電解槽回風(fēng)管冒料原因分析及處理*

陳 鵬，李學(xué)文，夏志山，黃 河，高 俊，彭建軍

（曲靖云鋁淯鑫鋁業(yè)有限公司，云南曲靖655000）

超濃相輸送技術(shù)屬氣力輸送中的流態(tài)化輸送技術(shù)，是將粉狀氧化鋁在密閉的溜槽內(nèi)被流態(tài)化后，轉(zhuǎn)變成固-氣兩相流體，具有流體的性質(zhì)，沿著輸送方向形成壓力梯度，產(chǎn)生料柱差，以推動(dòng)流態(tài)化后的物料向前流動(dòng)，從而完成輸送任務(wù)。超濃相輸送具有以下特點(diǎn)：投資少、系統(tǒng)設(shè)施簡單、物料流速慢、設(shè)備磨損小、維修成本低[1]。但回風(fēng)管冒料是電解鋁行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的突出問題，經(jīng)過技術(shù)分析和小范圍實(shí)驗(yàn)，引用了變頻器，使回風(fēng)管冒料情況從根本上得到了改變。變頻器的使用直接改善了超濃相輸送過程中壓力損失及冒料情況。

1 超濃相輸送原理

超濃相輸送是利用物料在流態(tài)化后轉(zhuǎn)變成一種固-氣兩相流體。再根據(jù)流動(dòng)壓能和靜壓能轉(zhuǎn)化原理，使物料在輸送槽內(nèi)進(jìn)行輸送[2]。由此原理可以作以下剖析：

超濃相輸送利用物料在流態(tài)化后轉(zhuǎn)變成一種固-氣兩相的相互轉(zhuǎn)化流動(dòng)中來達(dá)到輸送氧化鋁粉的目的。并且，這一過程是在封閉的輸送溜槽內(nèi)進(jìn)行[3]。它輸送的介質(zhì)是新鮮的氧化鋁粉固體，具有較強(qiáng)的離散性，輸送的動(dòng)力一系列前段是30 kW，后段37 kW；二系列是37 kW由離心風(fēng)機(jī)供給氣體（混合空氣）。這就是前面所講的固氣兩相流體。

超濃相輸送技術(shù)的原理，即氧化鋁粉的靜壓能流動(dòng)壓能和原理的轉(zhuǎn)化。所謂靜壓能是指物體在靜止時(shí)所具有的能量。流動(dòng)壓能是指物體在流動(dòng)中產(chǎn)生的能量[4]。超濃相設(shè)備的輸送物料過程需要經(jīng)過兩個(gè)階段來完成：①使物料流態(tài)化；②物料流態(tài)化以后必須具有一定的壓力差，才能使物料流態(tài)化后向前推進(jìn)。因而達(dá)到向電解車間輸送物料的目的[5]。

超濃相手動(dòng)和自動(dòng)輸送相結(jié)合，系統(tǒng)檢查完符合開機(jī)條件，現(xiàn)場手動(dòng)啟動(dòng)輸送風(fēng)機(jī)，電腦畫面上將1號、2號料斗啟動(dòng)，配料風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，系統(tǒng)進(jìn)入輸送狀態(tài)，運(yùn)行工檢查槽上料箱，確保每臺料滿后關(guān)閉風(fēng)機(jī)及料斗，一次輸送完畢。

打開輸送畫面，按下輸送風(fēng)機(jī)的自動(dòng)按鈕，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)1號、2號料斗及配料風(fēng)機(jī)，進(jìn)入輸送狀態(tài)，直至電解槽首尾兩端料位計(jì)顯示料滿，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉。

2 電解槽回風(fēng)管冒料原因及處理措施

2.1 壓力不穩(wěn)定

壓力過大及壓力不穩(wěn)定是回風(fēng)管冒料的主要原因之一，通過使用變頻器后能保持壓力幾乎恒定不變，也穩(wěn)定了輸料時(shí)間，優(yōu)化后超濃相系統(tǒng)給電解鋁的生產(chǎn)帶來了明顯的改善。

