用液压劈裂机刨槽新工艺,能大块大块地劈裂、破碎、拆除阴极碳块和炉衬,效果十分显著,效率高,可以缩短电解槽大修周期三分之一。同时,其操作方便、简单,安全环保,可以极大地降低刨槽成本和工人的劳动强度,改善工作环境。

2. 液压劈裂机的工作原理及技术性能

2.1 工作原理

  常规的机械破碎方法,如风镐、破碎锤等,是通过外力的作用来破坏物体的结构。但通常需要被破碎的一些脆性物体的抗压强度很高,相对而言,其抗拉强度却相当低。如烧结后的阴极炭块和炉衬的抗压强度象花岗岩一样,高达60-250Mpa,而抗拉强度却通常只有 3-10Mpa,即抗拉强度远远低于其抗压强度。液压劈裂机正是利用脆性材料抗拉强度低的这一特性,运用楔块组的力学原理及液压机理开发出来的:

  首先,在被劈裂的物体上钻一些特定直径和深度的孔,将劈裂机的楔块组插入钻好的孔中。液压动力站产生高压液压油,通过劈裂机上的液压缸,驱动楔块组中的中间楔块向前驶出,并将两个反向楔块向两边撑开。从而产生巨大劈裂力将被劈裂的物体结构内部破坏掉,数秒钟内被劈裂的物体就会产生 10-40 毫米的裂纹并被劈裂开来。

2.2 液压劈裂机的组成

  一套液压劈裂机通常由三部分组成:液压动力站、液压劈裂机和高低压液压连接管。

液压动力站

  液压动力站主要由动力源(电动机、内燃机、气动马达等),液压泵,限压阀,液压油箱等部分组成。动力源产生动力,驱动液压泵,从而通过高低压连接管向劈裂机提供高压、小流量的液压油。同时,为了工作安全,液压系统由一个限压阀控制,压力极限为63Mpa。

  液压动力站有便携式和移动式两种。根据液压泵的功率不同,一台液压动力站可以同时驱动多台劈裂机。

液压劈裂机

  液压劈裂机主要由控制阀、液压缸、楔块组(包括一个中间楔块和两个成对反向楔块)构成。液压缸是由优质合金制成,重量轻且极其耐用。反向楔块的表面镀有一层特殊的硬质合金,具有很高的抗压强度和耐磨性能,可以提高其使用寿命10 倍以上。

高低压液压连接管和快速接头

  高、低压连接管用于联结劈裂机和液压动力站,加上分配器可将多个劈裂机与一套液压动力系统相连起来。而快速接头可以在数秒钟内十分方便地将整个系统连接完毕并开始工作,或拆开以便于运输。

2.3 典型的配置:

  适用于电解铝厂刨槽中的液压劈裂机系统典型配置如下:

  配置:1 台移动式液压动力站,2-3台劈裂机,高低压液压连接管,以及相应的快速接头、扩大衬块、特殊润滑脂等。

3. 液压劈裂机的施工方法
 
  首先,清理完电解槽阴极上沉积的电解质及周边碳糊后,使阴极碳块与槽壳间留有距离。然后用凿岩机在阴极碳块上每隔 20-50cm 左右,钻一排直径为 42-44 mm 的孔,其深度不低于430 mm。

  启动液压动力站。将一台或多台劈裂机放入钻好的孔中。插入的孔深要确保劈裂机的中间楔块完全伸出后至少还有2cm 的多余空间。

  ※操纵劈裂机上的操作手柄,使中间楔块伸出。十几秒钟以后,在最高可达63Mpa 液压力的推动下,强迫夹在两边的一对反向楔块向孔的两壁撑开,产生 290 吨(单台劈裂机)的力使得阴极碳块出现裂纹,并被劈裂、分离开。

  ※ 搬动操作手柄,缩回中间楔块,拔出劈裂机。完成一个工作循环。

  ※重复以上劈裂过程,将阴极碳块劈裂成可以搬动或天车可以吊动的大块。然后将其搬开或吊出。 
 
  施工技巧主要掌握两点:劈裂方向要有临空面,使抵抗力最小;钻孔的间隔距离合适,以提高工效。

4. 劈裂机工作特点

  环保好:采用非爆破技术,清洁、静音作业,没有震动、冲击扰动,不产生粉尘、噪声。在厂房内、运转设备附近作业互不干扰,对槽体和钢结构件无损伤。

  •   力量大:单台劈裂机的实际劈裂力可达290 吨。数台劈裂机同时使用,实际总劈裂力则数倍增加。
  •   工效高:十几秒钟就可完成一个劈裂作业周期。
  •   质量好:工作可靠,劈裂、拆除效果好。
  •   成本低:运转费用低,极少维修、保养。
  •   便于操作:结构轻巧,一个人即可在狭窄的场地操作。

5. 劈裂机在国内电解槽大修中刨槽的应用效果及评价

  中国铝业青海分公司现在共有 520 台160KA 和 108 台 200KA 中间下料预焙电解槽。自 1987 年 12 月投产以来,至 2003 年6 月 30 日止,青海分公司共计停槽 1299台,大修电解槽 1291 台,期间的电解槽的平均使用寿命在1200-1400 天之间徘徊。

  电解槽清刨槽的时间长短,取决于电解槽使用寿命的长短。实践表明,电解槽寿命超过 1500 天以上的电解槽,清刨槽的时间明显延长。

  在电解槽大修过程中,如果采用传统的方法的话,清刨槽的时间几乎需要占有整个大修周期的二分之一。2002 年青海分公司大修电解槽 126 台的统计结果显示,从电解槽停槽冷却到能够进入清刨时间平均为 8 天,槽壳修理及上部结构就位平均为 6 天,砌筑电解槽阴极炭块及炉衬平均为 9 天。即不包括清刨槽时间的其它大修时间共计需要23 天。

  如果采用传统的风镐清刨槽的话,清刨槽的时间需要 22 天,电解槽大修周期一般需要45天左右。 而如果采用液压劈裂机的新工艺,清刨槽的时间可以缩短到 7 天。即从电解槽停槽到大修完毕的电解槽大修周期可以从原来的 45 天,缩短到 30 天。在清刨槽的7 天时间里,其中有 6 天时间花在清理电解槽阴极上沉积的电解质及炉衬,真正使用液压劈裂机用于破碎槽底阴极炭块的时间仅一个工作日即可。

  从十四年的使用效果上看,液压劈裂机的优越性是十分明显的。1990 年之前,电解槽采用风镐进行清刨,作业条件差、劳动强度大,噪声及粉尘污染严重,工作效率低,停炉时间长。自采用液压劈裂机后,电解槽大修周期由原来的 45天降至目前的 30 天。由于采用了先进的液压劈裂设备,极大地提高了工作效率,减轻了工人的劳动强度,改善了工人的工作环境,缩短了电解槽大修周期三分之一,从而为铝厂的提产增效创造了条件,具有良好的经济效益和社会效益。

  同时,中国铝业贵州分公司、中州分公司(上街铝厂)、焦作万方铝业等大中型电解铝厂也陆续地引进购置了液压劈裂机,用于刨槽工作,取得了可喜的经验和效益。
 
  一个大中型电解铝厂通常有数百台电解槽。经过一段时期的运行后,需要定期地进行电解槽的大修刨槽工作。“工欲善其事,必先利其器”。随着改革开放的深入,我国铝工业的发展在注意提高工作效率的同时更加重视职工劳动条件的改善,液压劈裂机在电解槽的大修刨槽工作中必将得到迅速推广和普及。

 

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