CN103056118B - 一种全自动预焙阳极炭块开槽清理机组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全自动预焙阳极炭块开槽清理机组，包括控制柜、炭块输送机、炭块表面清理装置、炭块棒孔清理装置、炭块底部开槽机，炭块输送机分为A段、B段、C段和D段，所述的炭块输送机包括电机、支架、传送轮和行程开关，电机、传送轮和行程开关安装在支架上，炭块表面清理装置安装在炭块输送机A段和B段上，所述的炭块表面清理装置包括刮刀和刀具架（2.1），所述刮刀包括底部刮刀（2.2）、上部刮刀（2.3）、侧面刮刀(2.4)、端面刮刀和棱角刮刀(2.5)。本发明将炭块清理与炭块开槽工序整合在一部机组上，实现了一部机器多种功能，提高了阳极炭块处理的自动化性，效率高，安全性好，减少环境污染。
Description
技术领域
本发明属于化工工艺生产技术领域，特别是一种全自动的预焙阳极炭块开槽清理机组。
背景技术
铝用预焙阳极是铝电解生产过程中一种必不可少的导电材料，每生产一吨原铝理论上要消耗400kg左右的预焙阳极。预焙阳极的主要作用是在铝电解过程中，将电导入电解槽并参与电化学反应。预焙阳极生块在焙烧时，需要在炭块四周和顶部填充焦粉，以防止炭块在高温焙烧时接触空气氧化和变形。在焙烧过程中焦粉与阳极生块逸出的沥青和挥发成份经过高温烧结，粘附在阳极熟块的四周及棒孔内。而阳极炭块在使用时，必须把表面的焦粉清理干净，以避免使用过程中在电解槽内造成掉渣。阳极炭块表面的清理工作是预焙阳极生产厂家工作量较大的一套工序。
现国内多数预焙阳极生产厂家主要还是依靠人工清理，其劳动强度大，工作效率低，工作环境恶劣，环境污染严重，高温和粉尘对人体危害极大，同时加大了企业的生产成本。为解决这些问题，有人发明了机械清理的方法，公开文献也报道了一些，如：
1. 中国专利申请CN1563499A，发明名称为“预焙阳极炭块焙烧出炉的解组清理方法及其机组”，该发明公开了一种预焙阳极炭块焙烧出炉的解组清理方法及其机组，在阳极炭块焙烧出炉时，使阳极炭块按垂直交错放置的形式出炉和进行解组清理，在将垂直竖装交错状态的预焙阳极炭块组解组清理后，再将其转成卧式横向放置的形式放在输送机上进行输送。采用使阳极炭块按垂直交错放置的形式出炉进行解组清理的方式，并采用直线步进推进解组＋机械刮板清理＋人工清理＋横向输送的结构，其解组工效可比卧式出炉一次解组两块预焙阳极的运行方式提高工效7倍以上，同时还方便了对焙烧阳极炭块表面清理工作的进行。
2. 中国专利申请CN201179514Y，发明名称为“一种炭碗清刷机”，该发明公开了一种炭碗清刷机，它包括底架、滑动导向小车，滑动导向小车上设置有电机，电机和变速箱连接，变速箱通过转动轴与炭碗清刷头连接；滑动导向小车和液压缸相连接，由液压缸带动滑动导向小车。该设备能有效清理阳极炭块炭碗表面粘附的填充料，并具有结构简单、性能可
靠、能替代工人劳动等优点。
经由上面提到的专利文献，现有技术实现了预焙阳极炭块焙烧出炉后的机械清理，但是，本发明人发现，两篇专利不同程度的存在缺陷，如文献一的解组清理方法所需的设备结构复杂，故障率高，阳极炭块在解组和清理过程中需要不停转换方位，占用的空间较大，这样都会增加工厂的生产成本；文献二的炭碗清刷机清理效率较低，清理效果不明显，所以，对它们在很多方面可以作出改进，也应发展更好的预焙阳极炭块清理机。
