CN112760680A - 一种可变行程打壳气缸 - Google Patents
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Classifications
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- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
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- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/14—Devices for feeding or crust breaking
Abstract
一种可变行程打壳气缸是指在传统铝电解槽上使用的打壳下料系统，其中打壳深度可以随着电解槽内融体总高而变化，实现智能控制。从而使锤头打入电解质（甚至铝液）减小，避免长包和锤头过分磨损和热腐蚀。当锤头由于长期使用变短时，可通过自动增加打击深度，确保有效打入槽内锤头深度。
Description
技术领域
有色金属冶金。
背景技术
中国电解铝行业产铝占到全球50%左右，已有产能近3500万吨。但是国内外未充分对电解槽关键设备打壳气缸进行研究。传统打壳气缸主要采用全程打壳方式进行，控制较长的打壳时间保证气缸可打壳到位。这样造成气缸打壳锤头易粘包、热侵蚀和磨损。进而导致如下问题：电解槽巡视人员工作量大；粘长造成料下易直接下到槽熔体中，引发效应；下料口散热大且阳极氧化严重；锤头寿命短等问题。如果能够使电解槽的打壳锤头可以随电解质液面高度准确变化，那将有效解决上述问题。将产生革命性技术变革。
近几年中国掀起了电解槽智能打壳下料系统研究热潮，但是主要集中在如下几个方面的原理应用，起到效果可靠性差。a. 采集电解槽内核体对地电压（或电流），博一力士乐为代表；b. 安装压力传感器或压力开关检测气缸气动特征进行控制；c. 采用在端盖安装固定行程开关方式进行定行程控制。以上技术中，a类理论上可检测到锤头接触电解质或铝液，但由于现场无法保证理想状况，故检测可靠性无法满足生产使用要求；b类技术中可以通过压力曲线变化或压力开关特征点进行气缸运行特征判断，压力开关需结合端盖机械阀进行运行到底断定。c类直接在气缸端盖安装开关阀，可以判定打击气缸到位情况。在此基础上，结合时间和其他信号进行大致判断控制。以上方式均无法实现打击锤头随电解质液面高度的准确调节。
发明内容
本专利主要应用于铝电解槽上部打壳下料系统改造和新建，硬件由专用流量计和带压力传感器的气缸、电路控制板等硬件和软件控制部分构成。相关技术的应用，会使传统打壳下料系统长包率降低80%以上、堵料率降低80%以上、打壳锤头寿命延长3~6倍。技术效果非常明显。
对于电解槽上打壳下料系统，通常有3-10个打壳下料系统装置，可以每槽安装1-10个专用流量传感器（典型值1-3个），每个打壳气缸安装上腔和下腔压力传感器各1个，也可仅安装上腔压力传感器。将电解槽槽打壳下料控制信号、气缸压力传感器信号、专用流量计信号等全部引入控制板。
控制每个流量计所承担打壳气缸进行单独运作时，可以实现气行程的精准控制。依据理想气体相关方程可知：打壳气缸打壳行程计算公式：打壳气缸深度h0=4*流量计流量/π*D2*(上腔压力传感器值)，回程时打壳深度判定：h0-h= 4*流量计数值/πD 2(下腔压力传感器)，打壳深度自适应调整：按照现场控制要求，将气缸下部300mm行程设置为10等分，每等分30mm;通过打击头进行自适应调节锤头深度。当出现出缸泄漏问题，上述计算将产生偏差，故采用泄漏检测技术来判定气缸的泄漏。可以通过如下方式进行：下腔全压泄漏检测，回程后下腔到系统压强时计量流量计，得出下腔全压泄漏数据；上腔全压泄漏检测，打壳时将上腔压力达系统压力，此时检测流量计数据为上腔全压泄漏值。此数据可用于报警检修或进行行程修正。
当检测到锤头粘包后，气缸打击深度向上20mm,在一小时内，向上调节不超过60mm.当检测到锤头堵料后，每次向下20mm。在2个小时为不超过60mm.当在某点打壳气缸进行打壳时，连续采集此动作流量计累计流量和此时压力传感器数值。进行打壳深度计算。达到上次正常打壳深度时，由控制系统发出指令进行气缸回程电磁阀动作。当气缸回程时，计算回程流量计累积流量和时间的斜率。在达最高点前，斜率比正常斜率超过10%以上时，考虑将上次基准打壳深度设定减小一个单位（设定10mm~60mm范围内数值）。类似，在打壳气缸未打到底时，上腔压力传感器斜率超过正常值50%以上（或斜率压力值达系统最大值），我们进入堵料控制模式，并且在转入正常后将堵料前基准打壳深度增加一个单位（设定10mm~60mm范围内数值）。每次调节打壳深度单位据现场进行调整或变更控制策略。不在本专利讨论范围。
