鋁電解多功能機組關鍵技術及部件的分析與研究

岳金龍++付清宇

摘 要：對電解鋁多功能機組的機組結構與關鍵技術以及關鍵部件進行了相應的研究與分析，包括電解鋁多功能機組的機組組成，載荷組合與橋梁主架等關鍵部分的分析，以期為電解鋁多功能機組的應用和推廣提供前期的研究基礎。

關鍵詞：鋁電解 多功能機組 結構組成 載荷 橋梁主架

1、引言

目前國內的電解鋁行業較為發達，在大型預焙電解槽這種高效率裝備出現之后，國內個大型的企業都紛紛將其進行引進，將其作為企業競爭最重要的設備之一，可以極大的提高企業的生產效率降低企業的生產成本。在上述背景下，需要較好的掌握電解鋁多功能機組的結構組成原理以便于更好的使其正常工作且做好相關的維護工作。目前生產電解鋁多功能機組的企業主要有法國的ECL公司、德國的NOELL 等公司，這些公司的產品不論是在產品質量還是在市場占有率上相對于其他品牌都具有很大的優勢。鋁電解多功能機組在國外相關方面的研究已經相對較為成熟，并且在指導實踐生產中得到了較為廣泛的應用。而我國對電解鋁多功能機組的研究起步相對較晚，這嚴重的阻礙了電解鋁多功能機組的研究和開發設計以及應用推廣等工作。由于涉及到我國較多的從事電解鋁行業的企業，因而加強對電解鋁多功能機組的相關的研究可以在很大程度上促進電解鋁多功能機組的應用推廣，提高整個行業的生產效率。通過對電解鋁多功能機組的結構與功能和相關工作原理的研究能夠在很大程度上促進相關科研人員結合本國本企業的實際情況對上述機組進行改進提高企業的生產效率降低生產成本，提高企業的核心市場競爭力。

2、鋁電解多功能機組結構

鋁電解多功能機組的大車一般采用的箱軌雙梁橋架結構。主梁和端梁之間通過銷軸進行定位，且采用高強度的螺栓進行連接，不僅連接性能好且裝配也十分的方便。運行采用的6輪支撐，雙邊單向驅動，采用的是三合一的減速器；并且具有懸掛緩沖裝置，車輪采用的是垂直輪加水平輪導向的方式。并且還具有預防脫軌的預防措施。大車主要以下的主要組成部分：包括運行機構和橋架以及絕緣葫蘆和各種供氣裝置等。在電解鋁多功能機組中，工具小車是其核心組成部分，一些關鍵的處理裝置都安裝在工具小車上，工具小車采用的單輪支撐雙邊單項驅動方式，其采用的也是三合一的減速器；并且沒有相應的緩沖裝置，車輪也是采用的6輪支撐，雙邊單項驅動的方式，具有運行平穩較為安靜的特點。并且為了更加安全還安裝了預防脫軌的裝置。一般將出鋁小車側掛在主梁之上，并且采用三合一的減速電機驅動方式，沿著主梁軌道運行。防磁吊鉤與卷筒通過滑輪組進行連接，以活動吊鉤—導輪這種方式在垂直導架上進行運動，通過卷揚系統驅動吊鉤上下運動。

3、鋁電解多功能機組高壓關鍵部件

3.1載荷結構與組合

在電解鋁的過程中，鋁電解多功能機組所涉及到的工序比較繁多，載荷設計也相對較為復雜。要結合機組實際運行的工況，來對機組運行的載荷組合進行分析。在無風工作狀態下的載荷組合：在機組處于正常工作的狀態下，小車處于無約束的情況下會將出鋁小車抬升。用于多功能機組的小車起升機構，需要對要熔煉的金屬進行熔煉，需要具有較高的安全性，應該極少出現甚至是不出現突然的卸載情況，在打擊殼進行打擊作業的時候，會出現相應的沖擊載荷。使得在正常工作的情況下，出鋁小車會被抬升。在小車抬升的過程中，存在著許多的剛性的載架，所以需要考慮真空鋁抬包以及其中鋁液的重量。在正常運作的過程中，這個時候鋁多功能機組會直接在軌道上正常運行，尤其是在軌道運行連接處所受到的載荷。如果在較為特殊的載荷情況下，且沒有工作狀態約束的情況下，鋁電解多功能機組可以對真空抬鋁包進行迅速的提升。這個時候車間的溫度在—10℃～+60℃，可以忽略對溫度的影響。根據鋁電解多功能機組的相關的操作規范，在動態運作的過程中，實驗中起升的載荷是正常工作狀態下載荷的1.1倍，在實驗中要對工具小車、出鋁小車、電動葫蘆進行聯動。由于出鋁小車的起升裝置中存在剛性導架，并且考慮到了真空鋁抬包以及其中鋁液的重量，在額定的起升狀態下，同時要考慮到緩沖碰撞所引起的載荷，同時需要考慮傾翻水平力所引起的載荷。在上述額定的載荷狀態下，要針對各種可能出現的不同工況來對上述載荷進行分析。重點是考慮抬升包以及其內部的液體的重量，要考慮大小運行機構同時失效的情況下載荷的變化。而不考慮由于外部的不可控因素所引起的載荷的變化，以及在安裝和拆卸過程中所引起的載荷的變化。

3.2橋架主梁

在雙梁橋架中主梁的寬度相對較大，難以對其進行網格劃分，通過對結果的質量和實際情況的分析，難以將其作為實體進行建模，因而采用面單元進行建模的方式來對其進行分析，其中主要的材料部分為Q345，忽略其他組成部分的材料組成，可以將材料屬性均定義為Q345。在溫度恒定的情況下，鋼材的應力應變曲線隨著溫度的升高而會發生相應的變化，在溫度較高的情況下其彈性塑性性質將會變得十分的明顯，在對其進行分析的過程中需要考慮到這種特性，材料的參數如下表所示：

在所建立的模型中，其中鋼板厚度的最小值為14毫米，在進行網格參數確定的過程中按照標準的網格來進行相關參數的設置。所設置單元個數為19252個，其中節點數一共有39841個。通過仿真分析所得到的分析結果與實際的情況存在一定的差距，尤其是對于約束附近的相關計算結果，通過對所有的單元進行相關的圖表統計可以得到如下表所示的結果：

從上數的分析結果來看在三梁橋架結構中，主梁I受力較為均勻而梯度較小，對材料的利用相對較為合理。但是在雙梁橋架中主梁的受力增加，應力也會在一定程度上增加，然而也在可承受的范圍內。對于形變的統計結果來看與工況基本符合，出鋁小車的一側垂直方向上的位移較大而水平方向上的位移同時也較大。安全系數對應著材料的屈服，當安全系數大于1的時候，說明材料沒有出現屈服的現象，當安全系數等于1的時候同樣沒有出現屈服，當安全系數大于1.5的時候在連接處出現了稍微偏離實際情況的安全系數，但是從整體上來看安全系數的分布還是較為均勻也就是設計相對較為合理，能夠有效的利用材料本身的性能。

4、結語

通過對鋁電解多功能機組的研究，可以填補我國在相關領域內的研究空白，增加我國在相關方面的理論與技術的積累，為多功能電解鋁機組在我國企業中的應用和推廣奠定扎實研究基礎，為保障電解鋁多功能機組的正常的運行以及后期的維護提供技術保障。

參考文獻

[1]張云偉. 新型鋁電解多功能機組的改進設計[J]. 有色設備. 2009（05）

[2]高忠江. 鋁電解多功能機組大車車輪接觸疲勞強度的簡化計算及應用[J]. 有色礦冶. 2009（04）