一种铝槽打壳吹扫喷溅装置的制作方法

本发明属吹扫防护技术领域，具体涉及一种铝槽打壳吹扫喷溅装置。

背景技术：

在电解铝生产中，自焙电解槽中的表面凝壳13，妨碍下料和熄灭阳极效应，打壳作业是电解车间的重要生产工序。

打壳锤头将进料口打开，方使氧化铝顺利进入电解质熔液15中。但熔融电解质液14又会黏附在打壳锤头上，出现电解槽打壳锤头“粘包”现象。打壳锤头越粘越大，随后破壳效率越来越差，妨碍添料顺畅进入电解槽，影响正常物料平衡，氧化铝浓度难以控制甚至过低时，所发生阳极的效应，迫使槽温升高等，引发技术条件波动，造成能源、物料浪费，最终将使经济技术指标趋于恶化。

如附图1铝槽打壳气路、电控系统主要部件图所示，打壳气缸5垂直安装，相对活塞上下划界，分别有上气孔8和下气孔9，上气孔与气控二位五通阀12上4号气路口连接，下气孔与2号气路口连接，气控二位五通阀1号气路口接6～8bar动力供气源管。

当打壳时，地面气控柜内的打壳换向阀16，3号气路口接～2bar气控指令气源，打壳电磁阀受电后，2-3和1-4气路通，发出打壳气控指令给气控二位五通阀，此时气控二位五通阀1-4气路通，供气源向打壳上气缸充压，同时2-3气路通，下气缸对外排放气，在气缸活塞4行程推力和活塞连接的钎杆锤头重力共同作用下，活塞快速驱动锤头向下，实现有力打壳。

执行a秒后，还是气控柜内的打壳换向阀，打壳电磁阀失电，阀芯弹簧推动自复位，切换成1-2和3-4气路通，即放空打壳气控指令、发出提锤气控指令；这时，气控二位五通阀收到提锤气控指令后，切换至1-2气路通，供气源向提锤下气缸充压，同时4-5气路通，上气缸对外排放气，在气缸活塞行程推动下，克服活塞连接的钎杆锤头重力，活塞缓慢向上提锤。

气控柜内的打壳换向阀，电磁阀受电发出a秒打壳气控指令外，其余时段保持提锤气控指令130秒，如此循环。传输气控指令的低压气源与气缸动力供气源，相互独立。

打壳气缸上的气控二位五通阀，听从打壳换向阀气控指令，操控活塞作上行或者下行往复二位动作。

打壳气缸行程末端设有缓冲腔，防止活塞与端底盖碰撞；锤头和活塞钎杆间采用螺纹或焊接连接，要求锤头必须到达熔融电解质液，否则易出现打壳不到位，进料口不开，不能及时加进料，导致发生阳极效应；然而，锤头太长在熔融电解质液中浸泡时间过长，从而电解质熔融黏附物比较多，有助于“粘包”长大，降低打壳效率。

打壳气缸昼夜动作700次以上，每次锤头浸泡在高达950℃的冰晶石90％、氧化铝5％及添加剂5％组成的熔液中2～3秒，造成锤头浸泡时间过长、电解质熔融黏附物比较多、清理“粘包”费时耗力、甚至频繁更换锤头等系列问题的原因有：设定执行打壳气控指令a秒在2～6秒可调，时长过大，同时多气缸充气拉低供气管网压力，活塞提锤缓慢；活塞连接的钎杆锤头过重，启动惯性太大；气缸活塞下面积小于上面积，天生提升力不足。

通常活塞行程约有2000mm长，一方面由氧化钠、氧化钙、氧化镁分解成的冰晶石所构成的电解质主体成分不断变化，会造成表面结壳硬度和粘度不一样；另一个方面熔融电解质液，随生产调整有100mm波动范围，电解质壳体温度500℃左右，因此，打壳所需锤击力度和插入有效深度也要跟随调控。

到目前为止，围绕打壳效率设计的气动系统，对提锤效率考虑不够，减少锤头滞留措施不力，另外打壳过程按时序开环控制。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的提供一种铝槽打壳吹扫喷溅装置，该装置由圆环柱形压力缓冲腔内筒与钎杆护套间形成环缝喷射出口，构成一体化空心柱状体结构，以活塞钎杆护套形式安装固定，收集打壳气缸排放气后，喷射出的气流经空心柱状直行引导段，对打壳路径上的钎杆锤头、熔融电解质液实施吹扫，既对钎杆锤头表面强塞保护气膜，还对熔融电解质液冲击喷溅，逼迫熔融电解质液生成气凹穴。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种铝槽打壳吹扫喷溅装置，包括圆环柱形压力缓冲腔2和包裹于钎杆锤头3外且位于圆环柱形压力缓冲腔内筒27内的钎杆护套26，所述钎杆护套26与圆环柱形压力缓冲腔的内筒间隙形成环缝状吹扫喷嘴1，所述环缝状吹扫喷嘴具有环缝气流出口23指向打壳路径上的钎杆锤头3，所述圆环柱形压力缓冲腔的内筒壁设置有延长的直行引导段21；在所述圆环柱形压力缓冲腔收集打壳气缸排放气后，相互连通的所述环缝状吹扫喷嘴喷射出的气流，经空心柱状直行引导段，对打壳路径上的钎杆锤头、熔融电解质液进行吹扫，对钎杆锤头表面强塞保护气膜，还对熔融电解质液冲击喷溅，逼迫熔融电解质液生成气凹穴，减少锤头黏附电解质熔融物几率。

