一种氧化铝打壳加料装置的制作方法

技术领域：本发明一种氧化铝打壳加料装置，主要应用与预焙铝电解槽结构设计和技术装备的制造，以及预焙铝电解槽的电解铝生产。

技术背景：现通用的铝电解槽，其主要结构由下部的铝电解槽阴极熔池结构、上部阳极导电结构，排烟除尘系统、上部承重结构以及打壳加料装置所构成。

其氧化铝打壳加料装置的主要功能是，用打壳锤头击穿电解质结壳，形成下料排气通道，按设定技术要求，将电解铝的生产原料氧化铝粉，加入到铝电解槽的电解质液层中去，以实现电解化学反应，生成电解铝液。现通用的预焙铝电解槽所配置的氧化铝加料装置，主要由安置在铝电解槽上部桁架结构上的打壳装置和下料装置两大执行机构组成。

该打壳装置由打壳气缸、导向连杆、打壳锤头、和打壳锤头导向管等部件构造而成：为防止打壳锤头接触电解质和铝液时，将电解槽上部的阳极电流传导给阴极，形成无功短路电流损耗，造成事故发生。其打壳锤头导向管采用绝缘构造配置的方式固定安装在铝电解上部结构底端的水平烟罩板上；打壳气缸也采用绝缘构造配置的方式固定安装在电解槽的上部结构上；其导向连杆和打壳锤头则采用与电解槽上部结构绝缘构造配置的方式设置安装在打壳锤头导向管内。

而氧化铝下料装置，则由安装在铝电解槽上部承重桁架上的定容下料器和氧化铝导料管构造而成，氧化铝导料管的上端，采用焊接固定(导电连接方式)安装在铝电解上部结构底端的水平烟罩板上，其氧化铝导料管的的下端口为防止与导向管和打壳锤头产生导电接触，只能设置在导向管和打壳锤头的侧部，并设置有一定的空间距离。

在电解生产过程中，其打壳锤头在打壳气缸活塞杆的推动下和在导向管的约束下，可进行上下往复运动，实现击穿铝电解槽电解质液上表层的覆盖料结壳，在覆盖料层形成氧化铝粉加料和排气通道(俗称“下料口火眼”)的功能。从定容下料器流泻处的氧化铝粉，经过氧化铝导料管和打壳锤头在铝电解槽电解质覆盖料层冲击形成的下料火眼，添加到铝电解槽的电解质液中，参与电解反应，生成电解铝。

现在的铝电解槽氧化铝打壳加料装置的上述这种构造方式，主要存在以下几个缺陷：

1、由于氧化铝导料管的下端口设置在导向管和打壳锤头的侧部，距“下料火眼”有一定的倾斜空间距离，会导致从氧化铝导料管的下端口流出的氧化铝粉，在“下料口火眼”边沿的周围产生堆积现象，或有部分氧化铝粉被电解槽内负压风吸走的现象发生，致使氧化铝粉不能准确、直接的，按照工艺设定量加入到电解质液中去，形成电解槽欠料效应现象的发生。

2、由于打壳锤头导向管是固定设置在水平烟罩板上的构件，距铝电解槽阴极槽膛熔池底部阴极上表面的距离为固定高度，而在电解槽生产过程中，电解槽内的电解质液面和覆盖料结壳面则为变量高度，忽高忽低。这样就会使得打壳锤头导向管下端口，距电解质覆盖料结壳的距离忽远忽近。如果近了，导向管下端口侧壁可能封堵氧化铝粉的流入通道和电解气体的溢出排放通道，如果远了，造成打壳锤头伸出导向管部分过长，可能会丧或减弱导向管对打壳锤头的导向性能，造成锤头在下行运动中受磁力影响产生偏移，致使击穿形成“下料口火眼”形状不规则，影响氧化铝加料通道的畅通或造成火眼堵塞。