2.1.1 低壓變頻器

通常離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的1次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的2次方成正比。因此，精確調(diào)節(jié)和穩(wěn)定離心風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以得到穩(wěn)定的風(fēng)量和風(fēng)壓，保證超濃相輸送的技術(shù)要求。從電機(jī)變頻調(diào)速的特性曲線可看出，變頻調(diào)速具有近似直流調(diào)速的機(jī)械特性曲線，調(diào)速很平滑，電機(jī)的機(jī)械特性曲線也比較硬，具有較精確的轉(zhuǎn)速控制。通過變頻器實(shí)現(xiàn)離心風(fēng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行來取代風(fēng)門控制的調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)壓，具有無可比擬的優(yōu)勢。

電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程和改善環(huán)境，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段[6]。超濃相輸送技術(shù)和電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的結(jié)合，使得鋁電解廠的物料輸送系統(tǒng)得到更加優(yōu)化、完善，這也是回風(fēng)管冒料得以解決的一大幫手。如果壓力過小，物料就不能液態(tài)化，物料流動(dòng)性不好，增加輸送時(shí)間；如果壓力過大，則物料在溜槽內(nèi)沸騰，變成普通的風(fēng)動(dòng)溜槽，輸送能力降低，也可能造成電解槽冒料，所以說動(dòng)力風(fēng)源的風(fēng)量、壓力以及物料達(dá)到一種最佳的平衡關(guān)系是超濃相輸送成敗的關(guān)鍵。

2.1.2 變頻器壓力的設(shè)定

37 kW離心風(fēng)機(jī)正常情況下輸送過程中壓力在（6 500～9 000）Pa之間，壓力波動(dòng)大（如圖1），輸送過程中有很大的問題，如大面積輸不進(jìn)料、回風(fēng)管冒料嚴(yán)重等問題。在使用變頻后，經(jīng)過調(diào)試過程中反復(fù)的試驗(yàn)壓力，最終把壓力控制在（3 900～4 000）Pa之間，輸送壓力曲線平穩(wěn)（如圖2），輸送時(shí)間1 h/次，回風(fēng)管冒料得到很好的改善，除少數(shù)單臺槽子故障導(dǎo)致冒料外，情況有好轉(zhuǎn)。變頻壓力的設(shè)定也是節(jié)能降耗工作的重要方面，降低了鋁電解生產(chǎn)的輔助電耗。

圖1 未安裝變頻時(shí)輸送壓力曲線Fig.1 Conveying pressure curve without frequency conversion

圖2 安全變頻時(shí)輸送壓力曲線Fig.2 Conveying pressure curve with frequency conversion

2.2 槽子上部結(jié)構(gòu)變化

槽子上部結(jié)構(gòu)的變化會(huì)使得輸送風(fēng)壓產(chǎn)生變化，每個(gè)料箱在電解槽上所處位置不同使得每個(gè)料箱內(nèi)的壓力有大有小。每臺電解槽在濃相系統(tǒng)中所處的位置有遠(yuǎn)有近，超濃相輸送系統(tǒng)風(fēng)力受風(fēng)機(jī)及較長管道的影響也會(huì)不穩(wěn)定，進(jìn)入槽上部的風(fēng)就出現(xiàn)相應(yīng)變化，氧化鋁在上部溜槽輸送時(shí)會(huì)發(fā)生堵料，引起壓力變化，從而打破料箱內(nèi)部和通風(fēng)管道之間的壓力平衡，即Fa=H+Fb，其中Fb為定值，F(xiàn)a變化將引起H的變化，當(dāng)Fa增加到某一值時(shí)，造成輸送風(fēng)壓大于料箱內(nèi)適宜壓力，氧化鋁就會(huì)隨風(fēng)從排風(fēng)管中排出。針對這一問題，曾多次對垂直管位置的調(diào)壓閥進(jìn)行調(diào)整，使每臺槽子的輸送壓力在一個(gè)理想狀態(tài)上。如遇到特殊情況，再次對調(diào)壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 電解槽大面積缺料