预焙阳极炭块底部开槽可使部分阳极气体可以通过底部槽沟向外排放，减少气泡在阳极底部停留时间和阳极底掌气泡覆盖率，从而有利于降低极间电阻压降和阳极效应系数，减少电解能耗；另一方面气体带动电解质进入排气沟，然后进入阳极侧部通道，扩大了电解质循环通道，促进了阳极周围电解质流动和槽内热质的传热，有利于保持电解过程正常进行，同时由于沟槽促进了气体排放，使铝液与阳极气体有发生二次反应的机会，有利于提高铝电解电流效率。另外开槽阳极有助于降低阳极的热应力，防止阳极开裂，因此铝电解槽阳极炭块底部开槽已被普遍推广和运用。如中国专利CN2672083Y，发明名称为“铝电解用预焙阳极炭块”，其公开了一种升温速度快且具有较小阳极底掌气膜电阻的铝电解用预焙阳极炭块，在所述阳极炭块的底面或底部侧面开有至少一条槽。由于在现有的阳极炭块底面或底部侧面开槽，其具有这样的有益效果，在不增加阳极炭块外表面积的前提下增加了阳极炭块与液体电解质的接触面积，阳极炭块的升温速度大大提高，缩短了阳极从不导电到导电的时间。另外，底面开有贯通槽也有利于气泡的排出，不容易附集大量气泡，从而不会因增加阳极底掌气膜电阻而增加电能消耗。
阳极炭块底部开槽目前一般都是采用生块开槽或是熟块淋水切割。生块开槽的缺点是经过焙烧以后槽沟变形或是填充料堵塞槽沟，造成排气效果不好；熟块淋水开槽虽然槽沟较为规整，但是切割出来的粉末与冷却水混在一起很难回收或是加收不彻底，造成浪费和污染环境。阳极熟块底部开槽采用干切的方式国内目前尚未实现，而且阳极炭块的清理与开槽工序分开独立进行，工作效率低下。
发明内容
本发明的目的是针对现有阳极炭块清理机组自动化程度低，加工效果不好、效率低和阳极炭块底部不能干切等不足，提供一种自动化程度高，加工效率高，安全环保的全自动预焙阳极炭块开槽清理机组。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种全自动预焙阳极炭块开槽清理机组，包括控制柜、炭块输送机、炭块表面清理装置、炭块棒孔清理装置、炭块底部开槽机，炭块输送机分为A 段、B 段、C 段和D 段，所述的炭块输送机包括电机、支架、传送轮和行程开关，电机、传送轮和行程开关安装在支架上，炭块表面清理装置安装在炭块输送机A段和B段上，所述的炭块表面清理装置包括刮刀和刀具架，所述刮刀包括底部刮刀、上部刮刀、侧面刮刀、端面刮刀和棱角刮刀。
进一步地，单独的每一刮刀包括刀头架、硬质合金刀头、摆臂、刀片导向轮、刀片平衡弹簧、预紧弹簧、弹簧预紧力调节螺母，硬质合金刀头通过刀片平衡弹簧活动连接在刀头架，刀头架通过预紧弹簧和弹簧预紧力调节螺母与刀具架活动连接，通过摆臂和刀片导向轮控制刀具架的活动。
进一步地，棱角刮刀以与阳极炭块底面成45°角的方式安装在刀具架上。
进一步地，侧面刮刀和端面刮刀以垂直方式安装在刀具架上，底部刮刀和上部刮刀以水平方式安装在刀具架上。
进一步地，炭块棒孔清理装置为电动棒孔清理装置，其用来清理阳极炭块棒孔凹槽内的填充料，炭块棒孔清理装置安装在炭块输送机C 段一端。
进一步地，所述的炭块输送机C 段上安装有人工辅助翻转台，D段上安装有炭块底部开槽机。
