“智能控制打殼系統(tǒng)”的研發(fā)與應(yīng)用

張久海 丁維力｜文

“智能控制打殼系統(tǒng)”從控制原理上完全改變了常規(guī)的打殼系統(tǒng)。經(jīng)過現(xiàn)場長期的試驗與試用證明，該系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，有效地解決了錘頭不粘包問題，明顯地延長了錘頭使用壽命，降低了成本，大大減輕了勞動強度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。該系統(tǒng)今后將會逐漸取代常規(guī)的打殼氣缸，成為電解鋁槽上比較理想的生產(chǎn)設(shè)備。

概況

目前電解鋁行業(yè)槽上設(shè)備存在耗氣量大（耗能大）、故障率高、錘頭容易粘包、錘頭的使用壽命較低、工人勞動強度大、檢修費用高等諸多問題。針對上述問題，大連怡和工業(yè)有限公司對常規(guī)的打殼系統(tǒng)進行了長期跟蹤觀察，剖析與總結(jié)，經(jīng)過反復(fù)研究和現(xiàn)場試驗，研發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利產(chǎn)品——“智能控制打殼系統(tǒng)”。

對于該系統(tǒng)用氣量的消耗問題，從定性的分析到定量地給出，并經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場反復(fù)試驗，得到了比較理想的結(jié)果。通過對問題的分析、研究和試驗，可以確認：打殼氣缸的工作壓力由高壓降到低壓（試驗時壓力從 0.6MPa 降到0.2MPa），完全可以滿足現(xiàn)場生產(chǎn)要求，完全可以降低氣體的使用量（波馬定律可以證明并可以定量地計算出用氣量）。通過這一階段的分析與試驗，“智能控制打殼系統(tǒng)”有效地降低了用氣量，從而降低能源消耗。

關(guān)于延長錘頭的使用壽命問題，通過長期的理論分析與現(xiàn)場試驗，得到以下結(jié)論：錘頭的使用壽命與錘頭浸入電解質(zhì)的深度、時間有關(guān)，即錘頭浸入電解質(zhì)的深度越淺，時間越短，就越不容易粘包，從而錘頭的使用壽命就越長。這一結(jié)論經(jīng)過長期的現(xiàn)場試驗與觀察證明，結(jié)論與實驗結(jié)果是相吻合的，而“智能控制打殼系統(tǒng)”就是以這個結(jié)論為依據(jù)，設(shè)計、制造、開發(fā)出來的。大量的試驗、統(tǒng)計證明，用這一結(jié)論設(shè)計、制造的打殼系統(tǒng)，錘頭的粘包率明顯降低，錘頭的使用壽命明顯提高，工人勞動強度大大降低，節(jié)能效果比較顯著。

“智能控制打殼系統(tǒng)”組成與功用

“智能控制打殼系統(tǒng)”主要由四部分組成（見圖1）：①智能控制組合閥，②可反饋輸出信號的可控打殼氣缸，③打殼錘頭裝置，④智能電控柜。當(dāng)智能電控柜④接到操控機發(fā)出的打殼指令，并將指令信號經(jīng)過處理后，輸出給智能組合閥①，智能組合閥①控制可控打殼氣缸②帶動打殼錘頭③對電解質(zhì)殼面進行有選擇地打擊（軟殼面低壓打，硬殼面高壓打），然后根據(jù)反饋信號決定后續(xù)工作的進行。

“智能控制打殼系統(tǒng)”的動作程序

圖1 智能控制打殼系統(tǒng)組成

目前國內(nèi)電解鋁廠打殼氣缸的工作壓力，就是氣動系統(tǒng)的氣源壓力，無論殼面軟硬，均設(shè)定為一種壓力（0.6MPa）打殼，顯然這是不合理的。實際上有99%以上的殼面只用0.2MPa 的工作壓力，就可以將殼面打開，但是因為還有極少數(shù)的殼面或者電解槽出現(xiàn)異常情況時，0.2MPa 的工作壓力是打不開殼面的（這種情況的概率不足1%），所以對于常規(guī)打殼缸，系統(tǒng)壓力是不能降低的。大連怡和工業(yè)有限公司研制的“智能控制打殼系統(tǒng)”，能夠根據(jù)電解質(zhì)殼面的軟硬，自動調(diào)節(jié)打殼氣缸的工作壓力。其工作流程見圖2。

