鋁用陽(yáng)極新型高效皮帶除鐵器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

許國(guó)友,熊琪俊,劉仕斌

(中國(guó)鋁業(yè)廣西分公司 炭素廠，廣西 百色 531400)

為了降低陽(yáng)極成本,各炭素廠都盡量提高返回殘極的配入量,但殘極較高的鐵含量一直是橫亙?cè)诟魈克貜S的一道鴻溝。為了解決這個(gè)難題,炭素行業(yè)普遍采用兩種方法進(jìn)行除鐵,一種是永磁式皮帶除鐵器,用于對(duì)大塊物料除鐵;另一種是滾筒式除鐵器,用于去除較細(xì)的鐵質(zhì)。同時(shí)為了進(jìn)一步降低鐵含量,對(duì)含鐵量較高的1 mm以下的細(xì)殘粉外排處理。但即使如此,仍然不能滿足電解生產(chǎn)的需求,不得不降低配入量。如何在最短的時(shí)間解決這個(gè)難題,設(shè)計(jì)、制造出新型高效除鐵器、充分利用所有返回殘極,對(duì)炭素廠的技術(shù)人員面臨極大的挑戰(zhàn)。本文結(jié)合某炭素廠的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)、制造了全接觸、高磁通、多次級(jí)的新型皮帶除鐵器,不但解決了高殘極配入情況下鋁用陽(yáng)極含鐵量高的問(wèn)題,而且為降低陽(yáng)極成本提供了方法。

1 某炭素廠現(xiàn)有除鐵器效果差的根本原因

1.1 某炭素廠現(xiàn)有除鐵器的情況

某炭素廠預(yù)焙陽(yáng)極設(shè)計(jì)年產(chǎn)能14萬(wàn)噸,而配套的電解鋁廠每年需20萬(wàn)噸陽(yáng)極,有6萬(wàn)噸為外購(gòu),返回殘極全部進(jìn)入炭素廠生產(chǎn)流程。為了全部消化返回殘極,降低成本,需運(yùn)行高殘極配比模式生產(chǎn),生塊殘極配比達(dá)22%左右。但是,殘極處理過(guò)程中,殘極炭碗部分的粘鐵、少數(shù)脫落的磷鐵環(huán)和磷鐵碎塊會(huì)進(jìn)入破碎后的殘極中,導(dǎo)致殘極中含鐵量居高不下。為了降低預(yù)焙陽(yáng)極中的鐵含量,某炭素廠在殘極流程安裝了八臺(tái)除鐵設(shè)備,一種是永磁式皮帶除鐵器,共計(jì)二臺(tái),安裝于皮帶輸送機(jī)的上方,用于對(duì)大塊物料除鐵如圖1所示。另一種是滾筒式除鐵器,共計(jì)六臺(tái),安裝在粗殘、細(xì)殘、粉料流程的溜管上,用于去除較細(xì)的鐵質(zhì),如圖2。

圖1 永磁式皮帶除鐵器

圖2 磁滾筒式除鐵器

同時(shí)為了進(jìn)一步降低鐵含量,對(duì)含鐵量較高的1 mm以下的細(xì)殘粉外排處理,但陽(yáng)極炭塊的含鐵量仍然高達(dá)550 ppm以上。隨著電解鋁企業(yè)對(duì)鋁液質(zhì)量的要求提高,要求陽(yáng)極炭塊鐵元素含量必須小于450 ppm,現(xiàn)在運(yùn)行的除鐵設(shè)備和殘極配比,生產(chǎn)的預(yù)焙陽(yáng)極鐵含量不能滿足客戶的需求。

1.2 現(xiàn)有除鐵器效果差的原因分析

為了找出除鐵效果不佳的原因,技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)有的兩種除鐵器從設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能、工作原理等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析。永磁式皮帶除鐵器安裝在膠帶輸送機(jī)上方,磁鐵強(qiáng)度為6000高斯左右,處理的是未破碎的大塊物料,因此只能去除輸送物料中混雜的成塊的鐵雜質(zhì),如鐵絲、鐵塊、鋼板等,對(duì)包含在物料中的鐵雜質(zhì),以及細(xì)顆粒的鐵雜質(zhì)束手無(wú)策。滾筒式除鐵器主要是由上下分布的兩個(gè)半磁滾筒組成,磁滾筒的鐵磁強(qiáng)度為6000高斯。物料從除鐵器上方進(jìn)入,經(jīng)過(guò)兩個(gè)半磁滾筒,鐵雜質(zhì)被磁滾筒吸附并從旁路排出,不含鐵的物料從除鐵器正下方的出口排出,進(jìn)入下游設(shè)備。由于物料由上向下,以自由落體方式流動(dòng),下料太快,物料與磁滾筒表面接觸時(shí)間短;另一方面,物料下料不均勻,表面接觸不充分,除鐵效果差。

