4.9.2. Оборудование для обслуживания электролизных ванн
В нормально работающем электролизере поверхность расплава покрыта коркой застывшего электролита, на которую насыпают глинозем. Чтобы глинозем поступил в ванну, корку разрушают. Со временем образуется новая корка и на нее высыпают очередную порцию глинозема, чтобы перед подачей в ванну он предварительно прогрелся. Это обеспечивает снижение потерь тепла в электролизере. Комплекс работ по пробивке корки и загрузке глинозема принято называть обработкой электролизера.
Вид применяемого оборудования в значительной мере зависит от типа электролизера и пространства между соседними электролизерами. Так, например, в старых электролизных цехах с четырехрядным расположением электролизеров с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом возникла необходимость в создании малогабаритных и высокоманевренных машин на колесном и гусеничном ходу.
В новых цехах, оснащенных современными электролизерами, планировка позволяет применять высокопроизводительные напольно-рельсовые универсальные машины.
На рис. 207, а показана схема машины на колесном ходу для разрушения корки электролита. Используют такие машины на электролизерах, в которых течки для глинозема установлены близко к аноду и не выступают над коркой электролита. Машина содержит сварную раму 1, задний приводной 2 и передний рулевой 5 мосты, наклоняющуюся стрелу 6 с пневмоударником 7, рулевое управление 9. Наклоняют стрелу пневмоцилиндром 8. Стрела с пневмоударником закреплена на поворотной колонне 10, оборудованной механизмом ее вращения 4. Механизм состоит из цепной передачи 3 и открытой червячной пары, колесо которой закреплено непосредственно на поворотной колонне. Машина приводится в движение от пневматического двигателя 11 (тип ДР-5А или ДР-5У).
Рис. 207. Машины для пробивки корки электролита: а – на колесном ходу; б – на гусеничном ходу
При пробивке корки стрела опускается пневмоцилиндром 8 до упора пневмоударника в корку электролита. Усилие поджатия пневмоударника составляет 1,5 – 2,0 кН. После этого в действие автоматически включается пневмоударник и пробивает корку. В некоторых случаях для разрушения корки достаточно усилия поджатия. Поднимая и опуская стрелу, меняя угол наклона пневмоударника с помощью рычажной системы и положение машины, машинист пробивает корку. Количество машин в цехе определяется из условия, что одна машина может выполнять обработку 20 электролизеров.
Машины на гусеничном ходу сложнее в изготовлении и обслуживании, менее производительны, но более компактны и маневренны. Если длина машины на колесном ходу составляет 2340 – 3040 мм, то длина гусеничных 1200 мм.
Схема машины на гусеничном ходу показана на рис. 207, б. Машина создана работниками Днепровского алюминиевого завода и предназначена для применения в цехах с ограниченными площадями между электролизерами. Она состоит из самоходного гусеничного шасси 15, оснащенного двумя пневматическими двигателями 1, поворотной колонны 11, на которой закреплены кронштейн и стрела 3, пневмоударника 4, системы подачи сжатого воздуха 10 и пульта дистанционного управления 12. Стрела сварная и шарнирно закреплена на кронштейне 2. Необходимый угол наклона стрелы устанавливается с помощью пневмоцилиндра 5. Для плавного наклона и фиксирования стрелы в требуемом положении она оборудована винтовым демпфером 6 и пневмотормозом 7. Демпфер представляет собой винтовую пару с большим углом подъема винтовой линии. Винт закреплен на стреле и совершает поступательное движение, а гайка, смонтированная в неподвижном корпусе на подшипниках, – вращательное. Благодаря силам трения, возникающим в передаче, сглаживаются рывки пневмоцилиндра и обеспечивается равномерность его хода. Над гайкой помещена фрикционная колодка, которая связана посредством штока с упругой диафрагмой, размещенной в герметичном корпусе. При подаче на диафрагму сжатого воздуха колодка давит на гайку, вследствие чего движение системы затормаживается.
