三層液精鋁生產(chǎn)中臨時(shí)斷電裝置的改進(jìn)

柳世紅 楊光輝 趙 磊

（1.山西昇運(yùn)有色金屬有限公司 山西運(yùn)城 2.內(nèi)蒙古新長江礦業(yè)投資有限公司 內(nèi)蒙古鄂爾多斯）

精鋁指的是鋁純度一般為99.95～99.996%的產(chǎn)品，因?yàn)榫哂泻芎玫膶?dǎo)電性、可塑性、光反射性、延展性和耐腐蝕性以及極低的導(dǎo)磁性，使其在以高科技為主導(dǎo)的當(dāng)今社會里具有廣泛的應(yīng)用，尤其在電子、能源、交通、汽車、計(jì)算機(jī)、航天等工業(yè)和科技領(lǐng)域更受青睞。目前，工業(yè)生產(chǎn)精鋁主要有三層液電解法和偏析熔煉法兩種工藝，具初步統(tǒng)計(jì)，止2013年上半年，我國精鋁總生產(chǎn)能力達(dá)到13萬噸，其中11萬噸生產(chǎn)都是采用三層液電解法工藝。

一、問題

1.三層液精鋁正常生產(chǎn)過程需要隨時(shí)斷電

目前國內(nèi)三層液精鋁正常生產(chǎn)都用固體精鋁作電極導(dǎo)電，電極剛剛與精鋁液面接觸，不浸入精鋁液內(nèi)，理論只起導(dǎo)電作用。在生產(chǎn)過程中，精鋁電極底掌會被氧化，形成Al2O3膜，也會附著一層揮發(fā)的電解質(zhì)渣，隨著使用時(shí)間的延長，Al2O3膜和渣層也越來越厚，電極底掌與精鋁液間電阻會增大，之間的電壓降也會隨之增大，到一定程度時(shí)就會在電極底掌的某點(diǎn)發(fā)生放電現(xiàn)象，這一現(xiàn)象在精鋁生產(chǎn)中稱為“打火”，“打火”現(xiàn)象一旦發(fā)生，會不同程度的影響精鋁液質(zhì)量，此時(shí)必須立即對該精鋁槽斷電，對精鋁電極底掌進(jìn)行清理或更換電極，然后再通電。為避免“打火”現(xiàn)象發(fā)生，實(shí)際生產(chǎn)過程中過一段時(shí)間根據(jù)實(shí)際情況對電極底掌進(jìn)行清理或更換新電極。

三層液精鋁槽槽底部大母線上都設(shè)計(jì)有短路口，供停槽大修或異常情況時(shí)較長時(shí)間斷電使用，除有此短路口外，在其立柱母線上還安裝有臨時(shí)斷電裝置，以便在生產(chǎn)過程中隨時(shí)短時(shí)間斷電使用。

2.目前三層液精鋁生產(chǎn)中的類型及特點(diǎn)

目前國內(nèi)三層液精鋁生產(chǎn)中臨時(shí)斷電裝置有兩種類型，一種是偏心輪結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中能實(shí)現(xiàn)短路口的快速閉合和斷開，達(dá)到精鋁槽快速斷電的目的，但是偏心輪結(jié)構(gòu)運(yùn)行不夠平穩(wěn)，壓力不夠，斷電后短路口電壓降較高（＞300 mV），且閉合后自鎖性差；另一種臨時(shí)斷電裝置是純絲杠結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，壓力足夠，斷電后短路口電壓降較低，閉合后自鎖性較好，其不足是機(jī)構(gòu)的閉合和斷開的速度不夠迅速，難以保證各處短路口接觸面快速閉合、分離，分離時(shí)短路口接觸面容易產(chǎn)生較大的火花，對接面損傷較大。

二、改造方案及實(shí)施

臨時(shí)斷電裝置（圖1、圖2）包括位于精鋁槽立柱鋁母線一側(cè)的臨時(shí)鋁塊，該鋁塊與精鋁槽立柱鋁母線另一側(cè)的底座用夾緊螺栓固定在立柱鋁母線上，在底座與鋁母線間隔有絕緣層；鋁母線塊內(nèi)側(cè)是臨時(shí)鋁板，外側(cè)是與前座焊接在一起的導(dǎo)向滑板，導(dǎo)向滑板、臨時(shí)鋁板和鋁母線塊用螺栓固定在一起，導(dǎo)向滑板與鋁母線塊間隔有絕緣層；連桿軸與軸芯把前座通過軸銷和棘輪機(jī)構(gòu)連接起來，棘輪機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)軸固定，轉(zhuǎn)軸在手柄的作用下帶動棘輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，軸銷可沿著棘輪機(jī)構(gòu)上的曲線孔移動，帶動軸芯和連桿軸直線移動，從而使臨時(shí)鋁板與臨時(shí)鋁塊接觸或分離，達(dá)到精鋁槽短路口打開和閉合的目的。在整個(gè)操作過程中，導(dǎo)向滑板沿著左右連板水平滑動，確保鋁母線塊水平移動，支撐板、左右連板和后座整體固定在一起，起固定和支架作用。

在精鋁槽正常生產(chǎn)時(shí)，臨時(shí)鋁塊與臨時(shí)鋁板是相互分開的，之間插有絕緣板，當(dāng)精鋁槽需要清理電極底掌或測量“三層”高度等正常生產(chǎn)操作時(shí)，先抽出臨時(shí)鋁塊與臨時(shí)鋁板間的絕緣板，然后轉(zhuǎn)動手柄，帶動棘輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，軸銷沿著棘輪機(jī)構(gòu)上的曲線孔滑動，依次帶動連桿軸、軸芯、前座、鋁母線塊和臨時(shí)鋁板向臨時(shí)鋁塊方向移動，迅速使臨時(shí)鋁板和臨時(shí)鋁塊充分接觸，達(dá)到系列不停電的情況下該精鋁槽斷電的目的。等各項(xiàng)生產(chǎn)操作完成后，再反方向操作手柄，使臨時(shí)鋁板與臨時(shí)鋁塊迅速分離，插上絕緣板，精鋁槽又恢復(fù)通電。

圖1 臨時(shí)斷電裝置結(jié)構(gòu)主視圖

圖2 臨時(shí)斷電裝置結(jié)構(gòu)俯視圖

三、應(yīng)用效果

改造后的臨時(shí)斷電裝置實(shí)現(xiàn)了精鋁槽平穩(wěn)快速斷電的操作，克服了絲杠結(jié)構(gòu)在操作速度較慢而凸輪結(jié)構(gòu)運(yùn)行不穩(wěn)定及在閉合后自鎖性差的缺點(diǎn)，斷電后短路口的電壓降＜200 mV，操作安全可靠，滿足了三層液精鋁實(shí)際生產(chǎn)需求。

在目前精鋁生產(chǎn)中臨時(shí)斷電裝置的應(yīng)用中，由于采用人工操作方式，幾個(gè)操作點(diǎn)的操作步調(diào)存在時(shí)間差，造成短路口瞬間放電打火花現(xiàn)象，容易損壞短路口接觸面，如果在生產(chǎn)現(xiàn)場允許的情況下，能采用自動控制系統(tǒng)同時(shí)完成短路口的開合，避免放電現(xiàn)象發(fā)生，將會使操作更安全，設(shè)備使用壽命更長。