进一步，所述钎杆护套26与圆环柱形压力缓冲腔的内筒间隙形成环缝状吹扫喷嘴1内，放置螺旋盘绕多圈后呈现弹簧状的导气管24，环缝气流出口的气流经直行引导段21叠加惯性旋转，演变生成龙卷风式吹扫喷溅。

进一步，设置在环缝状吹扫喷嘴1内的螺旋盘绕多圈后呈现弹簧状的导气管24，随圆环柱形压力缓冲腔内压力自适应伸缩。

进一步，所述圆环柱形压力缓冲腔的长度小于钎杆锤头的最大提升碰撞高度。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明借助气压余能，对打壳末程、提锤初段进行吹扫，既对锤头表面强塞保护气膜，还对熔融电解质液搅动喷溅，形成时机适当、尽量深的气凹穴，在确保打壳锤击有效前提下，构建时空屏障，有效减少锤头黏附电解质熔融物的几率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为铝槽打壳气路、电控系统主要部件图；

图2为打壳直流喷溅工作示意图；

图3为环缝状龙卷风发生器外形图；

图4为打壳旋流喷溅工作示意图；

图5为压力腔缓隔离回流波示意图；

图6为活塞执行提锤动作示意图；

图7为本发明配置图；

其中，1、环缝状吹扫喷嘴，2、圆环柱形压力缓冲腔，3、钎杆锤头，4、气缸活塞，5、打壳气缸，6、下气缸，7、上气缸，8、上气孔，9、下气孔，10、排放气管，12、气控二位五通阀，13、电解质表面凝壳，14、熔融电解质液，15、流动电解质液，16、打壳换向阀，21、直行引导段，22、喷射流斜出口，23、环缝气流出口，24、导气管，25、相互通连口，26、钎杆护套，27、内筒，28、呼吸小孔，51、底端盖。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

一种铝槽打壳吹扫喷溅装置，包括圆环柱形压力缓冲腔2和包裹于钎杆锤头3外且位于圆环柱形压力缓冲腔内筒27内的钎杆护套26，所述钎杆护套26与圆环柱形压力缓冲腔的内筒间隙形成环缝状吹扫喷嘴1，所述环缝状吹扫喷嘴的出口具有环缝气流出口23；所述环缝状吹扫喷嘴指向打壳路径上的钎杆锤头3，所述圆环柱形压力缓冲腔的内筒的端口设置有延长的直行引导段21，限制出口气流窜向，聚拢吹扫区域。直行引导段的末端设置喷射流斜出口22，

如附图4打壳旋流喷溅工作示意图所示，由圆环柱形的压力缓冲腔空心柱状结构的直行引导段21引导直行喷射气流，加上设置于圆环柱形压力缓冲腔内筒27与钎杆护套26间隙的螺旋盘绕多圈后呈现弹簧状的导气管发送惯性旋转气流，利于环缝状吹扫喷嘴到熔融电解质液面垂直高度，核心气旋得到加强和延伸，满足演变生成条件后，形成龙卷风式吹扫喷溅，起到有效减少锤头黏附电解质熔融物几率的效果；即弹簧状导气管和压力缓冲腔配合，组装成龙卷风发生器。

龙卷风式旋转喷射气流，是在直行喷射流上，叠加旋转流，引导气旋加强延伸，进而演生龙卷风式吹扫喷溅，有利于搅动熔融电解质液产生尽量深的气凹穴；同时受离心力驱使大部分飞溅滴液将散落在打壳开孔洞侧壁。起到强塞气膜隔断电解质液黏结锤头路径，降低熔融电解质液滴喷溅高度，迫使熔融液旋流生成尽量深的气凹穴。

圆环柱形压力缓冲腔外侧壳体上设有通过气控二位五通阀与打壳气缸5的下气孔9连通的下气孔，压力缓冲腔上的下气孔通过排放气管10与气控二位五通阀连接。所述压力缓冲腔的长度小于钎杆锤头的最大提升碰撞高度。

当气缸的活塞4执行打壳动作时，打壳气缸5的上气缸7充压，下气缸6对外排放气，活塞快速驱动锤头，打穿电解质硬壳体；执行过程中，将下气缸对外排放气接入圆环柱形压力缓冲腔，捕集储存排放气体，随着活塞行程持续推进，锤头趋近熔融电解质液，排放累积气量增加，此时缓冲腔内压力升高，环缝状吹扫喷嘴克服沿程阻力，喷射出的气流经空心柱状直行引导段，对打壳路径上的钎杆锤头、熔融电解质液实施吹扫。