进一步地，控制柜控制炭块输送机、炭块表面清理装置、炭块棒孔清理装置和炭块底部开槽机的运行。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明将炭块清理与炭块开槽工序整合在一部机组上完成，一部机器多种功能，提高了阳极炭块处理的自动化性，避免了阳极炭块过多的转运。
2、炭块清洁干净彻底，安装多方位刀具，能以平面、斜面或倒角对阳极炭块进行清理，清理阳极炭块的各个端面，清洁率高，完全替代人工作业。
3、刮刀与刀具架的连接采用活动连接，硬质合金刀头通过刀片平衡弹簧活动连接在刀头架，刀头架通过预紧弹簧和弹簧预紧力调节螺母与刀具架活动连接，通过摆臂和刀片导向轮控制刀具架的活动，使刮刀在一定范围内可以伸缩调整，刮刀对阳极炭块始终保持一定压力，刮刀紧贴阳极炭块工作，使清理更彻底，同时，刮刀的伸缩调整使炭块表面清理装置能够清理不同大小、不同型号的阳极炭块，增大了清理机组的应用范围。
4、预焙阳极炭块焙烧出炉后的机械清理自动化程度高，效率高，安全性好，本发明机组仅需在炭块输送机C段进行人工辅助，节约劳动成本，提高了生产效率，降低了生产成本，同时仅在后期处理时要求人工操作，工人的安全性也大大地提高了。
5、改善工作环境，实现机械化操作，操作工人可以离开工作区域一定的距离，并配以吸尘器将切削产生的粉尘排去，大大减少了环境的污染，很大程度上保护了工人的健康。
附图说明
图1 是本发明的全自动预焙阳极炭块开槽清理机组平面图。
图2 是本发明的刀架工作示意图。
图3 是本发明的刀架部件图
图4 是本发明的刀架工作原理图。
图5 是本发明的炭块翻转台示意图。
图6 是本发明的炭块棒孔清理装置示意图。
图7 是本发明的炭块底部开槽机示意图。
部件名称：
控制柜(1)、液压站(2)、除尘器(3)、填充料收集系统(4)、炭块接收翻转台(5)、推块机构1(6)、侧面及上下部刮刀(7)、推块机构2(8)、端面刮刀(9)、推块机构3(10)、棒孔清理装置(11)、人工辅助翻转台(12)、推块机构4(13)、阳极炭块开槽机(14)；刀头架(1.1) 、摆臂（1.2）、刀片导向轮（1.3）、硬质合金刀头(1.4)、刀片平衡弹簧（1.5）、预紧弹簧（1.6）、弹簧预紧力调节螺母（1.7）；刀具架（2.1），底部刮刀（2.2）、上部刮刀（2.3）、侧面刮刀(2.4) 、棱角刮刀(2.5)、填充料收集输送机(2.6)。
具体实施方式
本发明的全自动预焙阳极炭块开槽清理机组，包括控制柜1、炭块输送机、炭块表面清理装置、炭块棒孔清理装置11、炭块底部开槽机14，见附图1，炭块输送机分为A 段、B 段、C 段和D 段，所述的炭块输送机包括电机、支架、传送轮和行程开关，电机、传送轮和行程开关安装在支架上，附图1示出了由相互平行的传送轮构成的炭块输送机，阳极炭块从进入输送机到离开输送机完全由传送轮引导，由推块机构推动，传送轮沿着炭块输送机的传输路径布置，在炭块输送机的传输路径上，从附图1右侧开始的水平段为A段，与A段衔接且垂直于A段的为B段，C段与B段垂直布置，并且从右向左延伸，在C段的左端部附近与C段衔接的段构成D段，D段与C段平行，同为水平布置，在炭块输送机A段和B段上安装有炭块表面清理装置，A段的炭块表面清理装置对阳极炭块的上下表面、侧面和棱角进行清理，B段的炭块表面清理装置对阳极炭块的端面进行清理。各推块机构分别位于A 段、B 段、C 段和D 段的始端，炭块接收翻转台5位于推块机构1与炭块表面清理装置之间，棒孔清理装置11位于B端的尾部，人工辅助翻转台12位于C端末尾，阳极炭块开槽机14在D段输送机上。炭块棒孔清理装置为电动棒孔清理装置，其用来清理阳极炭块棒孔凹槽内的填充料。
