肖晅

（四川啟明星鋁業(yè)有限責(zé)任公司， 四川眉山 620041）

1 概述

陽極焙燒是電解鋁陽極生產(chǎn)的重要工序，焙燒爐是電解鋁用陽極生產(chǎn)過程中的主要設(shè)備之一。焙燒爐的作用在于使生陽極中的瀝青焦化，同時(shí)提高陽極的機(jī)械性能、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和降低陽極的氧化反應(yīng)率。其使用方法是將成型生陽極碳塊利用專用夾具夾入焙燒爐層層立裝碼放并填充焙燒輔料，焙燒爐預(yù)定的升溫曲線升溫至1100℃左右后保持一段時(shí)間后，再按預(yù)定的冷卻曲線冷卻，將生陽極焙燒好。

目前國內(nèi)所使用的陽極焙燒爐多為采用引進(jìn)法國“AP”技術(shù)設(shè)計(jì)修建造，料箱每層立裝7塊陽極，料箱長約5.5m、寬約0.8m、高約5.5m。是國際上水平較先進(jìn)的焙燒爐技術(shù)。該技術(shù)爐室以其產(chǎn)量大、質(zhì)量高、節(jié)能、環(huán)保效果好在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用［1］。

焙燒爐的主要構(gòu)件火道墻由于經(jīng)常處于高溫狀態(tài)下且不斷的受到氣流的沖刷以及陽極焙燒過程中由溫度的變化不均勻等原因。會使火道產(chǎn)生墻產(chǎn)生結(jié)焦、裂縫、凸起、磚塊松動(dòng)、傾斜或塌落等故障，以致火道墻變形。雖然變形后的火道墻經(jīng)過校直、更換損壞的部分構(gòu)件等修理后可繼續(xù)使用一段時(shí)間。但當(dāng)發(fā)現(xiàn)火道墻有下列情況之一者，應(yīng)予以修補(bǔ)或重新砌筑：火道墻有較多的裂縫、嚴(yán)重漏風(fēng)，影響到焙燒爐溫度控制；火道墻內(nèi)襯磚破裂或局部脫落；火道墻松動(dòng)、傾斜或凹、凸起嚴(yán)重，有倒塌危險(xiǎn)，如圖1所示。

火道墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在適當(dāng)?shù)仡A(yù)留膨脹間隙使火道墻的熱膨脹的同時(shí)保證焙燒爐的氣密性減少負(fù)壓損失，有利于提高產(chǎn)品合格率。新墻體砌成后，最好在陰涼處經(jīng)過一段時(shí)間干燥處理，保證砌體的內(nèi)部水分向外擴(kuò)散速度與砌體表面水分蒸發(fā)速度相協(xié)調(diào)，防止溫度過高過快使砌體內(nèi)部水分很快汽化并產(chǎn)生一定壓力從砌體的灰縫中沖出，使灰縫變得疏松，從而破壞砌體的嚴(yán)密性。所以火道墻最好在常溫狀態(tài)下砌筑，以保證其質(zhì)量。

由于焙燒爐本身的工作爐膛尺寸的限制和工作環(huán)境，在人工砌筑時(shí)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)大以至于作業(yè)時(shí)間長，往往會影響產(chǎn)能。而固定式火道墻砌筑機(jī)雖然能解決上述中的大部分問題，但由于自身結(jié)構(gòu)的限制還是存在效率低下的弊端。為解決這些問題，需對固定式火道墻砌筑機(jī)進(jìn)行深度開發(fā)和優(yōu)化設(shè)計(jì)以更好地滿足焙燒爐修理需求。

圖1 火道墻示意圖

2 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

目前國內(nèi)外部分大型電解鋁企業(yè)為提高焙燒爐的修理效率在使用一種固定式的火道墻砌筑機(jī)，一些企業(yè)甚至沒有任何火道墻預(yù)砌筑設(shè)備。固定式火道墻砌筑機(jī)由于自身特點(diǎn)決定一臺砌筑設(shè)備只能砌筑一條火道墻，其效率底下。固定式火道墻砌筑機(jī)的結(jié)構(gòu)還存在以下主要缺點(diǎn)：①由于設(shè)備重心偏高，設(shè)備機(jī)架復(fù)雜龐大；②設(shè)備的升降工作平臺穩(wěn)定性差；③火道墻吊運(yùn)機(jī)構(gòu)簡單，吊運(yùn)過程安全性差。

3 新型砌筑機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)改進(jìn)