案例1：其电解槽系列。有6个打壳气缸和6个氧化铝下料气缸和2个氟化铝下料气缸。有1路气源总管负责供给槽上各下料气缸用气。气源总管安装流量计，每个打壳气缸在上下腔安装有压力传）可节约出1根管源{（1）.改单作用缸上弹簧小力（2）.用2位4通感器，所有气缸通过电磁阀阀组进行控制，电控箱采用单片机结构，将电解槽槽控箱打壳下料信号、12路压力传感器信号、流量计信号等引入。通过相关控制运算进行打壳下料动作执行。
案例2：某电解系列每个电解槽有4个打壳气缸和4个氧化铝下料气缸，有2个氟化铝下料气缸。原氧化铝、氟化铝通过气控箱中电控2位4通阀控制。现改为电磁开关（截止）阀通过控制气控制槽上气控2位4通阀进行下料，下料气缸主气源由主气源管路接入。原打壳气缸由在气控箱电磁开关（截止）阀通过控制气对槽上打壳气缸上2位5通气控阀进行控制，现改为单点进行控制。将每个打壳气缸间动作时间隔开，并且和下料气缸动作时间隔开。这样对于对流量计和打壳气缸上压力传感器数据以及槽控机打壳信号等在控制板中进行计算，可以对打壳进行位置进行调整。
案例3：某电解系列电解槽7个打壳气缸和7个氧化铝下料气缸、1个氟化铝下料气缸。在主气管安装流量计，和流量计并联安装电控截止阀。当实现单点打壳下料情况下截止阀关闭，当实现多点打壳时，可以通过电控箱打开截止阀。
案例4：某电解系列电解槽有8个打壳气缸，8个氧化铝下料气缸，2个氧化铝下料气缸，采用2路单独供气主气源。每路主气源安装流量计1个，负担4个打壳气缸和4个氧化铝下料气缸和1个氟化铝下料气缸。采用气缸阀头、电磁阀进行运作控制。每个打壳气缸上腔安装压力传感器，8路压力传感器信号和2路流量计信号引入电控箱中。电控箱对8个打壳气缸和8个氧化铝下料气缸和2个氟化铝下料气缸的控制。对打壳气缸进行打壳气缸精准打击控制并进行自适应高度调节，确保无长包和堵料发生。
Claims (7)
1.针对铝电解槽打壳气缸进行打壳深度的精准控制和自动调节深度控制,其硬件构成特征项为：电解槽上打壳气源安装特种流量计，在每个打壳气缸上安装上腔和下腔压力传感器，采用气缸控制用电磁阀阀组（气缸端盖集成或分体）、每个槽上安装电气控制箱进行打壳下料信号、压力传感器信号、流量计信号的采集和运算输出打壳锤头的自适应高度调节等执行动作。
2.根据权利要求1所述，电气控制箱进行打壳下料信号、压力传感器信号、流量计信号的采集和运算输出打壳锤头的自适应高度调节等执行动作，其中打壳锤头的自适应高度调节特征项为：打壳气缸其打壳深度计算和控制方法为：打壳气缸深度h0=4*流量计流量/π*D2*(上腔压力传感器值)。
3.根据权利要求1所述，电气控制箱进行打壳下料信号、压力传感器信号、流量计信号的采集和运算输出打壳锤头的自适应高度调节等执行动作，其中打壳锤头的自适应高度调节特征项为：打壳气缸返回行程高度计算控制方法为：回程打壳气缸深度h=打壳气缸深度h0-4*流量计流量/π*D2*(上腔压力传感器值)。
4.根据权利要求1所述，电气控制箱进行打壳下料信号、压力传感器信号、流量计信号的采集和运算输出打壳锤头的自适应高度调节等执行动作，其中打壳锤头的自适应高度调节特征项为：按照现场控制要求，将气缸行程分为5mm~150mm间距等分，典型值10mm~60mm间距等分,将气缸起始值设定为某一打壳深度值;通过检测打壳气缸下腔压力变化斜率（或流量时间变化斜率）进行自适应调节锤头深度,当斜率超过正常平均斜率10%以上时，进行上调打击深度做为基准打击深度,具体超过斜率值和上调深度值据实际确定。
5.根据权利要求1所述，电气控制箱进行打壳下料信号、压力传感器信号、流量计信号的采集和运算输出打壳锤头的自适应高度调节等执行动作，其中打壳锤头的自适应高度调节特征项为：按照现场控制要求，将气缸行程分为5mm~150mm间距等分，典型值10mm~60mm间距等分，将气缸起始值设定为某一打壳深度值;通过检测打壳气缸上腔压力变化斜率（或上腔流量时间变化斜率）进行自适应调节锤头深度，当某位置斜率超过正常平均斜率50%以上时，进行下调打击深度做为基准打击深度并进行堵料相关程序控制，具体超过斜率值和下调打击深度据实际确定。
6.根据权利要求1所述，在每个打壳气缸上安装上腔和下腔压力传感器，可能出现降低性能的简化，其特征项为：仅在上腔安装压力传感器，取消下腔传感器，可以实现专利权2和5中功能；专利权3中精准定位功能取消，专利权4中采用下腔流量时间变化斜率进行调节。
7.根据权利要求1所述，每个槽上安装电气控制箱进行打壳下料信号、压力传感器信号、流量计信号的采集和运算输出打壳锤头的自适应高度调节等执行动作，其中电气控制箱可以是单片机、PLC等为核心的运算控制单元，可以单独做成控制箱、也可将功能集成在槽控箱中、还可以通过嵌入式系统结构和气控柜或阀块整合成一体。
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