参见附图4，炭块表面清理装置包括刮刀和刀具架2.1，所述刮刀包括底部刮刀2.2、上部刮刀2.3、侧面刮刀2.4、端面刮刀和棱角刮刀2.5。侧面刮刀和端面刮刀以垂直方式安装在刀具架上，底部刮刀和上部刮刀以水平方式安装在刀具架上。棱角刮刀以与阳极炭块底面成45°角的方式安装在刀具架上。每种类型的刮刀都布置为多个，在刀具架2.1的下部连接有填充料收集输送机2.6，用于对刮下来的填充料进行收集和输送。参见附图2、3，单独的每一刮刀包括刀头架1.1、硬质合金刀头1.4、摆臂1.2、刀片导向轮1.3、刀片平衡弹簧1.5、预紧弹簧1.6、弹簧预紧力调节螺母1.7，硬质合金刀头1.4通过刀片平衡弹簧1.5活动连接在刀头架1.1，使硬质合金刀头可以前后伸缩，刀头架1.1通过预紧弹簧1.6和弹簧预紧力调节螺母1.7与刀具架2.1活动连接，通过弹簧预紧力调节螺母1.7可以调整刀头作用在阳极炭块上的压力，通过摆臂1.2和刀片导向轮1.3控制刀具架的活动。由此构造的刮刀可以在多自由度内运动，使刀头与阳极炭块之间保持适当的压力，刮刀紧贴阳极炭块工作，使清理更彻底，同时，刮刀的伸缩调整使炭块表面清理装置能够清理不同大小、不同型号的阳极炭块，增大了清理机组的应用范围。
本发明的阳极炭块开槽清理机组的工作过程如下：由控制柜1控制，控制柜控制炭块输送机、炭块表面清理装置、炭块棒孔清理装置和炭块底部开槽机的运行，可实现手动、自动控制，阳极炭块的输送由各个推块机构提供动力，由限位开关控制液压站中2液压缸的行程和阳极炭块的定位，阳极炭块由行车吊装到炭块接收翻转台5，将焙烧炭块由立式翻转为卧式推移到工作平台上，由推块机构1将炭块从工作平台推移到刮刀清理装置内，经过输送机A 段炭块表面清理装置的处理，首先是炭块表面清理装置的侧面刮刀及上、下部刮刀7在刀片平衡弹簧压力的作用下分别紧贴阳极炭块的侧面工作面、上、下部工作面和棱角工作面，可根据阳极炭块的工况情况对预紧弹簧进行调节，使刮刀对阳极炭块有一定的压力，在刮刀与阳极炭块相对运动过程中对阳极炭块的侧面、上下部和棱角工作面所粘附的填充料进行自动清理；然后由推块机构2的液压缸推动炭块的侧面，使炭块沿横向进入B段的炭块清理机内，通过炭块表面清理装置端面组刮刀以同样的方式对阳极炭块端面的工作面进行自动清理，同时炭块定好位后棒孔清理装置11对炭块的棒孔进行清理，阳极炭块经过炭块表面清理装置和棒孔清理装置后其各个平面和棱角清理完毕。推块机构3将炭块推移至人工辅助翻转台12，供人工辅助清理炭块表面和棒孔内部残留的焦粉，随后将炭块翻转为棒孔朝上，由推块机构4将炭块推移至阳极炭块开槽机14，进行底部开槽，即完成整个工序。
炭块运动和刮削过程中脱落下的焦粉由填充料收集系统4进行收集、输送。该填充料收集系统共包括三条螺旋输送机，分别在刮板清理机（出口）和人工清理台（入口）的下方。清理和开槽过程的粉尘分别采用布袋除尘器3进行收集。