Пневмоударник закреплен на подвижном корпусе пневмоцилиндра 8. Шток пневмоцилиндра прикреплен к верхнему кронштейну, соединенному шарнирно со стрелой. Второй опорой верхнего кронштейна служит тяга 9, закрепленная нижней частью шарнирно на кронштейне 2. Этим достигается постоянный угол наклона пневмоударника при любом положении стрелы.
Поворотная колонна 11 установлена в подшипниковых опорах, размещенных на двух уровнях. На участке колонны между опорами, выполнена зубчатая нарезка, которая входит в зацепление с рейкой 13. Последняя закреплена на подвижном прямоугольном корпусе пневмоцилиндра 14. Два штока цилиндра закреплены неподвижно. Колонна фиксируется в определенном положении ленточным пневмотормозом (на рисунке не показан).
Электролизеры с боковым токоподводом, как правило, оборудованы бункерами для глинозема, расположенными на верхней площадке металлоконструкции. Эти бункеры загружают с помощью мостового крана и саморазгружающегося бункера конструкции Е. И. Сиренко.
Глинозем из бункеров подается в ванну двумя способами: по течкам с шиберами, управляемыми вручную, и с помощью системы автоматической подачи глинозема (АПГ). При использовании системы АПГ загрузка осуществляется автоматически по ранее заданной программе. Схема одной из распространенных систем показана на рис. 208. Она включает пневматический цилиндр 1, управляемый золотником 3, эжектор (вихревой насос) 2, дозатор 4 с мембраной 5 и клапаном 6, питающую 7 и центральную 9 трубы. Центральная труба устанавливается на небольшом расстоянии от анода 12 между токоподводящими штырями 13 и служит путепроводом для глинозема. Система работает следующим образом. По заданной программе срабатывает золотник 3 и подает сжатый воздух в верхнюю полость цилиндра 1, одновременно соединяя нижнюю с атмосферой. Шток 8 цилиндра с большой скоростью перемещается вниз и боек 10 пробивает корку электролита 11, захватывая в ванну дозу подогретого глинозема от предыдущей засыпки. После этого воздух подается в эжектор (вихревой насос) 2. За счет разрежения мембрана 5 поднимается вверх вместе с клапаном 6. Под мембраной в полости дозатора также возникает разрежение, и туда всасывается глинозем до полного заполнения камеры. Затем эжектор отключается, и воздух подается в нижнюю полость цилиндра, который поднимает боек в исходное положение. Глинозем при опускании клапана 6 под действием собственного веса поступает по трубам в кратер, образованный бойком в корке электролита. При очередном срабатывании системы эта доза глинозема протолкнется бойком в электролит.
Рис. 208. Система автоматической подачи глинозема (АПГ)
Электролизеры с верхним токоподводом, как правило, обслуживаются универсальными напольно-рельсовыми машинами (например, МНР-2М), которые разрушают корку электролита, засыпают глинозем и загружают анодную массу.
Машина (рис. 209, а) передвигается вдоль корпуса по рельсам 1, расположенным с двух сторон электролизеров, и содержит портал 2, три устройства для загрузки анодной массы 3, два устройства для засыпки глинозема 4, два механизма разрушения корки 5 и два механизма ее передвижения 6. На металлоконструкции машины установлены две кабины, гидросистема, электрооборудование и буферные устройства.
Механизм разрушения корки (рис. 209, б) состоит из основной рамы 1, шарнирно закрепленной на опоре машины, и фрезы 2 диаметром 1600 мм с устройствами ее вращения и регулирования положения. Фреза с приводной частью смонтирована на дополнительной раме, которая перемещается на четырех роликах в направляющих основной рамы посредством гидроцилиндра 3. Вращение фрезе сообщается через коническую передачу 6 от стандартного двигатель-редуктора 4 со встроенным электродвигателем. Угол наклона фрезы регулируют винтовым устройством 5.