圖2 智能控制打殼系統(tǒng)工作流程

當(dāng)“智能控制打殼系統(tǒng)”接到操控機的打殼指令后，開始低壓打殼（0.2MPa），當(dāng)錘頭接觸到殼面時，對殼面的軟硬進行判斷，如果殼面是軟的，殼面被打開后，錘頭立即返回結(jié)束工作（大約有99%以上的殼面都可以在低壓下被打開）。如果系統(tǒng)判斷的殼面是硬殼面，并且殼面沒有被打開，系統(tǒng)便自動進行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)處于高壓（氣源設(shè)定的壓力0.6 MPa）工作狀態(tài)，對硬殼面進行高壓壓殼，殼面在高壓下被壓開，錘頭立即返回結(jié)束工作（這種情況的概率不足1%）。如果這種硬殼面用高壓還沒壓開，系統(tǒng)開始用高壓對殼面進行連續(xù)打擊（連續(xù)打擊的次數(shù)可以任意設(shè)定），如果硬殼面還沒有被打開，說明電解槽或系統(tǒng)出現(xiàn)異常狀況，系統(tǒng)開始報警。

“智能控制打殼系統(tǒng)”的特點與功能

1.“智能控制打殼系統(tǒng)”配有的智能控制組合閥，其結(jié)構(gòu)是抗污染能力較強的座式結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)惡劣的環(huán)境。

2.座式結(jié)構(gòu)的智能控制組合閥，具有自動判斷殼面軟硬的功能，能夠根據(jù)對殼面的判斷結(jié)果自動調(diào)節(jié)工作壓力。如果殼面較軟系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)為低壓（0.2MPa）打殼，如果殼面較硬系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)為高壓（氣源壓力）打殼，以保證節(jié)能。

3.智能打殼氣缸具有調(diào)節(jié)打殼深度和打開殼面后立即返回的功能，根據(jù)現(xiàn)場電解質(zhì)殼面的位置，調(diào)節(jié)錘頭的入液深度，根據(jù)反饋信號控制錘頭打開殼面立即返回，以保證錘頭不粘包或少粘包。

4.打殼氣缸具有良好的緩沖功能，當(dāng)活塞到達終點時能夠平穩(wěn)停止，以減少沖擊，延長壽命。

5.打殼氣缸具有可靠的氣控長鎖功能，該鎖比常規(guī)的機械鎖減少了每次動作都要碰撞鎖頭的問題，所以使用壽命更長。當(dāng)停電或斷氣時，錘頭能夠可靠地停在上端，以保證錘頭不進入電解液。

6.打殼氣缸缸筒與前后端蓋均采用防磁性較好、強度較高的鋁合金材料。

7.智能打殼系統(tǒng)防塵、防磁效果比較明顯，并能在200℃以內(nèi)正常連續(xù)工作。

8.打殼氣缸、錘頭與機架之間具有良好的絕緣功能。

9.因采用智能控制，打擊錘頭選用特殊材料，因此錘頭很少粘包。

10.錘頭的使用壽命明顯延長。

11.智能控制柜設(shè)有“觸摸屏”，可以很方便地將現(xiàn)場的技術(shù)數(shù)據(jù)與參數(shù)直接通過觸摸屏輸給電控柜，以滿足現(xiàn)場需要改變技術(shù)參數(shù)的要求。

12.智能控制柜設(shè)有單點的“自動/手動”切換功能，以滿足現(xiàn)場需要手動操作打殼的需求。

13.智能控制柜設(shè)有“還原操控機控制”功能。當(dāng)打殼氣缸需要操控機控制時，便可切換到“還原操控機控制”功能。

14.“智能控制打殼系統(tǒng)”具有單點控制單點打殼功能。該功能完全克服了常規(guī)系統(tǒng)多點同時動作所造成的，動作快的點等待動過慢的點所造成的易粘包的弊端。

15.“智能控制打殼系統(tǒng)”具有按需打殼，按需下料的功能，以保證不粘包不堵料，從而延長錘頭使用壽命。

16.“智能控制打殼系統(tǒng)”具有不結(jié)殼不打殼的功能。如果火口沒有結(jié)殼，“智能控制打殼系統(tǒng)”就不用打殼，直接下料；當(dāng)火口已經(jīng)結(jié)殼，“智能控制打殼系統(tǒng)”便開始打殼，這樣可以使得節(jié)能效果更加顯著。

經(jīng)濟效益的統(tǒng)計計算

1.節(jié)約用氣量

用“波馬定律”對常規(guī)打殼系統(tǒng)與“智能打殼系統(tǒng)”進行絕熱過程的分析與計算，將相關(guān)數(shù)據(jù)列于表1（氣缸規(guī)格均為160/40-650）。

