“智能控制打殼系統”的研發與應用

張久海 丁維力｜文

“智能控制打殼系統”從控制原理上完全改變了常規的打殼系統。經過現場長期的試驗與試用證明，該系統節能效果顯著，有效地解決了錘頭不粘包問題，明顯地延長了錘頭使用壽命，降低了成本，大大減輕了勞動強度，提高了產品質量。該系統今后將會逐漸取代常規的打殼氣缸，成為電解鋁槽上比較理想的生產設備。

概況

目前電解鋁行業槽上設備存在耗氣量大（耗能大）、故障率高、錘頭容易粘包、錘頭的使用壽命較低、工人勞動強度大、檢修費用高等諸多問題。針對上述問題，大連怡和工業有限公司對常規的打殼系統進行了長期跟蹤觀察，剖析與總結，經過反復研究和現場試驗，研發出了具有自主知識產權的專利產品——“智能控制打殼系統”。

對于該系統用氣量的消耗問題，從定性的分析到定量地給出，并經過生產現場反復試驗，得到了比較理想的結果。通過對問題的分析、研究和試驗，可以確認：打殼氣缸的工作壓力由高壓降到低壓（試驗時壓力從 0.6MPa 降到0.2MPa），完全可以滿足現場生產要求，完全可以降低氣體的使用量（波馬定律可以證明并可以定量地計算出用氣量）。通過這一階段的分析與試驗，“智能控制打殼系統”有效地降低了用氣量，從而降低能源消耗。

關于延長錘頭的使用壽命問題，通過長期的理論分析與現場試驗，得到以下結論：錘頭的使用壽命與錘頭浸入電解質的深度、時間有關，即錘頭浸入電解質的深度越淺，時間越短，就越不容易粘包，從而錘頭的使用壽命就越長。這一結論經過長期的現場試驗與觀察證明，結論與實驗結果是相吻合的，而“智能控制打殼系統”就是以這個結論為依據，設計、制造、開發出來的。大量的試驗、統計證明，用這一結論設計、制造的打殼系統，錘頭的粘包率明顯降低，錘頭的使用壽命明顯提高，工人勞動強度大大降低，節能效果比較顯著。

“智能控制打殼系統”組成與功用

“智能控制打殼系統”主要由四部分組成（見圖1）：①智能控制組合閥，②可反饋輸出信號的可控打殼氣缸，③打殼錘頭裝置，④智能電控柜。當智能電控柜④接到操控機發出的打殼指令，并將指令信號經過處理后，輸出給智能組合閥①，智能組合閥①控制可控打殼氣缸②帶動打殼錘頭③對電解質殼面進行有選擇地打擊（軟殼面低壓打，硬殼面高壓打），然后根據反饋信號決定后續工作的進行。

“智能控制打殼系統”的動作程序

圖1 智能控制打殼系統組成

目前國內電解鋁廠打殼氣缸的工作壓力，就是氣動系統的氣源壓力，無論殼面軟硬，均設定為一種壓力（0.6MPa）打殼，顯然這是不合理的。實際上有99%以上的殼面只用0.2MPa 的工作壓力，就可以將殼面打開，但是因為還有極少數的殼面或者電解槽出現異常情況時，0.2MPa 的工作壓力是打不開殼面的（這種情況的概率不足1%），所以對于常規打殼缸，系統壓力是不能降低的。大連怡和工業有限公司研制的“智能控制打殼系統”，能夠根據電解質殼面的軟硬，自動調節打殼氣缸的工作壓力。其工作流程見圖2。

圖2 智能控制打殼系統工作流程

當“智能控制打殼系統”接到操控機的打殼指令后，開始低壓打殼（0.2MPa），當錘頭接觸到殼面時，對殼面的軟硬進行判斷，如果殼面是軟的，殼面被打開后，錘頭立即返回結束工作（大約有99%以上的殼面都可以在低壓下被打開）。如果系統判斷的殼面是硬殼面，并且殼面沒有被打開，系統便自動進行調節，使系統處于高壓（氣源設定的壓力0.6 MPa）工作狀態，對硬殼面進行高壓壓殼，殼面在高壓下被壓開，錘頭立即返回結束工作（這種情況的概率不足1%）。如果這種硬殼面用高壓還沒壓開，系統開始用高壓對殼面進行連續打擊（連續打擊的次數可以任意設定），如果硬殼面還沒有被打開，說明電解槽或系統出現異常狀況，系統開始報警。