經(jīng)過(guò)以上分析可知,現(xiàn)有磁滾筒除鐵器除鐵效果差的主要原因有三個(gè)方面：一是設(shè)備結(jié)構(gòu)不合理,物料與磁滾筒表面接觸不充分、不均勻；二是下料太快,接觸時(shí)間太短；三是磁感應(yīng)強(qiáng)度不夠。

2 新型高效皮帶除鐵器設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和改進(jìn)

2.1 設(shè)計(jì)思路

針對(duì)磁滾筒除鐵器存在的物料與磁滾筒表面接觸不充分、接觸時(shí)間不夠長(zhǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度不夠這三個(gè)問(wèn)題,某炭素廠技術(shù)人員通過(guò)認(rèn)真調(diào)研,并與除鐵器制造廠家進(jìn)行交流。經(jīng)過(guò)多次討論,形成以下設(shè)計(jì)思路:

(1)增加接觸面積,物料必須攤薄、均勻;

(2)增加接觸時(shí)間,物料與磁筒要有足夠接觸的時(shí)間;

(3)磁滾筒磁場(chǎng)強(qiáng)度由6000高斯增大到12,000高斯;

(4)磁滾筒改小,由直接接觸、豎式下料改為皮帶式除鐵;

(5)輸送皮帶既要薄又要保證皮帶強(qiáng)度,皮帶表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠強(qiáng);

(6)輸送物料在輸送皮帶上分布均衡,下料口要有平料裝置,輸送皮帶還要設(shè)計(jì)邊裙,防止漏料。

2.2 工作原理和設(shè)計(jì)

在以上6點(diǎn)設(shè)計(jì)思路的指導(dǎo)下,技術(shù)人員和廠家設(shè)計(jì)、制造了全接觸、高磁通、多次級(jí)的新型皮帶除鐵器。新型高磁皮帶除鐵器由上下多級(jí)組成,每級(jí)由主動(dòng)輥筒和從動(dòng)輥筒造成,皮帶連接,層與層之間皮帶分別由獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)。皮帶主動(dòng)輥筒為12,000高斯全磁輥筒,皮帶帶有邊裙,有平料裝置鋪料。物料均勻的先進(jìn)入到上級(jí)皮帶,經(jīng)第一級(jí)全磁輥筒除鐵后,落到下一級(jí)皮帶,再經(jīng)下級(jí)全磁輥筒進(jìn)行二次除鐵,進(jìn)入料倉(cāng)。如圖3。

圖3 兩級(jí)新型高效皮帶除鐵器原理圖

2.3 制造安裝和除鐵效果

第一臺(tái)新型兩級(jí)皮帶除鐵器制造完成后,選擇安裝在成型工序細(xì)殘流程的輸料溜管上進(jìn)行試用。投入使用后,對(duì)細(xì)殘物料的含鐵量進(jìn)行了檢測(cè),結(jié)果顯示,除鐵前的細(xì)殘料含鐵量為2105 ppm,經(jīng)新型皮帶除鐵器除鐵后的細(xì)殘料含鐵量降為589 ppm,除鐵效率為72.02%,兩級(jí)皮帶除鐵器獲得成功。

2.4 存在的問(wèn)題和改進(jìn)

新型二級(jí)皮帶除鐵器投入運(yùn)行后,逐漸暴露出三個(gè)設(shè)備方面的問(wèn)題：一是除鐵器皮帶跑偏且不方便調(diào)整;二是第一級(jí)皮帶容易出現(xiàn)破損,使用壽命短,一般只能用二周;三是物料在皮帶分布不均勻,影響除鐵效率。針對(duì)以上三個(gè)問(wèn)題,技術(shù)人員連續(xù)在現(xiàn)場(chǎng)觀察、分析原因、制定措施、實(shí)施改進(jìn)。

(1)皮帶跑偏且不方便調(diào)整的問(wèn)題。原設(shè)計(jì)方案認(rèn)為皮帶周長(zhǎng)只有1米,沒(méi)有考慮張緊裝置。而在實(shí)際運(yùn)行中,從動(dòng)輥筒軸承座因長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)發(fā)生少許位移,導(dǎo)致皮帶跑偏。又因?yàn)槠膭?dòng)輥筒的軸承座安裝在除鐵器護(hù)板內(nèi),需拆下護(hù)板才能進(jìn)行調(diào)整、緊固軸承座螺栓。為此,將從動(dòng)輥筒的軸加長(zhǎng),使軸承安裝在護(hù)板外側(cè),同時(shí)為從動(dòng)輥筒軸承增加張緊裝置。實(shí)施后,皮帶運(yùn)行穩(wěn)定,沒(méi)有發(fā)生跑偏情況,同時(shí)方便崗位人員調(diào)整。

