一种铝槽打壳锤头火焰清理方法与流程

本发明涉及火焰切割清理领域，特别是涉及一种铝槽打壳锤头火焰清理方法。

背景技术

在电解铝生产过程中，发生如下电化学反应：al2o3(原料)+c(电极)→(电能+电解质作用下生成)→al(产品熔液)+co2(排放气体)。

电解铝槽中，下层为铝熔液、上层为冰晶石电解质；熔融态冰晶石电解质的表面，与空气接触，会凝固一层硬壳，妨碍氧化铝粉下料，催生熄灭阳极效应，必须定时打掉这层硬壳，及时加料，才能保持生产的正常进行。

因此，打壳作业是电解车间一道重要的生产工序。

电解铝槽内，熔融态冰晶石电解质表面，凝固层的硬度和韧性较大，需要快速有力的打壳机构。打壳机以压缩空气为动力，机头采用气动冲击气缸，通过气阀切换气路，完成锤头的连续上下运动，实现锤击打壳功能。

锤头和活塞钎杆采用螺纹或焊接连接，钎杆末端为锤头，锤头要到达熔融电解质液，否则易出现打壳不到位，进料口不开，氧化铝粉不能及时进入电解质熔液的情况。

然而，打壳锤头在熔融电解质液中，浸泡时间过长，从而电解质黏附物增多，造成“粘包”长大，随后会降低打壳效率。

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，累积时长导致电解质熔融黏附物比较多，同时清理“粘包”费时耗力，甚至需要频繁更换锤头等系列问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种铝槽打壳锤头火焰清理方法，用于解决现有技术中锤头清理方式不合理，需要频繁更换锤头等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种铝槽打壳锤头火焰清理方法，包括：观察锤头凝结黏附物增多时，暂停执行打壳程序，将锤头作半程提升，悬停在火焰清理位上；

随后，将碳质燃料投放至打壳形成的熔融电解质液洞穴中，漂浮在熔融质液面上；

利用熔融电解质热能，从底部点燃碳质燃料，火焰由蜂窝孔中窜烧，直接烘烤上方粘包锤头；

锤头上的黏结混合物经火焰烘烤后热熔化，滴落液返回电解铝槽中，不改变电解铝槽还原氛围，起到在线火焰清理打壳锤头的效果；

最后，观察锤头凝结黏附物被清除后，提升锤头，撤离火焰清理位，恢复执行打壳程序。

在本发明的一些实施例中，所述碳质燃料由提纯碳粉组成，与碳素体电解阳极材料相同，投放后不改变电解铝槽还原氛围。

在本发明的一些实施例中，所述碳质燃料为蜂窝状，具有多个从底部通向顶部的通孔，使得火苗从蜂窝孔中窜烧。碳质燃料被高温熔融质点燃后，火焰从蜂窝孔中窜烧，直接烘烤上方粘包锤头；由于黏结混合物熔点不高，还具有一定初始温度，将出现热熔化，滴落液又返回到电解铝槽中。

在本发明的一些实施例中，所述碳质燃料具有微气孔和海绵体，作轻量化处理后，能够漂浮于熔融电解质液面上。

在本发明的一些实施例中，所述碳质燃料还可以通过添加或浸泡的方式吸附有助燃剂，该助燃剂能够随火焰高温汽化、蒸发，易于调整碳质燃料燃点，与熔融电解质凝固层壳体温度相当，并提高燃热值，加快升温过程。

在本发明的一些实施例中，碳质燃料的燃点与熔融电解质凝固层壳体温度相当，使得碳质燃料被投放后可借助熔融电解质凝固层壳体温度燃烧。

如上所述，本发明的一种铝槽打壳锤头火焰清理方法，具有以下有益效果：本发明利用电解铝槽打壳留下的洞穴，借助熔融电解质热能，点燃投放于打壳洞穴中的碳质燃料；所产生的火焰烘烤，半提升、悬停于上方的粘包锤头，对凝结黏附物进行热熔清除，滴落液又返回电解铝槽中，不改变电解铝槽还原氛围，起到在线火焰清理打壳锤头的效果。

附图说明

图1显示为本发明实施例的铝槽打壳气缸活塞系统主要部件图；

图2显示为本发明实施例的一种碳质燃料投放过程示意图；

图3显示为本发明实施例的蜂窝状碳质、轻量化易燃料外形示意图；

图4显示为本发明实施例的火焰烘烤上方粘包锤头示意图；

图5显示为本发明实施例的锤头黏结物热熔滴落回到电解铝槽示意图；

图6显示为本发明实施例的铝槽打壳锤头回归高位开始新一轮打壳动作示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明旨在探索投放与碳素体电解阳极材料相同的一种碳质燃料，不改变电解铝槽原电解还原氛围，借助火焰烘烤，清除锤头黏结物，其热熔滴落返槽的流程方法，起到在线火焰清理锤头的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，首先，观察锤头凝结黏附物增多时，暂停执行打壳程序，将锤头作半程提升，悬停在火焰清理位上；然后，将蜂窝状碳质(轻量化易燃料)夹持推送进入打壳形成的熔融电解质液洞穴中，漂浮在熔融质液面上；随即，蜂窝状碳质被高温熔融质点燃，火焰从蜂窝孔中窜烧，直接烘烤上方粘包锤头；由于黏结混合物熔点不高，还具有一定初始温度，将出现热熔化，滴落液又返回到电解铝槽中；最后，观察锤头凝结黏附物基本清除后，撤离火焰清理位，锤头自动提升回归高位，再恢复执行打壳程序；本实施例所投放的提纯碳质燃料与碳素体电解阳极材质相同，不改变电解铝槽还原氛围。