同时，熔融电解质液受高压吹扫气流作用时，熔液受气动力挤压，会发生气凹穴现象，同时强大的吹力，还会引起熔液飞溅。气凹穴由熔融电解质液受气力挤压、飞溅物扣减所产生，能够有效减少熔液与锤头的接触面积，进而减少电解质黏附量。

延长直行引导段的末端喷射流出口作5～15°角度斜切，营造偏芯喷射效果，非均匀布置吹扫气流，利于调控熔液喷溅方向。

本发明利用压力缓冲腔内所蓄积的高压气体，通过环缝状吹扫喷嘴，针对打壳末程、提锤初段进行吹扫，既对钎杆锤头表面塞入保护气膜，还对熔融电解质液冲击喷溅，迫使熔融电解质液生成气凹穴，在确保打壳锤击有效前提下，减少锤头黏附电解质熔融物的几率。

但在气缸气压、吹扫距离都无法改变的情况下，采用更猛烈和收敛的空气涡旋流，会产生更加有益的效果。通常龙卷风式旋转喷射气流形成的第一步是需要强烈的直行气流和旋转气流，第二步是需要核心气旋加强和延伸。

如附图3环缝状龙卷风发生器外形图所示，圆环柱形压力缓冲腔内筒与钎杆喇叭形护套间隙所形成环缝中，放置螺旋盘绕多圈后呈现弹簧状的导气管，压力缓冲腔与导气管相互通连，气流沿导气管螺旋式前进后，带有旋转惯性，再从环缝出口旋流喷射；螺旋盘绕多圈后呈现弹簧状的导气管，具有一定的伸缩能力。

在气体喷射过程中，喇叭形护套中静压力会随气流速度变化而波动，因此，可以在喇叭口结构上开设呼吸小孔28，平衡环缝旋流出口与外界压差。

圆环柱形的压力缓冲腔内，伴随着打壳气缸活塞行程，腔内压力经历：常压储气、升压溢流、高压喷射、减压衰退、负压回流阶段，由导气管螺旋盘绕多圈后呈现弹簧状的环缝状吹扫喷嘴，其螺旋气管弹簧，依据气压高低发生自伸缩，弹簧自适应：常压正常、升压拉伸、高压极长、减压回收、负压缩短阶段，对准锤头旋转喷射龙卷风，对应气流破坏力：常压待流中、升压旋转流、高压生龙卷、减压续龙卷、负压回流波，龙卷风一旦生成就会惯性维持；即生成由弱到强的破坏力，再持续破坏力、最后戛然而止的高效吹扫喷溅模式。

换句话说，打壳气缸的下气缸排放气体进入圆环柱形的压力缓冲腔，压力逐渐升高，触发龙卷风式旋转喷射，龙卷风会持续一小段时间，缓冲腔聚压过程会引起短暂的延迟吹扫作用，发力于打壳后程，对趋于浸泡在熔液中的锤头来讲，此时置身于气凹穴中，时机更佳。

圆环柱形压力缓冲腔，按打壳气缸容积一半以上配置，缓冲腔越大，延迟效果越显著。

打壳气缸活塞行程结束，打壳气缸的下气缸对外排放气趋于断供，龙卷风还在持续发送，会造成缓冲腔内压力下降，呈现负压状态，此时龙卷风因喷射条件消失而戛然中止，势必导致吸气回流填补；如附图5压力腔缓隔离回流波示意图，吸气在圆环柱形的压力缓冲腔内释放膨胀势能，且螺旋气管弹簧处于负压缩短阶段，弯曲率上升导致沿程阻力略有提高，能够隔离和减缓对上游气控二位五通阀12的回流震荡冲击波。

如附图6活塞执行提锤动作示意图，遵从龙卷风发生器气路要求的一体化空心柱状体结构，作为活塞钎杆护套形式安装，固定在垂直安装的打壳气缸下底端盖上，制作长度略短于锤头最大提升碰撞高度，整个功能不影响执行打壳、提锤行程动作。

如附图7，一种铝槽打壳吹扫喷溅配置图所示，一种铝槽打壳吹扫喷溅装置，圆环柱形压力缓冲腔内筒与钎杆护套间形成环缝喷射出口，构成一体化空心柱状体结构，以活塞钎杆护套形式安装固定，收集打壳气缸排放气后，喷射出的气流经空心柱状直行引导段，对打壳路径上的钎杆锤头、熔融电解质液实施吹扫，既对钎杆锤头表面强塞保护气膜，还对熔融电解质液冲击喷溅，逼迫熔融电解质液生成气凹穴。

进一步将圆环柱形压力缓冲腔内筒与钎杆护套间所形成环缝中，放置螺旋盘绕多圈后呈现弹簧状的导气管，气流经直行引导叠加惯性旋转，演变生成龙卷风式吹扫喷溅，起到有效减少锤头黏附电解质熔融物几率的效果。

所带来的显著优势：借助气压余能，对打壳末程、提锤初段进行吹扫，既对锤头表面强塞保护气膜，还对熔融电解质液搅动喷溅，形成时机适当、尽量深的气凹穴，在确保打壳锤击有效前提下，构建时空屏障，有效减少锤头黏附电解质熔融物的几率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。