Рис. 209. Машина МНР-2М
Устройства для загрузки анодной массы содержат бункеры и питатель. Два из бункеров расположены сбоку на опорах, а третий закреплен сверху по центру моста машины. Вместимость крайних бункеров 3,5, а среднего 1,8 г.
Питатель устройств (рис. 209, е), подающий анодную массу, содержит электродвигатель переменного тока 1, цилиндрический редуктор 2, кривошипно-шатунную передачу 3, подвижный лоток 5 и наклоняющуюся течку 4. Лоток совершает возвратно-поступательное движение по закрепленным на раме роликам. Необходимый угол наклона течки устанавливается гидроцилиндром через рычажную систему.
Устройства для засыпки глинозема (рис. 209, г) расположены по одному с двух сторон машины и содержат бункеры вместимостью 6,0 т и винтовые питатели производительностью 30 т/ч. Шнек 1 питателя установлен в герметичном корпусе 8 и приводится в действие от электродвигателя через клиномерную передачу 6, редуктор 5 и муфту 7. Откидной лоток 3 снабжен гидррцилиндром 2 и рычажной системой. Питатель отсекается от бункера плоской задвижкой с ручным винтовым приводом 4. Глинозем подается в электролизер при открытой задвижке, работающем шнеке и наклонном положении лотка.
Механизм передвижения машины состоит из четырех колес, два из которых являются приводными. Приводы расположены с двух сторон на боковых балках и включают каждой двускоростной электродвигатель, втулочно-пальцевую муфту, тормоз и вертикальный редуктор.
Гидравлическая система машины состоит из двух насосных станций, трех пультов управления – левого, правого и выносного. Каждая из маслостанций включает бак вместимостью 0,15 м3 масла, насос НШ-46У производительностью 70 л/мин и номинальным давлением 10 МПа; электродвигатель; фильтр; предохранительную; регулирующую и управляющую гидроаппаратуру.
Загрузка бункеров машины глиноземом осуществляется из межкорпусных силосов. Для этой цели на машине установлено стыковочное устройство, представляющее собой две подвижные трубы, которые посредством гидроцилиндра плотно стыкуются с подающими трубами силоса. Уровень загрузки глинозема в бункерах контролируется радиоактивными датчиками с подачей сигнала на приборы, расположенные в кабинах.
В цехах, не оборудованных: напольно-рельсовыми машинами, корку разрушают машинами МПК-5 конструкции Днепропетровского завода металлургического оборудования (ДЗМО). Машина создана на базе самоходного шасси Т-16М с двигателем внутреннего сгорания Д-21, который одновременно служит для приведения в действие механизма разрушения корки. Для этой цели в цепи привода установлена двухконтурная муфта сцепления, передающая крутящий момент раздельно на вал передвижения машины и вал отбора мощности. От последнего крутящий момент передается упругой муфтой редуктора через клиноременную передачу механизму пробивки корки.
Глинозем в этих цехах загружают в электролизеры машинами МРГ-4, разработанными также сотрудниками ДЗМО. Машина приводится в движение от дизельного двигателя с воздушным охлаждением, на ее раме установлен бункер с устройством для разгрузки.
Напольно-рельсовые машины для обслуживания электролизеров с обожженными анодами принципиально не отличаются от напольно-рельсовых типа МНР-2М. Отличие состоит лишь в том, что у напольно-рельсовых машин для обслуживания этих электролизеров отсутствуют устройства для загрузки анодной массы и дополнительно установлены контактные устройства для подъема наклонных укрытий.
Самообжигающиеся аноды электролизеров с боковым токоподводом представляют собой крупный блок из углеродистой массы, охваченный алюминиевым кожухом. Непрерывное сгорание нижней части анода требует выполнения в процессе эксплуатации электролизера следующих технологических операций: наращивание алюминиевого кожуха; извлечение, правка и забивка анодных штырей; переключение токоведущих спусков и зачистка контактных поверхностей штыря и спуска; загрузка анодной массы; перетяжка анодной рамы; регулирование межполюсного расстояния и др.