特别地，安装在输送机Ｂ段上的炭块棒孔清理装置设有电动的铣刀，阳极炭块传送到棒孔清理装置的清理位置时，电机带动铣刀对阳极炭块的棒孔进行清理。
本发明在输送机Ｃ段上特别设有人工辅助翻转台，所述的人工辅助翻转台包括支架、炭块固定架、翻转动力件和转轴，翻转动力件一端固定连接支架，翻转动力件的另一端通过转轴与炭块固定架铰接；所述翻转动力件是为翻转动作提供动力的部件，可以是电动推杆或者液压顶杆等；该人工辅助翻转台作用在于把人工辅助清理后的阳极炭块进行正翻，再由推块机构4将阳极炭块推移至炭块底部开槽机。
本发明的炭块底部开槽机是由锯切系统和可以带动锯切系统运动的升降系统构成，其中锯切系统是由电机、与电机通过皮带连接的锯片轴、设于锯片轴上的锯片构成，锯片轴安装在轴承座上，锯片为2片；升降系统是由可调速的升降电机、升降台等构成，可调速的升降电机带动升降台做上下运动。在为阳极炭块开直线形沟槽时，根据沟槽的高低将升降系统调整到合适的位置后，升降电机由制动器制动，锯切系统工作，在阳极炭块上开出直线形沟槽。
以上所述的炭块输送机包括电机、机架、传送轮和限位开关，电机、传送轮和限位开安装在机架上，通过电机带动传送轮的转动来传送阳极炭块，阳极炭块在传送过程中需要限制位置的地方安装有限位开关，阳极炭块在传送过程中满足限位条件时，限位开关动作限制阳极炭块的继续传送，直到阳极炭块满足继续传送条件。
以上所述的刀具架各架件之间通过螺母连接，调节连接螺母，可以调节刀具架上下、左右和前后之间的间距，刀具架上还设有刀具移动槽，可以根据阳极炭块规格调整刮刀的位置，使得本发明更能适应不同类型的阳极炭块清理。
电气控制说明：
控制柜采用自动和手动控制，在各工位都满足条件的情况下，本清理机完全实现了全自动操作。如有异常情况，可在自动控制状态下转为手动控制，按下控制柜上相应的按钮，各液压油缸可在手动时进行前进和后退。选用开关防护等级高的设备以满足现场恶劣环境的要求。在系统沿线上设有急停按钮，在紧急情况下可使系统停止运行，防止炭块冲出辊链造成事故。
应用例1 ：
2012年3月，本发明在广西某炭素制品有限公司和百色某炭素有限公司内部、小范围投入使用以来，效果显著。广西某炭素制品有限公司目前年产量为52万吨，原人工清理需要86人，现用该设备清理只用15人；百色某炭素有限公司目前年产量20万吨，原人工清理需要30人，现用该设备清理只用6人。每吨产品生产成本降低了5元以上，开槽成本也降低了10元/吨以上，极大地降低了企业的生产成本，同时有效改善了生产环境。
本发明采用全自动化机器清理粘附在预焙阳极表面及棒孔中的填充料颗粒。本全自动化预焙阳极清理机组创新在于集炭块清理与炭块底部开槽为一体，采用多层柔性刮刀，使其清理效果更彻底干净，炭块各棱角均可自动清理。刀具框架可任意调节，使其能能够适应各种规格炭块的清理；加装了棒孔清理铣盘，提高了工作效率，每小时清理和开槽能为15-20块；采用PLC微电脑控制，实现全自动控制。
Claims (1)
