CN108330509A - 铝电解槽全智能打壳系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝电解槽全智能打壳系统。包括电解槽、槽控机、打壳气缸及控制单元，所述的打壳气缸包括气缸连杆、打壳锤头、电磁换向阀及压力传感器，在打壳气缸上设置有可检测其运动行程的位移传感器；该系统中还设置有结壳监测装置及液位监测装置；位移传感器、结壳监测装置及液位监测装置分别与控制单元相连接。本发明创造能较好的解决上述问题，从而降低企业人力成本，打壳气缸及其附件至少延长使用寿命6倍；采用非接触式传感器与锤头不侵入电解液中，大幅度提高铝液质量；节能降耗与经济效益效果显著，属于对环境友好型智能发明。

Description

铝电解槽全智能打壳系统

技术领域

本发明属于铝电解技术领域，具体涉及一种铝电解槽全智能打壳系统。

背景技术

铝电解行业采用大型预焙槽进行电解生产，原料氧化铝粉在预焙槽中间部位由槽控机控制有序下料，每次下料前让打壳气缸进行全行程打壳（锤头侵入电解槽底部），即在预焙槽中间上部的封盖上打一个孔（俗称火眼）用于加料，打通后即开始下料。下料器不断加入的氧化铝粉，电解质液面容易形成结壳，或者锤头受高温影响频繁粘包，粘包过大堵死加料孔。为保证其电解铝的连续稳定生产，多数企业采取“打壳气缸＋人工处理”的方式。电解槽上部的打壳装置是铝电解行业生产的主要装置，打壳装置能否连续稳定运行与铝液质量与生产成本息息相关，由于锤头不断的侵入近1000℃高温电解液中，因此，此方式存在两大弊端。

首先，因无法调整锤头侵入电解质中深度，使得锤头始终处于高温状态，从而导致合金锤头老化极快，使用寿命最长在3个月左右，进而影响铝液的纯度与质量。虽有个别企业使用三位五通阀进行气缸行程改进，但存在不稳定或技术不成熟，故此问题没有得到彻底解决。

其次，锤头高温导致粘包率高居不下，大大增加了人工打壳的概率与劳动强度，车间都配备大量打壳与巡检人员，且影响生产效率、增加企业的安全生产负担。受高温与现有工艺技术流程限制，打壳气缸成为消耗品，气缸的损坏率较高，不少气缸制造商常年安排专人（或在客户当地建立售后服务机构）负责设备维护与检修。

近年来，相关企业研发自动化气缸并在企业试用，但是由于其检测原理受生产工艺流程影响，导致其产品不能稳定连续生产，勉强属于自动化水平，未达到智能识别与应用，没有发挥自动化设备应有的水平与经济效益，智能化更是无从谈起。

因此，在目前的现有技术中需要双方投入大量的人力、设备、财力等资源性成本，以维持车间正常生产。

发明内容

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为提供一种铝电解槽全智能打壳系统，包括电解槽、槽控机、打壳气缸及控制单元，所述的打壳气缸包括气缸连杆、打壳锤头、电磁换向阀及压力传感器，其特征在于，在打壳气缸上设置有可检测其运动行程的位移传感器；该系统中还设置有结壳监测装置及液位监测装置；所述的位移传感器、结壳监测装置及液位监测装置分别与控制单元相连接。

优选的，上述技术方案所提及的液位监测装置设置在电解槽的槽盖上，结壳监测装置设置在电解槽的槽盖上或电解槽的衔架上。

上述技术方案所提及的位移传感器可优先选用直线位移传感器、激光测距、编码器、电子计米器或自同步条形码光电位移传感器；液位监测装置可以采用激光铝水液位计、熔融铝液位测量仪或喇叭天线雷达料位计；结壳监测装置为红外温度传感器。

一种利用上述技术方案一种铝电解槽全智能打壳系统的铝电解槽打壳方法，该方法包括如下步骤：

（1）设备开机，控制单元开始工作，液位监测装置与结壳监测装置实时监测电解槽液面的高度与加料孔是否结壳，并将结果数据显示在显示屏上；

（2）如果结壳监测的结果显示未结壳，则控制单元向槽控机反馈可以下料；反之，若果监测结果显示已经结壳，则控制单元向各个打壳气缸下达打壳指令；

（3）依据控制单元的控制指令，选择高压气源，打壳气缸带动锤头下行，根据液位监测的结果，位移传感器实时监测气缸连杆的行程，使得当锤头到达电解液液面时即停止，然后气缸反向动作，缩回到初始状态；

