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真空抬包機設計

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更新時間：2014-12-22
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真空抬包機設計
前言
眾所周知，鋁資源是鋁業乃至國家鋁工業的生存之基本和發展之本。是中國鋁業如何實現鋁礦資源持續穩定供應，是中圍鋁工業在市場競爭中求得生存并實現可持續發展必須要解決的重大課題。我國氧化鋁工業的產量山l999年的146．1萬噸增至2004年的700萬噸，午均增幅為27．08％。但是，隨著國內新建氧化鋁企業生產能力的不斷釋放，市場競爭同趨激烈。自中國加入世界貿易組織后，逐漸實現了貿易白由化，進口氧化鋁隨著關稅的逐步降低，配額等數量限制措施的消除都導致我國氧化鋁企業受到國外氧化鋁企業的沖擊。隨著氧化鋁生產能力的提高，鋁土礦一氧化鋁一電解鋁產業鏈中的瓶頸逐漸向鋁土礦轉移。在氧化鋁的產量規模方面，我國一直遵循穩步提高的原則。但近幾年來，我國氧化鋁的增長速度明顯加快。2000~2004年，氧化鋁產量從432萬噸增長到700萬噸，年均增幅為12．3％，但是仍然難以滿足鋁業的要求，因此，從2001年開始，我圍氧化鋁進口量每年都以100萬噸的速度遞增。2004年我國共進口587萬噸氧化鋁，達到當年同內氧化銷產茸的83％，是當年國內氧化鋁需求的45％，比2000年我國進口氧化鋁188萬噸增張399萬噸，累計增加2l3％。但是隨著我國氧化鋁產量的逐漸提高，氧化鋁進口增幅正在下降。2006年前5 個月我國氧化鋁產量98.8萬噸，同比增長49．33％，其中非中鋁公司，產量為98．8萬噸，同比增長67．8％。同期氧化鋁進口量278萬噸，同比下降8．52％，特別自3月份
以來，連續3個月出現口氧化鋁負增長。與此同時，中國氧化鋁的出口量在不斷增加。有報告顯示，中圍將在2008年成為氧化鋁的純出口國。
真空抬包是電解鋁冶煉過程中的一個重要設備，主要功能是將鋁電解槽中的電解鋁液吸出并倒運至混合爐，本抬包適用于鋁鑄造行業，既可直接采用負壓吸鋁，也可通過噴射器利用壓縮空氣抽真空吸鋁，抬包減速機為手動、電動兩種操作均可，并可采用爪式離合器進行切換，抬包包襯采用重質澆注料整體澆注，強度高，使用壽命長。包體上焊接固定有噴嘴、吸鋁管和出鋁口，吊裝總成連接機架，機架上裝有傳動機構，包蓋上鎖緊裝置采用肘節式壓緊，包蓋側板與連接板一端鉸接，連接板另一端與肘節式把手鉸接，肘節式把手前端與T型導桿橫邊一端固定連接，導桿橫邊另一端與側板鉸接，導桿堅邊裝有螺栓，包蓋上與螺栓對應處固定有凸臺。真空抬包系統，結構簡單，性能好，容積大，大大提高生產率，降低成本，非常適用于電解鋁生產線。
本次畢業設計對中原鋁業河南分公司機械制造分公司的真空抬包系統，在原有的基礎之上及廠里工程技術人員和老師的指導下進行改進和優化設計，得到現在的設計成果。以降低產品成本，最大的發揮原有產品的效能，提高產品的競爭力，提高經濟效益，以適應競爭日益激烈的市場，為企業創造效益。也使我們的設計水平得到提高，提高了動手及創造的能力，是理論與實踐的結合，使大家明確設自己設計目的和設計原則，為日后的工作打下一個良好的基礎。