3、由于推动打壳锤头进行上下运动的打壳运动气缸是固定安装在铝电解槽上部桁架结构上的、其打壳气缸活塞的行程是确定长度不可调的、其导向连杆和锤头长短也是不可调的，即从打壳气缸安装固定点到打壳锤头运动的下止点的高度是确定，但铝电解槽内的铝液的水平、电解质液的水平，以及覆盖料层的厚度都是随机变化的，因此打壳锤头在生产过程中，击穿插入到电解质液层的深度是不确定的，因此会有以下现象产生，如果当锤头运动的下止点，距电解槽底部阴极炭块上表面距离较近，插入电解质液层中过深时，会造成打壳锤头磨损消耗量加大，电解铝液中铁含量增加，缩短锤头的使用寿命，或由锤头插入过深，造成锤头粘结电解质液，形成锤头粘结电解质液长包现象的发生，致使粘结长包后的锤头丧失打壳击穿功能不能冲击开电解质覆盖料结壳层的下料口火眼，导致氧化铝粉不能添加到电解质液中；如果当锤头运动的下止点，距电解槽底部阴极炭块上表面距离较远，即锤头运动的下止点接触不到电解质液层或插入覆盖料层较浅时，会有锤头不能击打冲击开电解质结壳，形不成“下料口火眼”，造成氧化铝加料通道堵塞现象的发生。

由于现行的电解铝生产主要技术装备铝电解槽，在总体结构设计和氧化铝打壳加料系统装置设计上存在着上述结构性的缺陷，不仅会造成氧化铝加料装置系统产生故障，而且在电解生产过程中需要大量的冶炼工作人员对氧化铝打壳加料装置和“下料口火眼”进行维护，这样不仅浪费人力物力，致使电解铝企业的生产维护成本增加，而且用人工维护铝电解槽工作量的效能，不仅会造成铝电解槽生产工艺的均衡性受人工干扰的机率影响加大，而且会影响铝电解槽的生产工艺稳定性。

技术实现要素：
：为了克服现有的铝电解槽主体结构以及氧化铝打壳加料装置所产生的的上述缺陷，本发明综合施策，提出了一种氧化铝打壳加料装置设计方案。一种氧化铝打壳加料装置设计的创新目的和技术方案是：

(1)解决现有装置打壳锤头导向管下端口的设定工作高度，不能够根据铝电解内铝液层及电解质液层的水平高度变化，而进行高度调整的问题，以消除打壳锤头导向管下端口及“下料口火眼”易产生堵料的问题。

(2)解决现有的铝电解结构设计无法将打壳锤头导向管和氧化铝粉导料管之间，因需进行绝缘设置，而不能进行一体化焊接，形成相贯连接管道，输送氧化铝粉的问题；

(3)解决现有的铝电解槽打壳装置的打壳锤头运动的下止点，不能按着电解铝生产工艺高度需求，设定工作高度的问题。

本发明一种氧化铝打壳加料装置设计方案，其主要技术特征是：

1、在铝电解上部桁架结构(1)上，新增设置安装了两个升降驱动装置(13)和(20)，即升降驱动装置(13)安装配置在打壳气缸侧部，用通过调整打壳气缸安装固定的高度的方法，实现调整打壳锤头运动下止点设定工作高度的目的；升降驱动装置(20)安装配置在打壳锤头导向管(10)、氧化铝导料管(9)及同步抬升滑动装置(12)组合件的上部，用通过调整同步抬升滑动装置(12)水平位置高度的方法，以实现调整打壳锤头导向管(10)氧化铝导料管(9)组合件下端口设定工作高度的目的；在水平烟罩板(2)上，新增设置了导向滑动固定框架(11)，在导向滑动固定框架(11)内，设置有同步抬升滑动装置(12)，其同步抬升滑动装置(12)底部，与打壳锤头导向管(10)氧化铝导料管(9)组合件相连接。

2、依据上述技术方案，设置在水平烟罩板(2)上的导向滑动固定框架(11)，既可与水平烟罩板之间实施焊接构造导电配置连接；又可与水平烟罩板之间实施绝缘构造配置连接；当导向滑动固定框架(11)与水平烟罩板之间为导电配置连接时，其导向滑动固定框架(11)内的同步抬升滑动装置(12)与打壳锤头导向管(10)和氧化铝粉导料管(9)之间为绝缘结构配置连接；当导向滑动固定框架(11)与水平烟罩板之间为绝缘配置连接时，其同步抬升滑动装置(12)与打壳锤头导向管(10)及氧化铝粉导料管(9)焊接组合件之间为导电结构配置连接。

