铝电解槽气控管路及车间压缩空气管路

２８　·　轻金属　２００６年第４期　铝电解槽气控管路及车间压缩空气管路设计　朱丹青，曹得志，张万福　（沈阳铝镁设计研究院，辽宁沈阳ｌ１０００１）　摘要：泰文介绍１打壳和定客气动装置的选择，系统气控原理，单槽压缩空气用量和管径的选择。并采用计算电解车　间压缩空气总用量的方法，络出计算实例。　关键词：铝电解槽；气动装置；气控原理；压缩空气　中图分类号：ＴＦ８０１．１文献标识码：Ｂ文章编号：１００２—１７５２（２００６）０４—００２８—０４　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｉｎ　ｐｏｔ　

ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　ａｉｒ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｉｎ　ｐｏｔｒｏｏｍ　ＺＨＵ　Ｄａｎ—Ｑｉｎｇ，ＣＡ０　Ｄｅ—Ｚｈｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｗａｎ—Ｆｕ　（Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｎｄ　Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，１１０００１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｅｘｐａｔｉａｔｅｓ　ｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｏｐｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ＣｒＵＳｔ　ｂｒｅａｋｅｒ　ａｎｄ　ｆｅｅｄｅｒ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　ａｉｒ　ｐｅｒ　ｐｏｔ　ａｎｄ　ｐｉｐｅ　ｄｉａｍｅｔｅｒｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ。ｉｔ　ａｄｏｐｔｓ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃＭｃｕｌａｔｉｎｇ　ｔｏｔａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　ａｉｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐｏｔｒｏｏｍ　ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｅｘａｍｐｌｅ·　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ　ｃｅｌｌ；ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　ａｉｒ　

大型预焙阳极铝电解槽，打壳和定容下料均采　用气动装置。成功的系统设计，性能良好的气动装　置及精心施工的压缩空气气控管路，不仅能满足工　艺打壳下料需求，便于计算机自动控制，改善槽况，　增加电流效率；又能节省压缩空气用量，减少空压机　装机容量。　根据设计实践和设计理念，本文介绍了打壳和　定容气动装置的选择，系统气控原理，单槽压缩空气　用量和压缩空气管路管径的选择计算，推荐计算电　解车间压缩空气总用量计算方法。并给出了有关计　算实例。　１　气动装置选择　１．１打壳及出铝气缸　我国各铝厂中间点式下料预焙阳极铝电解槽打　壳气缸多为高温带阀可缓冲式气缸，阀为单气控二　位四通阀。缸体有三种：　１）普通高温气缸；　２）带永磁铁锁紧机构高温气缸：当活塞上升到　上止点位置时，被装于上端盖内的磁铁吸持，磁铁吸　力足以克服活塞组件和锤杆、锤头的自重，即使气缸　下腔不供气压，活塞组件和锤杆、锤头也不会因自重　下落，防止事故发生，当气缸上腔通入一定气压，克　服磁铁吸力，气缸活塞在气压作用下，迅速向下运　动；　３）带机械锁紧机构高温气缸：当活塞上升到上　止点位置时，被装于气缸上腔侧壁的碰销锁紧，其自　锁保持力１６５ｋｇｆ，防止事故发生，只有当气缸上腔　通入一定气压，碰销向侧壁回退，气缸活塞在气压作　用下，才迅速向下运动。　电解槽在焙烧期间，不打壳下料，电解槽压缩空　气气控管路气源截断，这时带锁紧机构高温气缸显　示了其优越性，尤其带机械锁紧机构高温气缸优越　性更好。两种气缸有关参数见表１。　

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年第４期　朱丹青，曹得志，张万福：铝电解槽气控管路及车间压缩空气管路设计　·２９．　表１锁紧气缸技术参数　Ｔａｂ．１　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｌｏｃｋｅｄ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ　