編者
2011年6月

1.項目分析
1．1真空抬包系統現有情況：
真空抬包是電解鋁冶煉過程中的一個重要設備，其主要功能是將電解槽中的電解鋁液吸出并倒運至混合爐，是轉運鋁水的重要設備。真空抬包能夠將電解槽中的電解鋁液吸出并倒運到混合爐后澆鑄成鋁錠。該設備維護費用低、安全性高、工人勞動強度低等特點，一次可吸取幾個電解槽內的鋁液并直接送至混合爐，無需中途轉澆包倒運，鋁液熱量損失小。該抬包采用正壓噴射吸鋁，改變了傳統的負壓直接吸鋁，消除了負壓吸鋁對真空系統的危害，由于其可與電解槽共用一個氣源，可省去整套真空系統，減少崗位配置，降低設備維護、檢修費用，節約運行中的電費開支。
中國鋁業河南分公司電解廠原電解槽為60kA自焙槽，年產鋁量為3萬噸，采用容重為2噸的真空抬包來吸鋁，并配合5噸的敞口包來倒運即可滿足生產的需要。隨著電解技改擴建項目的完成，電解槽變為85kA預焙槽，電解廠年產鋁量為5萬噸，為解決鋁液抽吸運轉效率低下、鋁液熱量損失大的問題，需要研發容重為 4~6 噸無需中轉澆包倒運的真空抬包。隨著國內一些大型預焙電解槽的研發成功，電流已陸續提高至160kA.200kA.280kA.320kA，電解槽產鋁量大增，小型吸鋁真空抬包已不能滿足生產的需要。
1．2 本次設計改進所要解決的問題：
吸鋁真空抬包在外形上一般為普通傾注式錐桶形真空抬包，在結構上可分為包體、人孔、吊架、吸鋁管、減速機及真空管等幾部分，減速機可以手動操作。真空抬包主要用于電解鋁廠，工作時直接采用負壓吸鋁，需要單獨配置一套真空系統，由于吸入空氣溫度較高，真空泵一般采用水環真空泵，設備配置價高。抬包的清渣、檢修及砌包襯均通過人孔進行，極為不便。為提高使用效率，使用時往往需要大型敞口澆包配合使用，這樣會帶來鋁液熱量的損失。而需解決這些問題所采用的方法是：
包蓋與包體的密封及防變形措施。對于大型吸鋁真空抬包，包體直徑較大，包蓋與包體法蘭采用凸凹止口密封，密封件為石棉盤根。由于包蓋與包體受熱不均以及包體在起吊時的受力不均，容易導致包蓋與包體法蘭止口錯位，從而引起密封不嚴。對于這個問題，一方面要加強包體與包蓋強度，包體與包蓋均需加筋，采用厚法蘭。另一方面要采用合理的密封方式，可將包蓋法蘭嵌入至包體法蘭內，形成雙重止口密封，一旦小止口密封失效，可啟用大止口密封。
包襯及吸鋁管使用壽命。對于小型吸鋁真空抬包，由于其直徑小、高度低，采用耐火磚砌包襯，其強度足可滿足其使用壽命，對于大型吸鋁真空抬包，由于其容積大，包襯必需采用澆注料整體澆注，其強度才可滿足使用壽命。吸鋁管屬耗損件,為提高其使用壽命,可采用耐溫900℃以上的耐熱鐵鑄造，并需進行熱處理，耐熱鐵材質中Si含量不可過高，以防止和電解槽中的氟化鹽發生化學反應，影響吸鋁管使用壽命。
轉軸位置的確定及傾轉力矩的計算。對于大型吸鋁真空抬包，由于采用電動操作，從操作安全的觀點出發，轉軸位置應高于空包和滿包的重心。抬包傾轉力矩M 包括空抬包包體所引起的轉矩M1，以及在澆注過程中由于鋁液不斷傾出，余留在抬包內的鋁液所引起的轉矩M2，此外還有轉軸與其軸頸的摩擦力矩M3，三者均為轉角θ的函數。
M=M1+M2+M3

2．真空抬包總體設計基本方案
1．外形為圓柱狀，方便制作、節省材料，與同體積錐桶形真空抬包相比，散熱面積小，有利于保溫。雖然錐桶形抬包比圓柱狀抬包更有利于清理熔渣及殘余鋁液，但對于大容積抬包清除殘渣已較為方便。
2．采用茶壺式澆包的結構形式，鋁液從包底澆出，熔渣被擋在包內，撇渣效果好。抬包帶包蓋，包蓋與包體采用活節螺栓連接，固定方便。包蓋與包底封頭采用平底封頭。抬包大修、清渣、砌包襯均可開蓋進行，十分方便。考慮到抬包的少量清渣、日常檢修以及解決抬包在使用間歇中自身散熱的問題，在包蓋上設立了人孔。
3．包嘴蓋設計成快開的結構形式，包嘴蓋與包口管鉸接，并采用搭扣來控制包嘴蓋的開啟與關閉，使用安全方便。
4．采用噴射器利用壓縮空氣抽真空吸鋁。考慮到電解槽工作時，打殼下料、母線提升等工序均采用壓縮空氣工作，因此可與電解槽共用一個氣源，減少設備配置。
5．噴射器由工作噴嘴、負壓室、擴壓管、接收室、消聲器等組成，壓縮空氣通過收縮的噴嘴后，在負壓室內形成一束高速射流，吸卷負壓室內的空氣一起進入擴壓管，在擴壓管內減速擴壓后進入接收室，最后在接收內消音后排出至大氣。
6．減速機是抬包的傾轉機構，由于抬包容積的增大，自重及盛鋁量均增大，抬包的傾轉力矩增大，手動傾轉費力、效率低而且不安全，該減速機在結構形式設計為手動與電動均可，正常操作為電動，手動為檢修和突發事故時用，手動與電動的切換采用爪式離合器，切換迅速方便，安全可靠。該減速機電動為三級蝸輪蝸桿減速，手動為兩級蝸輪蝸桿減速，減速比大。
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