Рис. 210. Машина для заклинивания и расклинивания контактов шинка – штырь
Алюминиевый кожух наращивают заклепочным соединением с помощью клепального пневматического молотка или специальных машин с пневматическим ударным инструментом.
Переключение токоведущих спусков осуществляют с помощью специальных пневматических машинок (рис. 210, а). Основными элементами машинки являются рама, состоящая из задней 4 и передней 7 траверс и двух направляющих 6, вспомогательный цилиндр 3, закрепленный на траверсе 4, пневматический молоток 5 с бойком 9, захват 8 и пневматическая система 2 с механизмом пуска, смонтированным в рукоятке 1. Вспомогательный цилиндр посредством своего полого штока соединен с пнев-момолотком и предназначен для установки последнего в рабочее положение.
Токоподводящая система и рабочее положение захвата машинки показаны на рис. 210, б. Система включает токоподводящую шину с медным наконечником Г-образной формы 10, хомут, состоящий из двух скоб 11 и приваренной к ним пластины 12, клин 13 и токоподводящий штырь 14, в отверстие головки которого вставляется стержень 15.
При заклинивании контакта захват цепляют за пластину 12 хомута и бойком пневмомолотка ударяют по клину 13. Вибрация обратного удара молотка гасится вспомогательным цилиндром, который в процессе заклинивания все время поджимает молоток. При освобождении контакта захват цепляют за тонкую часть клина и ударяют бойком молотка по пластине 12 хомута.
Штыри извлекают с помощью пневмогидравлических машин конструкции Днепровского алюминиевого завода (рис. 211, а). Главным достоинством машины является применение пневмогидравлического усилителя двойного действия (рис. 211, б), что позволяет получать в рабочем цилиндре давление масла, превышающее в несколько десятков раз давление питающего машину сжатого воздуха. При малых габаритах машины она развивает на рабочем органе большие усилия в сочетании с отсутствием шума при его работе.
Основными узлами машины (см. рис. 211, а) являются захват 1, подвижной упор 2, двухколесная тележка 14 и пневмогидравлическая система. Система содержит рабочий цилиндр 4, соединенный посредством своего штока с подвижным упором 2, гидравлический распределительный золотник 6, гидронасос 7, резервуар 8 для запаса масла, скользящий поршень 9, пневмодвигатель 10 с пневматическим золотником 13, диафрагменный цилиндр 16 и управляющий пневматический золотник 15. Во избежание загрязнения пневмодвигатель с золотником закрыты герметичным кожухом 12. Машина устанавливается в рабочее положение и транспортируется с помощью ручек 3, 11 и рукоятки 5.
При извлечении штыря 18 упор 2 находится в правом крайнем положении. С помощью ручки 3 захват 1 набрасывают на стальной стержень, продетый через отверстие головки штыря, и поворотом рукоятки управляющего золотника 5 (рис. 211, б, положение I) подают сжатый воздух через золотник 13 в пневмодвигатель 10. Пневмодвигатель совершает возвратно-поступательное движение и подает масло через каналы золотника 6 в полость Б цилиндра 4. Одновременно сжатый воздух подается в полость С скользящего поршня 9, который смещается влево и создает в резервуаре 8 давление, обеспечивая подачу масла из резервуара в нагнетательные полости гидронасоса.