（4）根据结壳监测装置传回的监测结果判断是否打壳成功，如果打壳成功，则控制单元向槽控机反馈可以下料；若果打壳未成功，则控制单元根据气源压力值判定是否启动增压器，待气源压力值达到预设压力后进入高压打壳；

（5）如果打壳仍不成功，故障气缸位自动进入手动模式并发出声光报警，工作人员可依现场情况选择加压手动补打或单缸停止。

本发明所取得的有益技术效果为：

现有方案，打壳气缸与锤头工作频率50次/h左右，本方案1～5次/h；延长气缸寿命6～8倍，极大的缓解与节约企业压缩空气的能耗；

现有方案，打壳锤头全部侵入电解槽(30～50cm)，本方案仅侵入电解槽0～3cm；延长锤头寿命6～8倍；大幅度减少粘包率，提高铝液质量。

现有方案，按1公里长度的电解铝车间需18名打壳员工，本方案只需3名员工，大大节约企业人力成本与降低了安全生产风险隐患；

本方案可显著节约氧化铝粉原料成本，降低车间内打壳气缸运行噪音频次。

附图说明

图1为本发明的系统原理图。

图2为本发明的系统工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1所示，为本发明的系统原理图。包括电解槽、槽控机、打壳气缸及控制单元，所述的打壳气缸包括气缸连杆、打壳锤头、电磁换向阀及压力传感器，在打壳气缸上设置有可检测其运动行程的位移传感器；该系统中还设置有结壳监测装置及液位监测装置，液位监测装置设置在电解槽的槽盖上，结壳监测装置设置在电解槽的槽盖上或衔架上；位移传感器、结壳监测装置及液位监测装置分别与控制单元相连接。

本技术方案所提及的位移传感器可根据使用目的及现场工况环境选用直线位移传感器、激光测距传感器、编码器、电子计米器或自同步条形码光电位移传感器。直线位移传感器（如：拉线位移传感器、编码器）及激光测距传感器可设置于打壳气缸的内部，既不会影响气缸的正常工作，也可保护传感器免受恶劣工况环境的影响，从而延长使用寿命；电子计米器或自同步条形码光电位移传感器可设置于打壳气缸的外部打壳连杆上（需定制）。其他类型的传感器也可根据现场的要求设置于气缸的不同的位置。位移传感器通过控制单元（如PLC）读取并控制气缸行程，使气缸全行程完全可控（可精确至厘米级），从而促使打壳锤头不侵入或小部分侵入电解液中，大幅度降低锤头工作与非工作时的温度，延长锤头使用寿命;降低粘包率;提高铝液纯度与质量。

液位监测装置可根据使用目的及现场工况环境选用激光铝水液位计、熔融铝液位测量仪或喇叭天线雷达料位计，可设置在电解槽的槽盖上，实时监控电解槽液位变化，将数据实时传入控制单元，进行相应的智能运算，根据电解槽内液面的不断变化，实时调整打壳锤头行程（锤头仅到达电解质液面），通过电磁换向阀与压力传感器控制高压气体完成打壳动作，确保锤头不进入或者少进入高温电解质中，降低打壳气缸的温度，延长打壳气缸使用寿命。

由于液态铝与固态（含粉末状）铝温度、颜色分化非常明显，电解铝槽加入氧化铝粉瞬间温差相对稳定的范围内。故结壳监测装置（即加料孔（火眼）识别装置）采用红外温度传感器，设置于电解槽的槽盖上或电解槽的衔架上，实时在线识别加料孔是否结壳与堵料，根据识别装置传输的数据经PLC运算结果，确定下料前是否需要打壳气缸进行打壳。使打壳锤头远离高温，使控制方法更优化，气缸与锤头使用寿命延长几倍。

