鋁液攪拌車扒渣板的改進(jìn)

□文/劉民章 李賢 穆小杰

青海橋頭鋁電股份有限公司技術(shù)中心

鋁液攪拌車扒渣板的改進(jìn)

Improvement of Drossing Plate for A lum inium Liquid Stiring Vehicle

□文/劉民章 李賢 穆小杰

青海橋頭鋁電股份有限公司技術(shù)中心

在鋁電解或鋁加工行業(yè)，一般都需要在熔煉爐、混合爐內(nèi)對鋁液進(jìn)行熔煉或精煉處理。向鋁液中加入精煉劑或除渣劑后，均需要用一種工具或設(shè)備對爐內(nèi)鋁液進(jìn)行攪拌，攪拌后的鋁液經(jīng)過15~20分鐘的靜置，還需將鋁液表面的金屬或非金屬氧化渣扒出，以達(dá)到凈化熔體、均勻鋁液化學(xué)成分、調(diào)節(jié)鋁液溫度的目的。

目前所采用的爐內(nèi)鋁液攪拌方式有三種，即人工攪拌、機(jī)械攪拌與電磁攪拌。采用人工攪拌時，由于操作人員的工作條件十分惡劣，高溫、高粉塵易對操作人員的健康造成損害，而且勞動強(qiáng)度相當(dāng)大；特別在操作大中型熔煉爐、混合爐時，由于爐內(nèi)鋁液量大，需要較長時間才能完成操作，對員的傷害尤為嚴(yán)重，因此，目前在大中型熔煉爐、混合爐上已基本淘汰人工攪拌方式，只有極少數(shù)規(guī)模很小的工廠在很小容量的爐子上應(yīng)用。電磁攪拌是一種先進(jìn)的熔煉爐、混合爐內(nèi)鋁液攪拌方法，由于其具有攪拌力均勻、攪拌平穩(wěn)、攪拌過程中不破壞鋁液表面的氧化膜、鋁液燒損率低以及操作環(huán)境好等一系列優(yōu)點，因此很受電解鋁廠或鋁加工廠的青睞。但是，由于電磁攪拌裝置投資成本相對較大，加之該裝備的安裝在爐底需要一定的空間，因此，該攪拌技術(shù)在新建工廠的應(yīng)用相對較多，而在原有的混合爐、熔煉爐上應(yīng)用較少。機(jī)械攪拌是通過人工操作攪拌車來完成的。由于攪拌車不但具有攪拌功能，還具有扒渣功能，具有投資少、攪拌均勻、溫度調(diào)節(jié)快及操作條件得到較大改善的優(yōu)點。因此，機(jī)械攪拌是目前應(yīng)用最為廣泛的一種爐內(nèi)鋁液攪拌方法。

一、鋁液攪拌車的基本結(jié)構(gòu)與作用

鋁液攪拌車主要由車體、齒條傳動機(jī)構(gòu)、往復(fù)承載臂和攪拌（扒渣）板四部分組成。

其中，車體主要承擔(dān)攪拌車的位置移動與調(diào)整。齒條傳動機(jī)構(gòu)主要承擔(dān)往復(fù)承載臂的前進(jìn)與收縮，帶動扒渣板工作。往復(fù)承載臂承擔(dān)著固定扒渣板及承載扒渣板重量的作用。扒渣板通過螺栓連接的形式安裝于承載臂上。扒渣板工作時浸泡在高溫鋁液中，在齒條傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動下，通過承載臂的前進(jìn)、后退、上升與下降，完成對鋁液的攪拌與扒渣。

二、原扒渣板使用中存在的問題

1. 原扒渣板結(jié)構(gòu)