1.一种全自动预焙阳极炭块开槽清理机组，其特征在于：包括控制柜、炭块输送机、炭块表面清理装置、炭块棒孔清理装置、炭块底部开槽机，控制柜控制炭块输送机、炭块表面清理装置、炭块棒孔清理装置和炭块底部开槽机的运行，炭块输送机分为A 段、B 段、C 段和D段，所述的炭块输送机包括电机、支架、传送轮和行程开关，电机、传送轮和行程开关安装在支架上；炭块输送机由相互平行的所述传送轮构成，阳极炭块从进入输送机到离开输送机完全由传送轮引导，由推块机构推动，传送轮沿着炭块输送机的传输路径布置，在炭块输送机的传输路径上，右侧开始的水平段为A段，与A段衔接且垂直于A段的为B段，C段与B段垂直布置，并且从右向左延伸，在C段的左端部附近与C段衔接的段构成D段，D段与C段平行，同为水平布置；炭块表面清理装置安装在炭块输送机A段和B段上，A段的炭块表面清理装置对阳极炭块的上下表面、侧面和棱角进行清理，B段的炭块表面清理装置对阳极炭块的端面进行清理；炭块棒孔清理装置为电动棒孔清理装置（11），其用来清理阳极炭块棒孔凹槽内的填充料，炭块棒孔清理装置安装在炭块输送机C段一端、B段的尾部，所述的炭块输送机C 段上安装有人工辅助翻转台（12），D段上安装有炭块底部开槽机（14），所述的炭块表面清理装置包括刮刀和刀具架（2.1），所述刮刀包括底部刮刀（2.2）、上部刮刀（2.3）、侧面刮刀(2.4) 、端面刮刀和棱角刮刀(2.5)；每种类型的刮刀都布置为多个，在刀具架（2.1）的下部连接有填充料收集输送机（2.6），用于对刮下来的填充料进行收集和输送；棱角刮刀(2.5) 以与阳极炭块底面成45°角的方式安装在刀具架(2.1) 上；侧面刮刀（2.4）和端面刮刀以垂直方式安装在刀具架(2.1)上，底部刮刀和上部刮刀以水平方式安装在刀具架(2.1) 上；单独的每一刮刀包括刀头架(1.1) 、硬质合金刀头(1.4)、摆臂（1.2）、刀片导向轮（1.3）、刀片平衡弹簧（1.5）、预紧弹簧（1.6）、弹簧预紧力调节螺母（1.7），硬质合金刀头(1.4)通过刀片平衡弹簧（1.5）活动连接在刀头架(1.1)上，刀头架(1.1)通过预紧弹簧（1.6）和弹簧预紧力调节螺母（1.7）与刀具架（2.1）活动连接，通过摆臂（1.2）和刀片导向轮（1.3）控制刀头架的活动；
所述的刀具架各架件之间通过螺母连接，调节连接螺母，可以调节刀具架上下、左右和前后之间的间距，刀具架上还设有刀具移动槽，可以根据阳极炭块规格调整刮刀的位置；
所述全自动预焙阳极炭块开槽清理机组可实现手动和自动控制，阳极炭块的输送由各个推块机构提供动力，各推块机构分别位于A 段、B 段、C 段和D 段的始端，由推块机构1将炭块从工作平台推移到全自动预焙阳极炭块开槽清理机组内，经过输送机A 段炭块表面清理装置的处理，然后由推块机构2的液压缸推动炭块的侧面，使炭块沿横向进入B段的炭块表面清理装置内，进行清理，同时炭块定好位后炭块棒孔清理装置（11）对炭块的棒孔进行清理，阳极炭块经过炭块表面清理装置和炭块棒孔清理装置后其各个平面和棱角清理完毕；推块机构3将炭块推移至人工辅助翻转台（12），供人工辅助清理炭块表面和棒孔内部残留的焦粉，随后将炭块翻转为棒孔朝上，由推块机构4将炭块推移至炭块底部开槽机（14），进行底部开槽，即完成整个工序；
炭块运动和刮削过程中脱落下的焦粉由填充料收集系统（4）进行收集、输送，该填充料收集系统共包括三条螺旋输送机；清理和开槽过程的粉尘分别采用布袋除尘器（3）进行收集。
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