１．２定容下料器　多点中间下料预焙阳极铝电解槽均采用筒式定　容下料器，定容量从０．９　ｋｇ至１．８ｋｇ，根据“勤加工，　少下料”的工艺原则，定容量０．９　ｋｇ为好。　按筒体结构。分为有刷式和无刷式。　有刷式：气缸安装座于钢筒上端法兰盖上，气缸　活塞杆与钢筒内拉杆连接，钢筒内拉杆装有钟阀和　不锈钢编织钢刷，将钢筒内下腔分隔成定容室，下料　器下料时，拉杆带动钟阀和不锈钢钢刷下落，不锈钢　刷挡住钢筒侧壁定容室进料Ｉ：Ｉ，只有定容室内氧化　铝下落至电解质中；反之，钟阀上升盖住出料ｇｌ，不　锈钢刷离开定容室进料Ｉ：Ｉ，定容室充料。　无刷式：钢简短。钢筒本身即为定容室，钢筒上　端小Ｉ：Ｉ为进料Ｉ：Ｉ，下端为出料Ｉ：Ｉ。气缸安装座于钢　简上方法兰上。法兰通过４根长螺杆与钢筒连接，气　缸活塞杆与钢筒内外拉杆连接，拉杆装有上钟阀和　下钟阀，下料器下料时，拉杆带动上下钟阀下落，上　钟阀盖住钢筒上端进料Ｉ：Ｉ，下钟阀离开出料Ｉ：Ｉ，定容　室内氧化铝下落至电解质中；反之，下钟阀上升盖住　出料ｇｌ。上钟阀离开进料Ｉ：Ｉ，定容室充料。　有刷式定容下料器钢刷编织工艺难度大，钢刷　更换率大，且钢刷透料，易被氧化铝堵塞，下料器成　本高。无刷式定容下料器是在有刷式定容下料器的　基础上改进设计制造，使用效果好，维修量小。且制　造成本低。　上述两种定容下料器，定容误差均＜１％。　定容下料器运行气缸分为普通高温气缸和带阀　高温气缸，阀为截止式二位五通气控阀。采用带阀　高温气缸可减少压缩空气管路，尤其是多点交叉下　料，更显其优越性。　设计选用无刷式定容下料器，下料气缸为带阀　高温气缸。　１．３气控箱　电解槽打壳、下料气动控制箱是我院新近开发　设计的，各种电磁阀组合集中装配在密闭铁箱内，箱　内设有接线端子，铁箱下面设有进气胶管插接Ｉ：Ｉ，上　面设有不同管径的出气胶管插接口。　气控箱防尘、防磁，体积小，绝缘良好，电源接线　方便。气控箱的开发应用，解决了以往阀架体积大，　占地挡窗，电源接线乱，绝缘不好，灰尘污染电磁阀　并造成电磁阀损坏快等缺陷。　

２　系统气控原理　电解槽设有４个氧化铝料箱，１个氟化盐料箱，　配置１台出铝气缸，４台打壳气缸。每台槽的气路　系统配置１台气控箱及１套出水、油雾、调压气源三　联件。　下料时，各下料点打壳气缸完成一次打壳动作，　下料器动作完成两次下料。即１、３打壳气缸同时完　成一次打壳动作数秒后，相应的１、３下料器同时动　作完成一次下料，数秒后１、３下料器再次同时动作　完成第二次下料，再２、４打壳气缸及２、４下料器按　相同的程序完成打壳下料。１、３点和２、４点形成交　叉打壳下料。　下氟化盐料时，动作顺序为打壳、下氟化盐、下　氧化铝。　为保证下料流畅，定容准确，料箱内设有沸腾　盘，利用打壳气缸上腔回气松动料层，为防止打壳气　缸上腔有压回气将料箱内的料冲出，回气管路设有　单向限流阀和旁通Ｅｌ，可调节沸腾盘用气量；利用打　

维普资讯 http://www.cqvip.com ３０　·　轻金属　２００６年第４期　壳气缸下腔有压回气冷却气缸联杆。　３　设计计算　３．１设计参数（见表２）　

表２　Ｆｉｇ．２　

打壳气缸容积，ｍ３　０　０６２５　×３．１４×０，５５＝０　００６７５　Ｓ＝５５０ｒａｍ　压缩空气工作压力，ＭＰａ　空气比重．ｋｇ／ｍ３　雎缩空气流动速度．ｒｎ／３　压缩空气管路长度．ｍ　２Ｏ　