原扒渣板結(jié)構(gòu)如圖1所示，材質(zhì)為HT200。

2. 扒渣板的工作環(huán)境

正常生產(chǎn)時，一臺攪拌車往往要承擔(dān)2~4臺熔煉爐或混合爐內(nèi)鋁液的攪拌與扒渣任務(wù)。從電解槽內(nèi)吸出的鋁液溫度約為850℃~870℃，雖經(jīng)真空抬包轉(zhuǎn)運并轉(zhuǎn)注混合爐內(nèi)，鋁液溫度有一定的下降（冬季下降幅度略大），但鋁液溫度仍保持在750℃~800℃；而在熔煉爐內(nèi)，鋁液的溫度也在750℃~850℃之間，與混合爐內(nèi)的鋁液溫度差別不大，攪拌車即在這樣的一個溫度條件下工作的。如某公司鑄造車間有40t電熱混合爐4臺，平均每臺爐在24h內(nèi)至少處理3爐鋁液，那么，一臺攪拌車每天至少要進(jìn)行攪拌、扒渣12次?？梢姡褂寐氏喈?dāng)高。而且，扒渣板一直處于從室溫到750℃~800℃、又從高溫迅速降至50℃~60℃、甚至室溫這樣一個反復(fù)的溫度變化過程中，也就是說，扒渣板一直處于劇烈的熱震之中。由于熱震的原因，在扒渣板材質(zhì)的內(nèi)部，熱應(yīng)力一直處于交替變化中。

3. 原扒渣板的缺點

（1）扒渣板開裂

由于原設(shè)計扒渣板的材質(zhì)為HT200，其組織中石墨形態(tài)為片狀。而片狀石墨尖銳的邊角在承受載荷時很容易造成應(yīng)力集中，即石墨對基體的切割作用。鑒于片狀石墨存在的固有特點，使得在有應(yīng)力集中的情況下，基體組織會在石墨的尖角部位產(chǎn)生細(xì)小裂紋，并且隨著時間的延長，細(xì)小裂紋逐漸擴(kuò)張為大裂紋；同時，由于扒渣板為一個整體，在使用過程中頻繁的熱震，使得扒渣板內(nèi)聚集的內(nèi)應(yīng)力較大。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度時，扒渣板表面就會出現(xiàn)裂紋，并且隨著使用時間的延長，裂紋也在逐步延伸，最終導(dǎo)致開裂；嚴(yán)重時扒渣板會出現(xiàn)突然崩裂，碎成若干個小塊。

（2）攪拌與扒渣的阻力大，易引發(fā)不安全事故

由于原設(shè)計中扒渣板為一個整體，攪拌時來自鋁液的阻力加大，僅靠板面上若干直徑為φ50mm小孔并不能大幅度降低板面所遇到的阻力。如果前進(jìn)或后退的速度掌握不得當(dāng)，極易引起鋁液涌動，出現(xiàn)鋁液溢出爐面的情況，不但造成鋁液氧化燒損增加，更重要的是可能會燒傷或嚴(yán)重燙傷附近操作人員，或出現(xiàn)鋁液燒毀輸電電纜等設(shè)備事故。況且，由于板面上存在小孔，一旦由于熱震原因產(chǎn)生裂紋，該圓孔便成為裂紋的發(fā)源地，并在應(yīng)力的作用下迅速擴(kuò)散，導(dǎo)致扒渣板在短期內(nèi)因開裂而失去攪拌扒渣功能。

（3）氧化還原反應(yīng)對于扒渣板的腐蝕

扒渣板與鋁液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使鐵還原并溶解于鋁液中，降低鋁液品位，增加鋁液燒損，影響爐襯使用壽命。

扒渣板在使用過程中，由于長期浸泡在鋁液中，一旦出現(xiàn)裂縫，在高溫下迅速被氧化生成Fe2O3，F(xiàn)e2O3與高溫鋁液發(fā)生氧化還原反應(yīng)：

Al+Fe2O3=Al2O3+Fe

上述反應(yīng)帶來的不良后果有以下幾個方面：

由于在反應(yīng)中扒渣板中的鐵被鋁置換，溶解于鋁液中，使鋁液中Fe含量增加，降低了鋁液品位，嚴(yán)重影響鋁產(chǎn)品質(zhì)量；

由于Fe的比重比Al大得多，很容易沉積于鋁液底部并向爐底耐火材料中滲透，加速了耐火材料的失效；

由于氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，使得部分Al變?yōu)锳l2O3，以鋁渣的形式被扒出混合爐，增加了鋁液的氧化燒損。

（4）扒渣板的更換成本高，且更換較為困難。

由于整體式扒渣板的重量大，一旦出現(xiàn)嚴(yán)重開裂或嚴(yán)重腐蝕，則必須進(jìn)行更換，將造成較大的浪費。而且由于扒渣板重量大，更換時必須輔以天車，需3~5人才能完成，檢修安裝的工作量及勞動強(qiáng)度大，稍有不慎，還會造成磕傷碰傷等不安全事故。