如图2所示，为本发明的系统工作流程图。包括如下步骤：

（1）设备开机，控制单元开始工作，液位监测装置与结壳监测装置实时监测电解槽液面的高度与加料孔是否结壳，并将结果数据显示在显示屏上；

（2）如果结壳监测的结果显示未结壳，则控制单元向槽控机反馈可以下料；反之，若果监测结果显示已经结壳，则控制单元向各个打壳气缸下达打壳指令；

（3）依据控制单元的控制指令，电磁换向阀打开，使得高压气源（2bar）进入气缸上部，打壳气缸带动锤头下行，根据液位监测的结果，位移传感器实时监测气缸连杆的行程，使得当锤头到达电解液液面时即停止，然后电磁阀换向阀立即反方向动作，高压气源2bar缩进入气缸下部，气缸连杆带动锤头快速上行，直至气缸回缩至初始状态，进入待机状态；

（4）根据结壳监测装置传回的监测结果判断是否打壳成功，如果打壳成功，则控制单元向槽控机反馈可以下料；若果打壳未成功，气缸立即进入二次加压打壳模式，控制单元根据气源压力值判定是否启动增压器，待气源压力值达到预设压力（6bar）后进入高压打壳；

（5）如果打壳仍不成功，故障气缸位自动进入手动模式并发出声光报警，工作人员可依现场情况选择加压手动补打或单缸停止。

打壳是否成功以气缸行程是否与液面高度数据相符为准，因更换锤头导致锤头长短不一致时，可在触摸屏上液位数据上增加或减少每个气缸行程数据。系统会根据锤头老化数据，定时自动更新。

此方案涉及检测装置与传感器因避免现场环境恶劣（强磁场，高温与粉尘）造成的数据偏差而实施的风冷，水冷，多种屏蔽与保护电器附件正常工作的方式未详细陈述。

本发明可与现行技术上改进，也可以双模式同时在一个电解槽上，用户可根据实际需要选择手动、自动、智能方式运行。

本方案可依据不同的气缸设备制造商和车间现场条件，更换不同的检测传感器类型，可在原理不变的情况下，组合出不少于3套实施方式，本文不赘述。

以上实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (6)

1.铝电解槽全智能打壳系统，包括电解槽、槽控机、打壳气缸及控制单元，所述的打壳气缸包括气缸连杆、打壳锤头、电磁换向阀及压力传感器，其特征在于，在打壳气缸上设置有可检测其运动行程的位移传感器；该系统中还设置有结壳监测装置及液位监测装置；所述的位移传感器、结壳监测装置及液位监测装置分别与控制单元相连接。

2.如权利要求1所述的铝电解槽全智能打壳系统，其特征在于，所述的液位监测装置设置在电解槽的槽盖上，结壳监测装置设置在电解槽的槽盖上或电解槽的衔架上。

3.如权利要求1所述的铝电解槽全智能打壳系统，其特征在于，所述的位移传感器可以采用直线位移传感器、激光测距、编码器、电子计米器或自同步条形码光电位移传感器。

4.如权利要求1所述的铝电解槽全智能打壳系统，其特征在于，所述的液位监测装置可以采用激光铝水液位计、熔融铝液位测量仪或喇叭天线雷达料位计。

5.如权利要求1所述的铝电解槽全智能打壳系统，其特征在于，所述的结壳监测装置为红外温度传感器。

6.一种利用如权利要求1所述的铝电解槽全智能打壳系统的电解槽打壳方法：其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）设备开机，控制单元开始工作，液位监测装置与结壳监测装置实时监测电解槽液面的高度与加料孔是否结壳，并将结果数据显示在显示屏上；

（2）如果结壳监测的结果显示未结壳，则控制单元向槽控机反馈可以下料；反之，若果监测结果显示已经结壳，则控制单元向各个打壳气缸下达打壳指令；

（3）依据控制单元的控制指令，选择高压气源，打壳气缸带动锤头下行，根据液位监测的结果，位移传感器实时监测气缸连杆的行程，使得当锤头到达电解液液面时即停止，然后气缸反向动作，缩回到初始状态；

（4）根据结壳监测装置传回的监测结果判断是否打壳成功，如果打壳成功，则控制单元向槽控机反馈可以下料；若果打壳未成功，则控制单元根据气源压力值判定是否启动增压器，待气源压力值达到预设压力后进入高压打壳；

（5）如果打壳仍不成功，故障气缸位自动进入手动模式并发出声光报警，工作人员可依现场情况选择加压手动补打或单缸停止。