通常电解铝槽厂房内分成两个工作区域，每个区大致并置有74槽系列；通常电解铝槽约17.5米长、4.9米宽，铝槽间距约2.9米；单个电解铝槽配置一路供气管，分别向六处气缸打壳点、对应的六处加料点，提供6～8bar动力供气源。周期动作按：1、3、5奇数点先执行a秒打壳，b秒后1、3、5点下料，再2、4、6偶数点打壳，随后2、4、6点下料，间隔130秒后重复执行。

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。

如图1所示，铝槽打壳气缸活塞系统主要部件图所示，打壳气缸垂直安装，相对活塞上下划界，分别有上气孔和下气孔，上气孔与气控二位五通阀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，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秒过后，发出提锤指令，气控二位五通阀切换至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。

同理，还对应配置有一套加料气控系统，在发出打壳气控指令b秒后，下料阀换向，驱动下料缸通过打壳洞穴，添加氧化铝或氟化盐物料，打壳与加料时序联动。

打壳气缸行程末端设有缓冲室，气缸气压缓冲件压缩缓冲室内余留空气，当作气垫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，锤头较长，造成其在熔融电解质液中浸泡时间较长，从而电解质熔融黏附物比较多，造成“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℃的熔液中2～3秒，熔液由90wt％冰晶石、5wt％氧化铝及5wt％添加剂组成，造成锤头累计浸泡时间较长、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液面波动范围，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，为保证打壳过程有效插入深度，不可避免地接触、浸泡、凝结黏附物，另外，为提高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，助推“粘包”变大；本发明针对前期无法避免锤头凝结黏附物的问题，在后期采用火焰烘烤打壳粘包锤头的方式，热熔化掉黏附物，起到在线火焰清理的效果，无需将锤头卸下，有效降低“粘包”去除难度，提高可操作性和方便性。

具体打壳过程如下：气控二位五通阀动作气缸，活塞快速驱动锤头，打穿电解质硬壳体，会触碰到熔融电解质液；等待a秒后，气控二位五通阀完成切换，活塞执行提锤动作，在抵消钎杆锤头自重力后，缓慢离开熔液层。

执行原打壳程序中，并无将锤头作半程提升，“粘包”锤头悬停于电解质壳体上方的步骤，需新增设悬停在火焰上方的火焰清理位功能。

增设火焰清理位的方法有多种，针对打壳控制器，将自动打壳程序转入手动状态，通过手操按钮控制气控二位五通阀，操控下气缸充压量，作提锤半程悬停；针对气控二位五通阀，强制拨动阀体自带的换向杆；还可额外增加逻辑控制设备实现。

如图2所示为碳质燃料投放过程示意图，沿悬停的“粘包”锤头与电解质壳体之间，人工长杆夹持，将蜂窝状碳质、轻量化易燃料推送、投放进打壳形成的熔融质洞穴中。

图2中，额外增加维护电磁阀，设置在动力供气源管上游，具体为常开式通断电磁阀，在失电时电磁阀通启，供气路处于开通状态，不影响气缸活塞的正常工作；在得电时电磁阀断路，供气路处于关断状态，气缸活塞运行将不上不下，暂时保持停位，静止不动，且与二位五通阀状态无关。维护电磁阀状态与打壳控制器执行的打壳程序连锁。

打壳气缸昼夜动作700次以上，每次锤头浸泡在高达950℃的熔液中2～3秒，累积时长导致电解质熔融黏附物比较多。

当观察到锤头凝结黏附物逐渐增多，影响到打壳开洞效率时，选择按下维护电磁阀送电按钮，执行得电、关断动作；由于切断了动力供气源，下气缸充压暂停，活塞将保持原状，停留在提锤行程的中位，视为锤头火焰清理位；此刻，暂时中断执行打壳流程。

如图3所示为蜂窝状碳质易燃料外形示意图，碳质燃料集成有轻量化易燃的特征，由提纯碳粉组成，与碳素体电解阳极材料相同，投放后也不会改变电解铝槽还原氛围。

具体地，将提纯碳粉制作成型，外观呈柱形，内部有竖直向贯通孔，即蜂窝形状，易于火苗从蜂窝孔中窜烧；然后，对蜂窝状碳质块进行预烧结，使其具有微气孔、海绵体，作轻量化处理后，能够漂浮于熔融电解质液面上；最后，通过添加或浸泡方式，使蜂窝状碳质块吸附挥发性助燃剂，该助燃剂能够随火焰高温汽化、蒸发，易于调整碳质燃料燃点，与熔融电解质凝固层壳体温度相当，并提高燃热值，加快升温过程。