Рис. 211. Машина для извлечения штырей
В тот момент, когда давление в полости Б гидроцилиндра (рис. 211, б) возрастает до величины, обеспечивающей преодоление усилия сопротивления вытягиванию штыря, машина начнет отъезжать от электролизера, увлекая за собой штырь. Возврат упора в исходное положение осуществляют следующим образом. Сжатый воздух при помощи золотника 15 (положение I) подают в полость А цилиндра 4 и одновременно в мембранный цилиндр 16, перекрыв питающую магистраль пневмодвигателя и соединив полость С с атмосферой. Шток мембраны смещается влево и открывает обратный клапан 17, тем самым соединяя полость Б цилиндра с резервуаром. Поршень рабочего цилиндра под действием сжатого воздуха в полости А начнет перемещаться вправо, вытесняя масло из полости в резервуар.
Рис. 212. Машина для забивки штырей
Штыри при их забивке и извлечении, как правило, деформируются и перед очередной установкой в анод подвергаются правке. В последнее время правку штырей выполняют непосредственно в цехе. Температура извлеченных штырей 800 – 900 °С; они легко поддаются правке. Выравнивают штыри с помощью специальных машин, принцип действия которых тот же, что и машин для извлечения штырей.
Штырь, извлеченный из анода, укладывают между губок и включают машину. Подвижная губка перемещается к неподвижной и выравнивает штырь. Диаметр рабочего цилиндра машины 180, ход поршня 80 мм.
Забивают штыри с помощью самоходных машин конструкции ДАЗа (см. рис. 212). В оборудование машины входят гусеничное шасси 1 с блоком пневмодвигателей 2 и подъемно-поворотная колонна 17 с опорным узлом 18, на которой смонтированы механизмы для подъема и забивки штырей. Механизм для забивки штырей состоит из стрелы 5 с захватом 4, направляющей 6 и пневмоударника 14 с пневмоцилиндром 15 его подачи. Механизм подъема штыря соединен с колонной через опорно-поворотный узел 12 и состоит из захвата 7, стрелы 8, цепной передачи 9 и пневмодвигателя 10. Стрела механизма может поворачиваться независимо относительно колонны 17. Управляют механизмами машины посредством пневмозолотников 11, 13, 16. В рабочем положении машина несет на себе кассету 3 с запасом штырей, необходимых для формирования одного ряда.
Внутри колонны 17 смонтирован пневмоцилиндр, позволяющий регулировать по высоте положение механизма забивки штырей. Плавность движения цилиндра достигается установкой внутреннего винтового демпфера. Поворачивают стрелу 5 относительно колонны 17 вручную. Необходимое положение колонны фиксируется пневмотормозом 19.
Машина работает следующим образом. Направляющую 6 со стрелой 5 поворачивают к аноду и набрасывают захват 4 на кронштейны анодной рамы. Пневмоцилиндром колонны 17 регулируют угол наклона стрелы (около 15°). Затем поворачивают стрелу 8 подъемного механизма в сторону кассеты 3, опускают захват 7, закрепляют штырь в губках и подают его в приемный лоток пневмоударника. При помощи цилиндра 15 пневмоударник вместе со штырем перемещается к аноду. Когда усилие прижима достигает определенной величины, автоматически включается пневмоударник и забивает штырь.
В электролизерах с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом установку и извлечение штырей осуществляют штыревыми кранами. Эти краны отличаются от обычных мостовых только конструкцией тележки (рис. 213). На раме 1 тележки смонтированы приводы механизмов подъема 2 и вращения 3 штанги 8, а также два вспомогательных подъема 4. К тележке снизу прикреплена решетчатая рама-шахта 5, в которой размещены квадратная штанга 8 и специальный редуктор 7. Вращение редуктору и, следовательно, штанге передается от привода 3 через вертикальный вал 6. Штанга 8 через упорный подшипник 10 и канатно-полиспастную систему 11 соединена с барабаном привода 2. Таким образом, штанга одновременно может перемещаться вверх или вниз и вращаться. На конце штанги закреплен специальный захват 9. Для открывания и закрывания эксцентриковых зажимов служит механизированный ключ, который размещен рядом с захватом и оборудован механизмами его подъема и вращения (на рисунке не показан).