三、攪拌車扒渣板的改進(jìn)

鑒于原設(shè)計的扒渣板使用過程中存在問題，為了保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，最大效率地發(fā)揮攪拌車在鋁液處理中的作用，對扒渣板進(jìn)行了改進(jìn)。

1. 更換扒渣板材質(zhì)

將扒渣板材質(zhì)由原來的灰鑄鐵HT200改為球墨鑄鐵QT400-18，使組織內(nèi)的石墨形態(tài)由片狀變?yōu)榍驙?。由于鑄鐵組織石墨形態(tài)的改變，使得改進(jìn)后的球墨鑄鐵扒渣板具有機(jī)械強(qiáng)度高、韌性高、耐磨性好、對應(yīng)力敏感性小、顯微裂紋不易延伸等優(yōu)點，改善了扒渣板的使用性能。

2. 改進(jìn)扒渣板結(jié)構(gòu)

為了減小扒渣板在鋁液攪拌過程中所受到的阻力，以及改善扒渣板更換時的安全性，降低檢修時的勞動強(qiáng)度，將原來的整體式扒渣板分為3塊（見圖2），分別安裝于攪拌車的往復(fù)承載臂上，每塊之間留出約150mm的間隔（見圖3）。此改進(jìn)具有以下幾個方面的優(yōu)點：

（1）由于扒渣板分為3塊，且每塊之間留有約150mm的間隔，使得扒渣板在鋁液攪拌過程中所受到的阻力大為減小，因此，在適當(dāng)控制扒渣板前進(jìn)、后退速度的前提下，鋁液的攪拌更加平穩(wěn)，大大減少了鋁液涌動現(xiàn)象，避免了鋁液溢出混合爐，攪拌過程更加安全可靠，徹底消除了由于攪拌操作不當(dāng)而出現(xiàn)的人員傷害及設(shè)備事故。

（2）扒渣板分塊制作、安裝后，取消了扒渣板面上原設(shè)計的Φ50mm的圓孔，從而消除了扒渣板在裂紋出現(xiàn)后由于應(yīng)力原因而導(dǎo)致的裂紋迅速擴(kuò)散、極大地降低了扒渣板開裂損壞的機(jī)會。

（3）雖然扒渣板長期浸泡在鋁液中，并且不斷地遭受高溫鋁液的氧化還原反應(yīng)，但是，腐蝕反應(yīng)在扒渣板各個部位并非均勻地進(jìn)行，而是有些部位腐蝕的嚴(yán)重，有的部位則稍微輕。扒渣板改進(jìn)后，當(dāng)扒渣板出現(xiàn)問題時，只需對腐蝕、開裂嚴(yán)重的某一塊扒渣板及時更換，而無需整體更換。因此，因扒渣板更換所造成的浪費也大為減少。

（4）分塊后的扒渣板由于體積減小，單塊重量不及原設(shè)計的1/3，便于搬運存放，安裝更為方便。原需要3~5人完成的安裝更換工作，現(xiàn)只需2個人即可完成，而且操作時更加安全。

四、改進(jìn)后的應(yīng)用效果

改進(jìn)后經(jīng)過生產(chǎn)應(yīng)用，分體式扒渣頭顯示了其優(yōu)越的使用性能和安全性能。據(jù)統(tǒng)計，在一年半的時間內(nèi)，鋁液攪拌車的分體式扒渣頭僅更換過一次，與原整體式相比使用壽命提高了一倍，而且再未出現(xiàn)過鋁液逸出混合爐的現(xiàn)象，對其它設(shè)備和現(xiàn)場操作人員的安全保障程度更高。目前，公司所有攪拌車的扒渣頭已全部更換為分體式。

五、結(jié)語

攪拌車是與熔煉爐、混合爐配合使用的主要機(jī)械設(shè)備之一，而扒渣板又是該設(shè)備的主要部件及易損消耗件。扒渣板使用性能的好壞，直接影響設(shè)備的運轉(zhuǎn)率及爐內(nèi)鋁液成分的均勻性、溫度的均勻性、溫度調(diào)整的及時性、鋁液的品位和燒損率以及爐襯的使用壽命等。通過對扒渣板進(jìn)行改進(jìn)，使鋁液攪拌車的使用性能得到較大的改善，并在鋁加工生產(chǎn)中穩(wěn)定的發(fā)揮著應(yīng)有的作用。

略