3、依据上述技术方案，其升降驱动装置为螺旋丝杠传动机构，其螺旋丝杠的旋转驱动方式，即可采用人工驱动，也可采用机械装置进行驱动；当采用机械装置进行驱动时，其驱动电机控制系统可与铝电解的控箱控制系统进行连接。

4、依据上述技术方案，通过旋转设置在升降驱动装置(13)上的螺旋丝杠(27)，可以调整打壳锤头运动下止点的设定工作高度；通过旋转设置在升降驱动装置(20)上的螺旋丝杠(27)，可以调整同步抬升滑动装置(12)及打壳锤头导向管(10)、氧化铝导料管组合件的设定工作高度。

5、依据上述技术方案，固定安装在水平烟罩板(2)上的导向滑动固定框架(11)的外观轮廓的水平投影，亦可为矩形，亦可为矩形半圆组合型，其安装在导向滑动固定框架(11)内的同步抬升滑动装置(12)的外观形状为对应配置。

6、依据上述技术方案，打壳锤头导向管(10)和氧化铝粉导料管(9)之间为相贯穿插焊接组合配置结构。

采用本发明技术方案构造制备的铝电解槽结构以及打壳加料装置，与现有技术相比，具有以优点：

由于在铝电解槽打壳气缸的侧部设置有可以调整打壳锤头运动下止点工作高度的升降驱动装置，因此，可使得打壳锤头穿插到电解质液层的深度受控，这样即可以防止锤头插入过深，造成锤头粘结电解质液长包现象发生，又可以防止锤头插入不到位，造成锤头无法击打到电解质结壳，开通不了“下料口火眼”，不能形成加料及排气通道现象的发生；

由于在铝电解槽水平烟罩板处设置上导向滑动固定框架(11)以及同步抬升滑动装置(12)，并在其上部设置有可以调整打壳锤头导向管工作高度的升降驱动装置(20)，因此，可使得打壳锤头导向管(10)下端口距电解质结壳表面的工作高度调整受控，因此，可提高打壳锤头导向管的导向性能，能够让打壳锤头实施精准打击，形成规整连贯的“下料口火眼”。

由于在结构设计上，让打壳锤头导向管(10)和氧化铝粉导料管(9)同时能够与铝电解槽上部结构形成绝缘配置，因此，可以使得打壳锤头导向管(10)与氧化铝粉导料管(9)之间形成焊接组合相贯部件，致使导料管下端口流出的氧化铝粉，可以经过导向管(10)下端口以及“下料口火眼”，从垂直方向直接添加到电解质液中去。

本发明一种氧化铝打壳加料装置，对现有电解槽结构的绝缘设计和氧化铝打壳装置以及氧化铝加料装置采用综合施策的技术手段进行改进，在铝电解槽上增设了两个升降驱动装置，可使得打壳锤头运动的下止点，以及打壳锤头导向管的工作高度可以按照铝电解槽的两水平变化的工艺状况进行调整，并将氧化铝粉由经过“下料口火眼”侧部端加料，改为经过“下料口火眼”上部垂直加料；这样不仅杜绝了“下料口火眼”堵塞现象的发生，杜绝了打壳锤头粘结长包现象的发生。而且可以延长打壳锤头的使用寿命，减少了打壳气缸的维修工作量。这样不仅减少了铝电解的维护工作量，而且可以减少铝电解槽的外部人工干扰，实现铝电解槽的免维护无人值守生产。