在电解铝过程中，发生如下电化学反应：al2o3(原料)+c(电极)→(电能+电解质作用下生成：)→al(产品熔液)+co2(排放气体)。

从锤头“粘包”物质结构上看，由一层一层电解质、氧化铝以及碳渣等三种混合物组成；其中，电解质即冰晶石，熔点约1009℃；氧化铝为原料，在冰晶石作为溶剂的条件下，在高达950℃电解铝槽中，已经处于熔液状态；碳渣来源于电解阳极上的碳素剥离体，其含量少，随液态电解质游离。

从电解铝槽温度分布上看，电解质壳体温度500℃左右，电解铝槽熔液温度950℃左右，因此，中间熔融电解质液介于500-950℃之间。

如图4所示为火焰烘烤上方粘包锤头示意图，将轻量化蜂窝状碳质易燃料投放到打壳形成的洞穴后，洞穴提供周边约束环境，漂浮高度主要由熔融电解质液面决定，底部与500～950℃的熔融质接触，顶部与悬停的“粘包”锤头保持适当烘烤距离。

普通碳质料燃点约300～700℃，本实施例的轻量化蜂窝状碳质易燃料燃点预调整到500℃左右，与电解质壳体温度500℃匹配，即易于调整碳质燃料燃点，与熔融电解质凝固层壳体温度相当；经熔融质传热后，短时间内能够被点燃，且在助燃剂助力下，从底部开始，迅速向上蔓延；在半开敞的电解槽内以及大气环境下，从蜂窝孔中窜烧的火焰温度远大于1000℃，直接烘烤上方“粘包”锤头，导致固态黏结物快速吸热、升温。

接下来，如图5所示为锤头黏结物热熔滴落回到电解铝槽示意图，混合的锤头黏结物中冰晶石熔点最高仅1009℃，持续烘烤下，外层率先热熔化，黏结物变成液态状，在重力驱使下滴落，重新又回到电解铝槽中；随后内层黏结物继续热熔化，直到黏结物全部滴落、清除。

另外，打壳锤头由碳钢制成，碳钢熔点约1500℃以上，在半开敞的大气环境下，火焰很难将碳钢直接融化。并且，随着碳质燃料不断消耗，漂浮在熔融电解质液面上的轻量化蜂窝状碳质易燃料逐渐缩短，锤头维护位置固定不变的情况下，火焰高度会下降，烘烤强度逐渐衰弱，锤头进一步升温变得困难。

当观察到锤头凝结黏附物基本清除，不再需要继续火焰烘烤时，按下维护电磁阀断电按钮，执行失电、开通动作；由于续接了动力供气源，下气缸充压接通，活塞随即将继续提升，直到停留在提锤行程的高位，暂时中断的打壳流程得以恢复执行。

如图6所示为铝槽打壳锤头回归高位开始新一轮打壳动作示意图，维护电磁阀起到的是暂停和恢复打壳流程的触发作用。

随后，剩余的轻量化蜂窝状碳质易燃料或将延续燃烧，或将被锤头打壳时击碎，捣碎的碳质残留物游离于熔融电解质液中，与电解阳极上的碳素剥离颗粒体一致，电解铝槽还原反应氛围维持，未发生物质上的变化。

本实施例还提供一种铝槽打壳锤头火焰清理方法，采用火焰烘烤打壳粘包锤头方式，热熔化掉黏附物，起到在线火焰清理的效果；首先，观察锤头凝结黏附物增多时，暂停执行打壳程序，将锤头作半程提升，悬停在火焰清理位上；然后，把轻量化蜂窝状碳质易燃料夹持推送进入打壳形成的熔融电解质液洞穴中，漂浮在熔融质液面上；随即，碳质易燃料被高温熔融质点燃，火焰从蜂窝孔中窜烧，直接烘烤上方粘包锤头；由于黏结混合物熔点不高，还具有一定初始温度，将出现热熔化，滴落液又返回到电解铝槽中；最后，待观察锤头凝结黏附物基本清除后，撤离火焰清理位，锤头自动提升回归高位，再恢复执行打壳程序；本实施例所投放的提纯碳质燃料与碳素体电解阳极材质相同，不改变电解铝槽还原氛围。

本发明所带来的显著优势包括：利用铝槽打壳留下的洞穴、熔融质热源内部资源，借助粘包锤头上黏结混合物熔点不高、碳质燃料与电解阳极材质相同且燃点还与电解质壳体温度相当的匹配条件，配合打壳锤头作半程提升、可观察锤头凝结黏附物状况的可视操作，通过简单投放轻量化蜂窝状碳质易燃料，实施火焰烘烤、热熔清除、滴落液又返槽的流程，起到了在线火焰清理锤头的效果，具有操作便捷、灵活高效、不影响生产、对锤头无损伤的特点。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。