電解槽大面積不進(jìn)料也是導(dǎo)致電解槽回風(fēng)管冒料的主要原因之一，電解槽大面積缺料的原因有[7]：

1）輸送溜槽雜質(zhì)過多，氧化鋁粉含氟過高，物料過粉導(dǎo)致氧化鋁流動(dòng)性差；

2）配料系統(tǒng)故障，不能正常供料；

3）風(fēng)壓不穩(wěn)定，不能提供輸送所需壓力；

4）主溜槽氣室進(jìn)料，導(dǎo)致溜槽內(nèi)鋁粉堵塞；

5）料倉氧化鋁不夠，下料不正常；

6）調(diào)壓閥膜片大部分損壞，維護(hù)保養(yǎng)不到位；

7）槽上槽下料管雜物堵塞。

在輸送的過程中會(huì)遇到大面積不進(jìn)料，在排查處理故障過程中，輸送風(fēng)機(jī)開啟時(shí)間過長，風(fēng)壓過大，會(huì)使料箱內(nèi)部分氧化鋁從回風(fēng)管排出。通常遇到大面積不進(jìn)料是平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)不到位及各工藝參數(shù)控制不平穩(wěn)造成的，加強(qiáng)工藝管理確保各參數(shù)平穩(wěn)，回風(fēng)管冒料現(xiàn)象也會(huì)相應(yīng)減少。

2.4 超濃相調(diào)壓閥彈簧編組

2.4.1 調(diào)壓閥

超濃相系統(tǒng)專用調(diào)壓閥，包括閥座、閥蓋、膜片及活塞，其要點(diǎn)是膜片的周邊通過閥蓋壓緊在閥座上，并與閥座形成一個(gè)氣壓室，閥蓋頂壁的中部向下設(shè)有一圓筒，圓筒的內(nèi)壁上設(shè)有螺紋，圓筒內(nèi)旋入有一頂絲，頂絲頂壓在彈簧上，彈簧的下端頂壓在彈簧座上，彈簧座通過螺栓固定在膜片中部，閥座的側(cè)壁上分別向外延伸設(shè)有進(jìn)風(fēng)管接頭和出風(fēng)管接頭，進(jìn)風(fēng)管接頭和出風(fēng)管接頭分別與進(jìn)風(fēng)管和出風(fēng)管螺紋連接，活塞設(shè)置在氣壓室內(nèi)，活塞可由膜片通過一擺動(dòng)臂帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)量和風(fēng)壓能夠自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)[8]。

2.4.2 超濃相主溜槽調(diào)壓閥彈簧編組

主溜槽調(diào)壓閥彈簧編組是控制風(fēng)壓、確保主溜槽輸料狀態(tài)良好的關(guān)鍵，同時(shí)也是控制電解槽上風(fēng)壓的辦法之一，電解槽上風(fēng)壓過大會(huì)導(dǎo)致回風(fēng)管冒料，反之氧化鋁不能形成“沸騰”狀，物料無法輸送[9]。編組前把主溜槽調(diào)壓閥行程統(tǒng)一調(diào)為15 mm，電解槽上為7 mm，的目的是主溜槽有平衡料柱，風(fēng)壓過大的時(shí)候會(huì)從平衡料柱排出，而單槽排風(fēng)的重要部位就是回風(fēng)管，壓力過大會(huì)把氧化鋁帶出，不利于生產(chǎn)要求，在編組過程中可用的彈簧分別為2.0 mm、1.8 mm、1.6 mm、1.5 mm、1.4 mm、1.2 mm，利用彈簧的大小把主溜槽的壓力從起始端到未端依次減小，這有利于氧化鋁更好地輸送。

2.5 回風(fēng)管尺寸問題

回風(fēng)管尺寸、結(jié)構(gòu)的不合理也是冒料的主要原因之一，該廠二系列一、四段回風(fēng)管安裝時(shí)尺寸設(shè)計(jì)不合理（如圖3改造前回風(fēng)管管路尺寸），導(dǎo)致整個(gè)二系列就一、四段回風(fēng)管冒料嚴(yán)重，其它幾個(gè)段安裝變頻器后只有幾臺少量冒料，故統(tǒng)一把一、四段整改成圖4所示回風(fēng)管，主要目的：①加粗增大排風(fēng)量，排風(fēng)通暢；②讓排出的風(fēng)變向，設(shè)計(jì)隔板阻擋一部分物料回到料箱。通過此方法使一、四段的回風(fēng)管冒料得到了很好地控制。

圖3 改造前回風(fēng)管管路尺寸Fig.3 Dimensions of each part of return air duct before transformation