附图说明：本发明一种氧化铝打壳加料装置，其技术特征可通过附图及实施例的表述，则更为清晰。

图1、为现有技术铝电解槽结构的主视图。

图2、为本发明一种氧化铝打壳加料装置实施例1的主视图。

图3、为本发明一种氧化铝打壳加料装置实施例2的主视图。

图4、为图3的俯视平面图。

图5、为图3的a-a截面侧视图。

图6、为图3的b-b截面的侧视图。

其图中所示：1电解槽上部承重桁架、2水平烟罩板、3除尘排气烟道、4打壳气缸、5打壳锤头连杆、6打壳锤头、7定容下料器、8氧化铝粉、9氧化铝导料管、10打壳锤头导向管、11导向滑动固定框架、12同步抬升滑动装置、13升降驱动装置、14提升连接构件、15覆盖结壳层、16电解质液层、17铝液层、18阴极炭块层、19下料口火眼、20升降驱动装置、21安装支撑框架、22下料连接管口、23伸缩导料管、24连接拉杆、25绝缘螺栓连接点、26固定边框、27螺旋丝杠、28升降连接板.、29支撑连接板、30绝缘垫层、31绝缘套管。

具体实施方式：本发明一种新型的铝电解槽结构的技术方案和特征，通过实施例的表述则更加清晰。

本发明一种氧化铝打壳加料装置，其创新特征是：在铝电解槽上新增设置了两个螺旋丝杠驱动升降装置，如图2、图3所示。

一个新增设置的升降驱动装置(13)，该装置用安装支撑框架(21)安装固定在电解槽上部承重桁架(1)上，该装置(13)的升降连接板(28)，与打壳气缸(4)进行配置连接；通过旋转该装置的螺旋丝杠(27)可以驱动打壳气缸(4)进行上下运动，用调整打壳气缸(4)安装固定点高度的方法，调整确定打壳锤头(6)运动下止点的设定高度，即确定打壳锤头()插入电解质液层(16)的深度。

另一个新增设置的升降驱动装置(20)，通过安装支撑框架(21)，安装固定在电解槽上部承重桁架(1)上；用该装置(20)的升降连接板(28)，通过连接杆件(14)和同步滑动抬升装置(12)，与打壳锤头导向管(10)和氧化铝导料管(9)组合件进行构造连接，通过旋转该装置(20)的螺旋丝杠(27)，可以驱动设置在水平烟罩板(2)导向滑动固定框架(11)内的同步滑动抬升装置(12)进行上下升降运动，以达到同时调整打壳锤头导向管(10)和氧化铝导料管(9)焊接组合件设定工作高度的目的。即通过旋转该装置(20)的螺旋丝杠(27)，可以实现调整打壳锤头导向管(10)下端口，距电解质液层(16)上部覆盖结壳层(15)上表面高度的目的。

为了避免导料管(9)下端口流泻的氧化铝粉(8)不能全部的经过“下料口火眼”(19)均匀的加入到电解质液层(16)中去，其氧化铝导料管(9)的下端口与打壳锤头导向管(10)之间为相贯组合焊接结构，即导电连接。

为了防止设置在打壳锤头导向管(10)内的打壳锤头(6)在下行运动过程中，与电解质液层(16)或铝液层(17)产生接触时，将铝电解上部结构的的阳极电流短路传导给阴极物质时，造成无功电流消耗损失和短路事故的发生，本发明一种新型铝电解结构的打壳锤头导向管(10)和氧化铝导料管(9)组合件与设置在铝电解上部桁架(1)底部的水平烟罩板(2)或除尘排气烟道(3)的金属构件之间，采用绝缘结构进行配置。