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)，“智能打殼系統(tǒng)”節(jié)氣率45.4%。

2.錘頭的使用壽命

打殼錘頭因為經(jīng)常接觸高溫（960℃～1000℃）下的電解質(zhì)與電解鋁液，常規(guī)打殼系統(tǒng)的錘頭因接觸電解質(zhì)深度較深，時間較長，所以平均每個錘頭使用壽命只有6 個月左右，每臺電解槽6 個錘頭，每臺電解槽每年可消耗錘頭12 個。

“智能控制打殼系統(tǒng)”因為錘頭入液淺，時間短，所以錘頭的使用壽命至少18 個月（實際使用壽命更長）。

3.粘包率

常規(guī)打殼系統(tǒng)因錘頭入液深度較深，入液時間較長，所以錘頭極易粘包。錘頭粘包后，靠人工將包清理掉，每班每臺電解槽需要清理近10 個包。

采用“智能控制打殼系統(tǒng)”后，由于該系統(tǒng)有多種適應(yīng)現(xiàn)場的功能，所以粘包數(shù)量可以大大地降低，根據(jù)統(tǒng)計計算實際粘包率可降低90%以上。

4.降低陽極效應(yīng)系數(shù)節(jié)約用電量43%（統(tǒng)計計算）

多數(shù)陽極效應(yīng)是因為堵料或者打殼不徹底致使下料不暢而發(fā)生的。

“智能控制打殼系統(tǒng)”具有多種適應(yīng)現(xiàn)場的功能，所以可以減少陽極效應(yīng)的發(fā)生。根據(jù)統(tǒng)計，陽極效應(yīng)系數(shù)可以降低43%，則每年電解槽因陽極效應(yīng)的減少而節(jié)約費用43%。

5.節(jié)約效應(yīng)棒43%，節(jié)約效應(yīng)棒產(chǎn)生的費用43%。

6.延長密封件使用壽命

常規(guī)系統(tǒng)的打殼錘頭打入電解質(zhì)內(nèi)的深度一般在200mm 左右?！爸悄芸刂拼驓は到y(tǒng)”的錘頭打入電解質(zhì)內(nèi)的深度一般在100mm 左右，工作行程減少了100mm，即減少了15%的行程，進而減少了密封件的磨損量，延長了密封件的使用壽命15%。

表1 常規(guī)打殼系統(tǒng)與“智能打殼系統(tǒng)”數(shù)據(jù)對比分析

表2 “智能控制打殼系統(tǒng)”不同行程數(shù)據(jù)對比分析

7.“智能控制打殼系統(tǒng)”其氣缸行程減少了15%，節(jié)氣率更高了。如表2所示。

根據(jù)表2，由于行程可調(diào)，“智能控制打殼系統(tǒng)”節(jié)氣率又提高了8.4%。

8.總的效益

采用“智能打殼系統(tǒng)”后，總效益如下：

①因低壓打殼節(jié)氣率：45.4%。

②垂頭壽命：至少18 個月。

③錘頭粘包率：降低90%。

④陽極效應(yīng)系數(shù)：降低43%。

⑤效應(yīng)棒用量：降低43%。

⑥延長密封件壽命：15%。

⑦因行程減少節(jié)氣率又提高了：8.4%。

以上數(shù)據(jù)是能夠統(tǒng)計和可以計算的，而另外還有一些效益很難統(tǒng)計和計算，但效果很可觀，如：

①錘頭的使用壽命提高了，更換錘頭的時間減少，檢修費與人工費降低了，停產(chǎn)的時間大大縮減，從而使產(chǎn)量提高了。

②錘頭的壽命提高了，錘頭的溶化量相對減少，從而使電解鋁的產(chǎn)品質(zhì)量提高了。

③錘頭不粘包或少粘包，使得工人的工作量顯著減少，勞動強度大大降低。

④陽極效應(yīng)減少了，電解鋁的質(zhì)量與產(chǎn)量相應(yīng)提高，熄滅陽極效應(yīng)所用的時間與人工費降低了。

結(jié)語

“智能控制打殼系統(tǒng)”不管是在理論分析上還是現(xiàn)場的實際生產(chǎn)試驗中都收到了比較理想的效果。今后，“智能控制打殼系”將會逐步取代常規(guī)的打殼系統(tǒng)，進而成為電解槽上主要的、也是比較理想的打殼設(shè)備。