圖4 改造后回風(fēng)管管路各部分尺寸Fig.4 Dimensions of each part of return air duct after transformation

2.6 單臺回風(fēng)管冒料的原因及處理

1）調(diào)壓閥膜片損壞，造成風(fēng)壓過大，調(diào)壓閥在輸送過程中不能處于一開一閉的狀態(tài)，未達(dá)到平衡壓力的效果，壓力增大會(huì)帶出部分鋁粉，及時(shí)更換膜片即可；

2）回風(fēng)管膠管變型，導(dǎo)致排風(fēng)不暢，料箱風(fēng)壓增大時(shí)帶出少量物料；

3）槽上輸送溜槽傾斜，物料不完全覆蓋沸騰板，過多的風(fēng)壓在沒有阻力的情況下造成大量的風(fēng)會(huì)排出，通過溜槽進(jìn)入料箱，增大料箱的壓力，導(dǎo)致帶出部分物料，通常這種情況校正槽上槽即可。

2.7 整體電解槽回風(fēng)管排風(fēng)能力差

由于電解槽回風(fēng)管排風(fēng)能力差（如圖5），在電解槽槽上料箱排風(fēng)管處加裝旁路管，用膠管連接到支煙管，確保電解槽的絕緣達(dá)標(biāo)（如圖6），同時(shí)便于引風(fēng)機(jī)把輸料時(shí)過多的壓力和帶出的氧化鋁抽到主煙管，氧化鋁經(jīng)過除塵器再次吸氟后供到電解槽再次使用，使物料循環(huán)再利用。

圖5 未加裝旁路管前的槽上部Fig.5 The upper part of cell without bypass tube

圖6 加裝旁路管的槽上部Fig.6 The upper part of cell with bypass tube

由于原膠管容易損壞，導(dǎo)致經(jīng)常漏料（如圖7），使員工的勞動(dòng)量增大。把原回風(fēng)管排風(fēng)口堵死（如圖8），不讓風(fēng)和料排到電解槽內(nèi)：①減少員工的勞動(dòng)量；②杜絕漏料，方便員工控制殼面厚度，減少氧化鋁的損失，同時(shí)還能有效地控制電解工藝。

圖7 改造前的回風(fēng)管Fig.7 Return air duct before transformation

圖8 改造后的回風(fēng)管Fig.8 Return air duct after transformation

改造前每次輸送氧化鋁都會(huì)漏出部分氧化鋁（如圖9），經(jīng)過改造后超濃相輸料時(shí)電解槽殼面上再無積料（如圖10），縮短了電解工更換陽極的時(shí)間和勞動(dòng)量，同時(shí)也讓電解各工藝參數(shù)能平穩(wěn)運(yùn)行。

圖9 改造前回風(fēng)管冒料情況Fig.9 Materials outflowing situation before transformation of return air duct

圖10 改造后的回風(fēng)管冒料情況Fig.10 Materials outflowing situation after transformation of return air duct

3 應(yīng)用效果

通過在超濃相風(fēng)機(jī)處加裝變頻后，能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)輸送風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，很好地控制回風(fēng)管冒料，壓力損失過多也得到了很好的控制，做到了節(jié)能降耗，提高了超濃相輸送系統(tǒng)的物料輸送效率；同時(shí)通過調(diào)整主溜槽調(diào)壓閥彈簧和改造電解槽料箱回風(fēng)管，加裝旁路管。采用上述措施和方法后，得出以下效果：

1）通過加裝變頻器有效調(diào)節(jié)了整個(gè)輸送系統(tǒng)的風(fēng)壓，壓力達(dá)到最佳的平衡，有效地控制了輸送時(shí)間，退出風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行，降低電耗，減少風(fēng)壓的浪費(fèi)，避免多臺電解槽回風(fēng)管冒料；同時(shí)避免壓力小造成對氧化鋁輸送時(shí)間延長，有效降低了生產(chǎn)電耗；