При установке штыря захвату сообщается правое вращение, а при извлечении – левое. Одновременная передача на штырь крутящего момента и осевого усилия облегчает его извлечение и установку.
Рис. 213. Тележка анодного крана
В цехах, оборудованных электролизерами с обожженными анодами, применяют анодные краны, с помощью которых заменяют аноды, транспортируют поддоны с новыми и отработанными анодами, а также вакуум-ковш, выполняют другие подъемно-транспортные операции.
Анодные краны отличаются от штыревых конструкцией тележки и рабочего органа, установленного на решетчатой шахте тележки. Рабочий орган содержит две телескопические стойки, на которых смонтированы стрела с захватом, ключ и устройство для зачистки контактов. При замене анода с помощью стрелы вводят крюковой захват в серьгу штанги анода и ключом разжимают контактный зажим. Освободив штангу, анод поднимают и отводят в сторону для укладки на поддон. Перед установкой нового анода контактные поверхности зачищают.
Для обслуживания новых электролизеров с системой АПГ разработана конструкция комплексного крана, выполняющего пробивку корки электролита и загрузку глинозема по продольным и поперечным сторонам электролизера; извлечение отработанного анода, зачистку контактных поверхностей и установку нового анода; открывание и закрывание зажимов анододержателей; загрузку глинозема в бункеры системы АПГ; транспортирование вакуум-ковша при выпуске металла, а также другие транспортные операции.
Мост крана практически такой же, как у обычных мостовых кранов. Отличие имеет лишь тележка крана, на которой помимо вспомогательного подъема смонтированы бункер для глинозема с дозирующим устройством, кабина машиниста, механизм установки анода с ключом для контактов, устройство для зачистки места под аноды и механизм для пробивания корки электролита.
Рис. 214. Принципиальная и расчетная схема пневмоударника: 1 – корпус; 2 – поршень; 3 – ударник; 4 – крышка; 5 – патрон; 6 – пика
Пневмоударники. Пневматический ударный инструмент в алюминиевом производстве широко применяют как для выполнения некоторых технологических операций при обслуживании электролизеров (пробивание корки электролита, забивка токоподводящих штырей, соединение контактов, наращивание кожухов и т. д.), так и ремонтных работ при замене футеровки электролизеров, ковшей и печей. Наряду с серийно изготовляемыми пневмоударниками (пневмоломы типа ПЛ и пневмомолотки типа МП), широко используют специальные пневмоударники, конструкции которых созданы на металлургических заводах.
На рис. 214 показана принципиальная схема бесклапанного пневмоударника конструкции научно-исследовательского геологоразведочного института (НИГРИ). Пневмоударник отличается простотой устройства, надежностью в работе и пониженным расходом сжатого воздуха.
Пневмоударник работает следующим образом. В исходном положении сжатый воздух подается в центральный канал а, откуда через боковой канал е поступает в рабочую полость б цилиндра. Поршень 2 начинает ускоренно перемещаться влево. Из противоположной полости д воздух вытесняется через выпускное отверстие ж. В процессе движения поршня канал е перекрывается стенкой корпуса 1, прекращается подача сжатого воздуха в полость б и дальнейшее перемещение поршня происходит благодаря расширению воздуха. Поршень, ударяясь в ударник 3, фиксируемый крышкой 4, перемещает пику 6, закрепленную в патроне 5, влево, которая разрушает корку электролита или футеровку. В крайнем левом положении поршня открываются каналы б и г. Воздух через канал г поступает в полость и поршень начинает движение холостого хода. Воздух из полости б вытесняется через канал в. Последовательно перекрываются в, е, г и поршень движется далее за счет расширения воздуха, но уже в полости холостого хода д. Сначала поршень тормозится в результате образования воздушной подушки в полости б, а при открывании канала е – сжатым воздухом. Такой принцип работы, когда частичное движение поршня происходит вследствие расширения воздуха, позволяет сократить расход сжатого воздуха.