３．Ｚ　单槽用气量　ａ．打壳气缸单行程用时：１ｓ；单槽氧化铝消耗　量：３．０１ｋｇ／ｍｉｎ，每个下料器容量０．９ｋｇ，每次下料　量０．９×２＝１．８　ｋｇ，加上氟化盐下料，因此，有４个　打壳气缸和６个下料器在１分钟内完成动作的机　率。　打壳用气量：０．００６７５×２×４＝０，０５４ｍ　／ｍｉｎ：　下料用气量：０．０００２４×２×６＝０．００２９ｍ　／ｍｉｎ。　根据以往实测，考虑管道漏损，阀件、气缸磨损　等因素，压缩空气计算系数取Ｋ＝１．３５，折合取　０．１ＭＰａ下分钟平均用气量：　（０．０５４＋０．００２９）×１．３５×８＝０．６ｍ　／ｒａｉｎ；最　大用气量：０．８　ｍ　／ｍｉｎ。　ｂ．每槽一天出铝一次，由于壳硬，出铝打壳时需　打壳１～２次，取２次打壳用气量计算。　出铝打壳单行程用时：１ｓ；　出铝打壳用气量：０．０１１５×２×２＝０．０４６ｍ３／　ｒａｉｎｏ　因出铝打壳气缸仅一天动作１～２次，故出铝打　壳气缸用气量可不计入单槽用气量。　３．３管径选择【ｌＪ　出铝打壳气缸和打壳气缸为一根供气管，和下　料气缸分管供气，出铝打壳气缸和打壳气缸最大用　气小时质量流餐：　Ｑ＝（０．０５４＋０．０４６）×１．３５×８×６０×１．２９３１　＝８３．７９　ｋｇ／ｈ。　ａ．空气比重：　＝　０×２７３／（２７３＋ｔ）×（ｐ／ｏ．１）　（１）　＝１．２９３１×２７３／（２７３＋２５）×（０．８／ｏ．１）＝９．　４７６９　ｋｇ／ｍ　ｂ．管道内径：　（２）　、／　Ｉ　＝０．０１６１ｍｄ　＝　√　＜１　４７　·　１６，ｌｍｍ　初选ＤＮ２５钢管，外径３３．５ｒａｍ，壁厚３．２５ｒａｍ。　３．４至出铝打壳用气点压力降　ａ．摩擦系数　当粗糙度为０．２时，摩擦系数　＝０．０３３２　Ｃ１　Ｊ。　ｂ．重力加速度ｇ＝９．８１ｍ／ｓ　ｃ．空气比重　＝　０×２７３／（２７３＋ｔ）×（Ｐ／ｏ．１）　＝１．２９３１×２７３／（２７３＋２５）×（０．８／ｏ．１）＝　９．４７６９　ｋｇ／ｍ。　ｄ．压力降△Ｐ＝　×　×Ｉ　×Ｗ　／（ｄ×２ｇ）　＝０．０３３２×９．４７６９×２０×１２　／　（０．０２７×２×９．８１　＝１７１０ｋｇ／ｍ２　＝０．０１７　ＭＰａ　出铝打壳气缸用气点压力降为电解槽管路最大　压力降点处，选低压流体输送钢管，外径３３．５ｒａｍ。　壁厚３．２５ｒａｍ，满足要求。　４　电解车间压缩空气管路设计　４．１电解车间电解槽用气总量　个电解车间安装有上百台电解槽，设计按同　时打壳工作的电解槽数来计算电解车间电解槽用气　总量，而同时打壳工作的电解槽数，以往按经验数选　取，不准确，往往造成系统空压机装机容量不足或太　大。在新近的设计中，我们引入概率统计的数学方　法，准确地得出电解车间同时打壳工作的最多电解　槽数，已投产铝厂实践证明，这种设计计算方法是可　靠的。　

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