移動(dòng)式墻體砌筑機(jī)由移動(dòng)機(jī)架、地面行走機(jī)構(gòu)、平臺升降機(jī)構(gòu)、機(jī)械分級凸輪鎖扣機(jī)構(gòu)、砌筑施工平臺、導(dǎo)向輪組、整體吊運(yùn)裝置等組成。其工作原理是整個(gè)砌墻過程中火道墻墻體不移動(dòng)，控制砌筑設(shè)備垂直或水平移動(dòng)進(jìn)行火道墻砌墻工作。即將整體砌筑設(shè)備設(shè)計(jì)為可移動(dòng)式，砌筑人員將砌筑設(shè)備移至火道墻預(yù)存放位置，然后鎖緊地面行走裝置，使砌筑設(shè)備在砌此火道墻時(shí)固定不動(dòng)，在對同一條火道墻進(jìn)行砌筑時(shí)，上下升降施工平臺進(jìn)行施工，施工平臺高度位置由提升機(jī)構(gòu)控制，當(dāng)施工完一面火道墻后，用斜拉鋼絲繩固定避免倒塌，在原地干燥待用。砌筑設(shè)備水平移動(dòng)至下一工位砌筑下一條火道墻。對于砌筑完畢的火道墻搬運(yùn)，可以采用吊運(yùn)裝置將其運(yùn)送至指定的位置，見圖2。

3.1 設(shè)備水平方向移動(dòng)穩(wěn)定性方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

移動(dòng)式火道墻砌筑機(jī)總重約28噸整體高度超過8m，由于當(dāng)砌筑好一條火道墻后向下一個(gè)工位移動(dòng)時(shí)砌筑機(jī)的砌筑平臺必須處于砌筑機(jī)的上部，以至于砌筑機(jī)整體中心相對較高，給設(shè)備水平工作時(shí)和移動(dòng)穩(wěn)定性帶來了一系列困難，為解決這些問題新型砌筑機(jī)進(jìn)行了兩個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

圖2 移動(dòng)式火道墻預(yù)砌筑機(jī)

（1）軌道夾持鎖緊裝置：由于移動(dòng)式火道墻砌筑的水平移動(dòng)的軌道在地面上，空間不滿足才類似天車軌道的導(dǎo)向輪裝置，且行走輪和軌道之間容易滑動(dòng)，需設(shè)計(jì)一個(gè)新裝置。為此特別設(shè)計(jì)了軌道夾持裝置，該裝置由雙頭螺桿和兩個(gè)夾具組成，可通過轉(zhuǎn)動(dòng)雙頭螺桿調(diào)節(jié)兩個(gè)夾具之間的間隙，使得運(yùn)行機(jī)構(gòu)同軌道有效貼合，保證砌筑機(jī)水平移動(dòng)行走輪不晃動(dòng)。設(shè)備處于工作位時(shí)還可以調(diào)節(jié)螺桿將設(shè)備鎖緊在軌道上防止設(shè)備在軌道上前后竄動(dòng)［2］見圖3。

圖3 軌道夾持裝置

（2）上部導(dǎo)向穩(wěn)定裝置：由于設(shè)備重心較高，特別是在工作平臺處于頂端工作位時(shí)，砌筑人員和砌筑材料移動(dòng)式會造成設(shè)備搖晃，不利于砌筑人員的安全工作。為此利用電纜滑線的工字鋼作剛性支撐，在電纜滑線鋼梁上加裝了一個(gè)輔助穩(wěn)定裝置，該裝置由兩個(gè)導(dǎo)向輪和鋼梁組成，該裝置能有效利用已有資源防止設(shè)備上部的晃動(dòng)，見圖4。

圖4 導(dǎo)向穩(wěn)定裝置

3.2 升降工作平臺的穩(wěn)定性創(chuàng)新設(shè)計(jì)

移動(dòng)式火道墻砌筑工作平臺的升降是采用的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，由于工作平臺上不但有砌筑人員還有工具和砌筑材料，為防止工作平臺下滑，不但在升降軌道上設(shè)計(jì)有機(jī)械分級凸輪鎖扣機(jī)構(gòu)，還在卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)有棘輪離合鎖緊裝置，實(shí)現(xiàn)了雙保險(xiǎn)。

（1）機(jī)械分級凸輪鎖扣機(jī)構(gòu)：為防止人員施工平臺因卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)制動(dòng)失靈而設(shè)計(jì)了凸輪鎖扣機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由制動(dòng)塊、凸輪、手柄、彈簧連桿等機(jī)構(gòu)組成在墻體砌筑機(jī)施工過程中，移動(dòng)式墻體砌筑機(jī)施工平臺升降采取分級止動(dòng)設(shè)計(jì)。在工作位電氣控制停止的同時(shí)，機(jī)械鎖扣開始自動(dòng)止動(dòng)。凸輪鎖扣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)動(dòng)作原理：凸輪鎖扣機(jī)構(gòu)安裝于升降工作臺，它與機(jī)架相固定止動(dòng)塊構(gòu)成鎖緊裝置。當(dāng)平臺上升時(shí)，凸輪碰到擋塊，迫使凸輪隨軸后退，凸輪在彈簧的作用下滑動(dòng)，平臺上升不受阻。當(dāng)平臺下降時(shí)，凸輪碰到擋塊開始止滑。如平臺還需下降，扳動(dòng)凸輪手柄使凸輪離開止動(dòng)塊，平臺順利下行，見圖5。