(2)第一級(jí)皮帶使用壽命短的問(wèn)題。皮帶出現(xiàn)破損是由于物料顆粒進(jìn)入到皮帶與輥筒之間,堅(jiān)硬的物料顆粒與磁滾筒擠壓,造成磁滾筒邊緣部分粗糙,鋒利磁性物與顆粒料同時(shí)對(duì)皮帶作用,極易將皮帶割破。分析物料顆粒如何進(jìn)入到皮帶與輥筒之間的原因,發(fā)現(xiàn)物料顆粒從溜管進(jìn)入除鐵器第一級(jí)皮帶時(shí),由于溜管出口距離皮帶較高,物料顆粒落在1.5～2 mm厚皮帶上時(shí),皮帶彈性將部分顆粒料從皮帶上彈起,再被護(hù)板反彈,從而進(jìn)入到皮帶與輥筒之間。針對(duì)于此,一是在溜管出口增加軟連接,使物料顆粒從溜管出來(lái)后,能平緩落在皮帶上,不造成反彈;二是在皮帶兩側(cè)加高擋料邊裙,由原來(lái)的50 mm增加到80 mm,進(jìn)一步防止彈起的物料顆粒被護(hù)板反彈進(jìn)入皮帶與輥筒之間。措施實(shí)施后,第一級(jí)皮帶的使用壽命從二周延長(zhǎng)至六個(gè)月以上。

(3)針對(duì)物料在皮帶分布不均勻,影響除鐵效率的問(wèn)題。一是在溜管出口增加軟連接,軟連接與第一級(jí)皮帶接觸,同時(shí)調(diào)整擋板高度,將堆積的物料抹平,讓物料均勻分布皮帶上。

2.5 改進(jìn)后的擴(kuò)大應(yīng)用

解決了這三個(gè)問(wèn)題后,新型兩級(jí)皮帶除鐵器運(yùn)行正常。為擴(kuò)大除鐵效果,又制作了1臺(tái)改進(jìn)后的二級(jí)皮帶除鐵器安裝在粗殘流程的輸料溜管上,用于對(duì)粗殘物料進(jìn)行除鐵。

為了進(jìn)一步降低成本,提高殘極利用率,減少粉料外排,對(duì)工藝流程進(jìn)行改造,增加一臺(tái)三級(jí)皮帶除鐵器(見(jiàn)圖4)安裝在1 mm以下的殘極粉料流程的溜管上,用于粉料除鐵。

圖4 三級(jí)新型高效皮帶除鐵器

2.6 新型高磁皮帶除鐵器的除鐵效果

除鐵前粗殘料含鐵量為1249 ppm,經(jīng)新型皮帶除鐵器除鐵后,粗殘料含鐵量降為596 ppm,除鐵效率為52.28%。1 mm以下的殘極粉料,除鐵前粉料含鐵量為2851 ppm,經(jīng)新型皮帶除鐵器除鐵后的粉料含鐵量降為1493 ppm,除鐵效率為47.63%。

3 新型高效皮帶除鐵器應(yīng)用后取得的成效

3.1 焙燒陽(yáng)極炭塊鐵含量指標(biāo)對(duì)比

新型除鐵器投入使用前,焙燒陽(yáng)極鐵含量為550 ppm左右。使用后,焙燒陽(yáng)極鐵含量為392 ppm左右。

3.2 取得的經(jīng)濟(jì)效益

2021年廢料外賣價(jià)格710元/噸,2021年1-7月累計(jì)煅后焦平均外購(gòu)價(jià)格2731元/噸, 每天可回收利用8.5 噸計(jì),成型每月生產(chǎn)25天,則年節(jié)約費(fèi)用:

(2731-710)×8.5×25×12/10000=515.36(萬(wàn)元)

(1)

除鐵器耗電72度/天,成型每月生產(chǎn)25天,電費(fèi)0.5元/度,則年增電費(fèi):

72×52×12×0.5=2.25萬(wàn)元/年

(2)

新增維修費(fèi)用:0.62萬(wàn)元/年

(3)

(1)～(3)項(xiàng)合計(jì)收益:515.36-2.25-0.62=512.48萬(wàn)元/年

4 結(jié) 語(yǔ)

從增加接觸面積、增加接觸時(shí)間、增大磁滾筒磁場(chǎng)等幾方面入手進(jìn)行改進(jìn),炭素新型高效皮帶除鐵器的研制成功,解決了某炭素廠返回殘極利用率低,鋁用陽(yáng)極鐵元素含量高的難題。