2）槽上排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須注意排風(fēng)管的結(jié)構(gòu)、尺寸，排風(fēng)管設(shè)計(jì)尺寸、結(jié)構(gòu)安裝的不合理會(huì)造成排風(fēng)能力降低，增大電解槽料箱壓力，導(dǎo)致回風(fēng)管冒料，應(yīng)將排風(fēng)管尺寸、結(jié)構(gòu)通過輸送風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓計(jì)算，能滿足風(fēng)壓的排出，避免電解槽料箱壓力過大后導(dǎo)致漏料；

3）主溜槽及單臺槽子上調(diào)壓閥行程及彈簧編組不能隨意更改調(diào)節(jié)，必須根據(jù)每槽的實(shí)際情況調(diào)整到每個(gè)調(diào)壓閥，確保主溜槽風(fēng)壓從首端到尾端是遞減的，既保證整個(gè)系統(tǒng)風(fēng)壓的平衡，又能調(diào)節(jié)每臺槽風(fēng)壓，這樣輸送過程中物料的流動(dòng)性達(dá)到最佳，可以縮短輸送時(shí)間，控制電解槽料箱內(nèi)壓力，避免單臺電解槽漏料，同時(shí)降低了生產(chǎn)電耗；

4）安裝槽上槽時(shí)應(yīng)確保溜槽無傾斜，如果溜槽傾斜，將導(dǎo)致氧化鋁輸送困難，輸送時(shí)間長，料箱壓力增大，在排壓的過程中會(huì)帶出部分氧化鋁，故安裝輸送溜槽時(shí)無傾斜，氧化鋁輸送平穩(wěn)，當(dāng)料箱輸滿時(shí)，該臺電解槽調(diào)壓閥關(guān)閉，停止供風(fēng)，杜絕了該臺電解槽回風(fēng)管冒料；

5）電解槽料箱回風(fēng)管處加裝旁路管，原回風(fēng)管用布袋封死，利用主引風(fēng)機(jī)的負(fù)壓將電解槽料箱內(nèi)的壓力引走，解決了槽上料箱排壓的問題，排壓泄露的物料通過旁路管進(jìn)入支煙管帶入除塵器循環(huán)再利用，徹底杜絕了電解槽回風(fēng)管漏料，有效控制了電解廠房內(nèi)粉塵飛揚(yáng)。

總之，超濃相輸送系統(tǒng)是鋁電解生產(chǎn)過程中必不可少的一種鋁粉輸送方式，由于設(shè)計(jì)輸送原理多樣化，采用調(diào)壓閥調(diào)壓、電解槽料箱自動(dòng)排壓的方式輸送，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)的排壓管尺寸各結(jié)構(gòu)不合理，會(huì)導(dǎo)致物料輸送時(shí)料箱壓力過大，帶出部分氧化鋁，致使電解槽殼面積料過多，生產(chǎn)工藝難控制、員工勞動(dòng)量加大、粉塵飛揚(yáng)和電耗成本過高等現(xiàn)象。通過安裝變頻，使輸送壓力平穩(wěn)，改造回風(fēng)管的尺寸結(jié)構(gòu)，對電解槽加裝旁路管等一系列措施使料箱回風(fēng)管冒料問題得到了根本解決，有效控制了生產(chǎn)電耗，同時(shí)提高了員工勞動(dòng)生產(chǎn)率。

4 結(jié)語

1）由于設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)輸送風(fēng)機(jī)選型不符、電解槽料箱排壓管設(shè)計(jì)尺寸和結(jié)構(gòu)不合理、輸送工藝?yán)吓f等因素影響，在氧化鋁輸送過程中壓力過大、排壓不暢，導(dǎo)致電解槽料箱在輸送氧化鋁時(shí)漏料；

2）加裝變頻器控制輸送壓力，保持壓力平穩(wěn)，確保輸送正常；

3）通過提高調(diào)壓閥、彈簧編組、電解槽輸送溜槽等維護(hù)提高了輸送效率，保證料箱壓力均勻，減少漏料和降低生產(chǎn)電耗；

4）根據(jù)排壓管的尺寸和結(jié)構(gòu)做出改造，通過改造后完全杜絕了電解槽輸送氧化鋁時(shí)漏料現(xiàn)象。

經(jīng)過實(shí)踐證明，加裝電解槽料箱旁路管對現(xiàn)有應(yīng)用超濃相輸送的電解鋁生產(chǎn)有推廣價(jià)值。