其具体绝缘连接构造方式，如以下实施例所示：

实施例1：如图2所示，本实施例所述的一种氧化铝打壳加料装置，其安装在打壳气缸侧部的升降驱动装置(13)，以及安装在同步滑动抬升装置(12)上部的升降驱动装置(20)与铝电解槽上部桁架结构之间为绝缘配置构造；其打壳锤头导向管(10)氧化铝导料管(9)焊接组合件，与设置在铝电解上部桁架(1)底部的水平烟罩板(2)或除尘排气烟道(3)金属构件之间也实施绝缘构造连接；如图2所示，其绝缘配置的结构是，在导向滑动固定框架(11)的周围焊接一个固定边框(26)，在该固定边框(26)与水平烟罩板(2)设置绝缘板(30)，而后，用绝缘垫片(30)、绝缘套管(31)以及紧固螺栓()，将导向滑动固定框架(11)固定安装在水平烟罩板(2)上；由于导向滑动固定框架(11)和水平烟罩板(2)之间为绝缘结构配置，这样，设置在导向滑动固定框架(11)内的同步滑动抬升装置(12)，与打壳锤头导向管(10)氧化铝导料管(9)焊接组合件之间，可采用焊接或螺栓连接的方式，进行非绝缘的导电构造连接。形成一个打壳锤头导向管(10)、氧化铝导料管(9)以及同步滑动抬升装置(12)(即本实施例的水平支撑连接板(29)如图3所示)组合部件，即能够与铝电解槽上部桁架结构(1)即水平烟罩板(2)之间实施绝缘结构配置，又能使其在升降驱动装置(20)的驱动下，以及在导向滑动固定框架(11)的限制约束下，可以进行上下运动的一种氧化铝打壳加料装置。

实施例2：如图3、图4、图5、图6所示，本实施例所述的一种氧化铝打壳加料装置，在打壳气缸侧部的升降驱动装置(13)，与铝电解槽上部桁架结构之间为绝缘固定配置构造，安装在铝电解槽水平烟罩板上的具有导向功能的导向滑动固定框架(11)与铝电解槽水平烟罩板(2)之间为焊接固定导电连接，因此，为了实现打壳锤头导向管(10)氧化铝导料管(9)焊接组合件与铝电解槽上部结构的绝缘连接，只能采用将打壳锤头导向管(10)氧化铝导料管(9)焊接组合件与同步滑动抬升装置(12)实施绝缘配置构造的方式进行，其具体绝缘配置结构设计可采用以下两种方式进行：

方案1：在打壳锤头导向管(10)氧化铝导料管(9)焊接组合件的上端焊接上水平支撑连接板(29)，使之成为一个组合件，将同步滑动抬升装置(12)设置成箱型部件，而后，采用绝缘垫层材料隔离固定的方式，将打壳锤头导向管(10)、氧化铝导料管(9)以及水平支撑连接板(29)焊接组合件，与同步滑动抬升装置(12)箱体金属外壳体构造在一起，形成一个打壳锤头导向管(10)、氧化铝导料管(9)以及水平支撑连接板(29)，与同步滑动抬升装置(12)箱型壳体金属板件互为绝缘配置，又能够使其导向管(10)容纳打壳锤头通过，又能使得氧化铝粉(8)经过氧化铝导料管(9)流入到导向管下端；还能使得打壳锤头导向管(10)、氧化铝导料管(9)以及同步滑动抬升装置(12)组合件，能够在升降驱动装置(20)带动下、以及在导向滑动固定框架(11)的限制约束下，进行上下运动为技术特征的新型铝电解槽结构。

注：由于该种结构的打壳锤头导向管(10)氧化铝导料管(9)与同步滑动抬升装置(12)壳体之间为绝缘配置，其设置在同步滑动抬升装置(12)上端的，与升降驱动装置(20)之间可用提升连接构件(14)和连接拉杆(24)、直接进行导电金属连接，即升降驱动装置(20)可与铝电解槽上部桁架结构之间，采用非绝缘的导电金属构件(如安装支撑框架(21))直接进行安装固定连接，不需要用绝缘材料进行配置。

本发明所述的一种氧化铝打壳加料装置，在其同步滑动抬升装置(12)的上部，氧化铝粉导料管(9)的上端处，设置有氧化铝粉流入接口(22)，该接口(22)可用伸缩导料管(28)，与氧化铝定容下料器(7)的氧化铝粉(8)流泻口进行构造连接。

从定容下料器排出口，流泻出的氧化铝粉(8)，可以经过伸缩导料管(28)、氧化铝粉导料管(9)、导向管(10)、以及设置在打壳锤头导向管(10)底部的，“下料口火眼”(19)，从垂直方向直接添加电解质液层中。

本发明所述的一种氧化铝打壳加料装置的两个升降驱动装置(13)和(20)的螺旋丝杠(27)即可以采用手动驱动，亦可以采用电动机械装置进行驱动。