圖5 機(jī)械分級凸輪鎖扣機(jī)構(gòu)

（2）棘輪防滑裝置：棘輪防滑裝置設(shè)計(jì)在卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)上，其主要由棘輪離合器、開合手柄、扭簧等組成。其工作原理：棘輪通過軸、平鍵與棘輪離合器半端連接，棘輪離合器另半端與固定軸及固定座連接，該半端棘輪離合器通過手柄可延固定軸軸向移動(dòng)，但不可旋轉(zhuǎn)。當(dāng)棘輪離合器處于嚙合狀態(tài)時(shí)，凸輪只能單向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)棘輪離合器脫開后，凸輪可正反雙向旋轉(zhuǎn)。扭簧用于保持凸輪平面處于水平位置，見圖6。

圖6 棘輪離合防滑裝置

3.3 整體火道墻固定和吊運(yùn)裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)吊運(yùn)裝置主要由壓板、墊板、壓緊螺母、穿墻螺桿組成，如圖7所示。其主要缺陷有三點(diǎn)：由于連接螺桿的螺紋須矩形螺紋且連接桿直徑較大，在壓緊和松開過程中螺帽的調(diào)節(jié)工作量大；由于螺帽壓緊只能一次性調(diào)節(jié)到位，無法對火道墻吊運(yùn)過程中施加壓緊力，而火道墻的各耐火磚之間難免細(xì)小有間隙，所以調(diào)運(yùn)過程中存在火道墻垮塌等風(fēng)險(xiǎn)，安全性能較差。而新型吊運(yùn)裝置完全解決上述問題。

圖7 吊運(yùn)裝置

新型的整體火道墻吊運(yùn)裝置充分考慮到火道墻的重心以及吊運(yùn)過程的安全性。整體火道墻吊運(yùn)裝置由夾板式墻體托架、吊裝橫梁、起吊掛鉤裝置、預(yù)壓式珩架機(jī)構(gòu)、托架鎖緊掛鉤裝置、斜拉張緊鋼索等組成。該吊運(yùn)裝置采用在火道墻外掛鉤連接的方式降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。使用預(yù)壓式珩架機(jī)構(gòu)降低了起吊點(diǎn)，同時(shí)使調(diào)運(yùn)過程中由于火道墻的自重一直對火道墻施加一個(gè)壓緊力防止火道墻垮塌，大大提高了吊運(yùn)過程的安全性［3］如圖8所示。

圖8 整體火道墻調(diào)運(yùn)裝置

其中預(yù)壓式珩架機(jī)構(gòu)用于起吊時(shí)靠墻體自重產(chǎn)生一定的預(yù)壓力，使墻體與安裝吊運(yùn)裝置成為一個(gè)整體，保證吊裝的平穩(wěn)性，吊運(yùn)時(shí)墻體不變形。斜拉張緊鋼索主要便于在墻體堆放時(shí)加固，避免產(chǎn)生安全因患。

4 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

移動(dòng)式火道墻砌筑機(jī)工作效率，兩個(gè)熟練砌筑人員一個(gè)工作日（考慮到中夜班砌筑火道墻不安全，只計(jì)算白班）能一條火道墻，新火道墻安裝就位只需4小時(shí)。即一臺移動(dòng)式火道墻砌筑機(jī)能滿足360條火道墻的更換工作，按10萬噸電解鋁的配套焙燒爐平均每年更換133條火道墻（焙燒爐“AP”技術(shù)設(shè)計(jì)理論計(jì)算），一臺移動(dòng)式火道墻砌筑機(jī)完全能滿足27萬噸電解鋁的生產(chǎn)需求。

使用移動(dòng)式火道墻砌筑機(jī)，不但能效避免工人在線修理火道墻的安全風(fēng)險(xiǎn)且大大改善了員工的工作環(huán)境。

5 結(jié)論

移動(dòng)式火道墻砌筑機(jī)，不但能夠大幅提升砌筑火道墻的效率，而且操作簡便、可靠性強(qiáng)、安全性能高，同時(shí)還能提高火道墻的砌筑質(zhì)量，具備國際先進(jìn)水平。值得當(dāng)今現(xiàn)代化的、大規(guī)模的預(yù)焙陽極企業(yè)焙燒爐配套設(shè)備選型時(shí)借鑒。