“智能控制打殼系統”的特點與功能

1.“智能控制打殼系統”配有的智能控制組合閥，其結構是抗污染能力較強的座式結構，以適應惡劣的環境。

2.座式結構的智能控制組合閥，具有自動判斷殼面軟硬的功能，能夠根據對殼面的判斷結果自動調節工作壓力。如果殼面較軟系統自動調節為低壓（0.2MPa）打殼，如果殼面較硬系統自動調節為高壓（氣源壓力）打殼，以保證節能。

3.智能打殼氣缸具有調節打殼深度和打開殼面后立即返回的功能，根據現場電解質殼面的位置，調節錘頭的入液深度，根據反饋信號控制錘頭打開殼面立即返回，以保證錘頭不粘包或少粘包。

4.打殼氣缸具有良好的緩沖功能，當活塞到達終點時能夠平穩停止，以減少沖擊，延長壽命。

5.打殼氣缸具有可靠的氣控長鎖功能，該鎖比常規的機械鎖減少了每次動作都要碰撞鎖頭的問題，所以使用壽命更長。當停電或斷氣時，錘頭能夠可靠地停在上端，以保證錘頭不進入電解液。

6.打殼氣缸缸筒與前后端蓋均采用防磁性較好、強度較高的鋁合金材料。

7.智能打殼系統防塵、防磁效果比較明顯，并能在200℃以內正常連續工作。

8.打殼氣缸、錘頭與機架之間具有良好的絕緣功能。

9.因采用智能控制，打擊錘頭選用特殊材料，因此錘頭很少粘包。

10.錘頭的使用壽命明顯延長。

11.智能控制柜設有“觸摸屏”，可以很方便地將現場的技術數據與參數直接通過觸摸屏輸給電控柜，以滿足現場需要改變技術參數的要求。

12.智能控制柜設有單點的“自動/手動”切換功能，以滿足現場需要手動操作打殼的需求。

13.智能控制柜設有“還原操控機控制”功能。當打殼氣缸需要操控機控制時，便可切換到“還原操控機控制”功能。

14.“智能控制打殼系統”具有單點控制單點打殼功能。該功能完全克服了常規系統多點同時動作所造成的，動作快的點等待動過慢的點所造成的易粘包的弊端。

15.“智能控制打殼系統”具有按需打殼，按需下料的功能，以保證不粘包不堵料，從而延長錘頭使用壽命。

16.“智能控制打殼系統”具有不結殼不打殼的功能。如果火口沒有結殼，“智能控制打殼系統”就不用打殼，直接下料；當火口已經結殼，“智能控制打殼系統”便開始打殼，這樣可以使得節能效果更加顯著。

經濟效益的統計計算

1.節約用氣量

用“波馬定律”對常規打殼系統與“智能打殼系統”進行絕熱過程的分析與計算，將相關數據列于表1（氣缸規格均為160/40-650）。

根據表1 數據，“智能打殼系統”節氣率45.4%。

2.錘頭的使用壽命

打殼錘頭因為經常接觸高溫（960℃～1000℃）下的電解質與電解鋁液，常規打殼系統的錘頭因接觸電解質深度較深，時間較長，所以平均每個錘頭使用壽命只有6 個月左右，每臺電解槽6 個錘頭，每臺電解槽每年可消耗錘頭12 個。

“智能控制打殼系統”因為錘頭入液淺，時間短，所以錘頭的使用壽命至少18 個月（實際使用壽命更長）。

3.粘包率

常規打殼系統因錘頭入液深度較深，入液時間較長，所以錘頭極易粘包。錘頭粘包后，靠人工將包清理掉，每班每臺電解槽需要清理近10 個包。

采用“智能控制打殼系統”后，由于該系統有多種適應現場的功能，所以粘包數量可以大大地降低，根據統計計算實際粘包率可降低90%以上。

4.降低陽極效應系數節約用電量43%（統計計算）

多數陽極效應是因為堵料或者打殼不徹底致使下料不暢而發生的。

“智能控制打殼系統”具有多種適應現場的功能，所以可以減少陽極效應的發生。根據統計，陽極效應系數可以降低43%，則每年電解槽因陽極效應的減少而節約費用43%。

5.節約效應棒43%，節約效應棒產生的費用43%。

6.延長密封件使用壽命

常規系統的打殼錘頭打入電解質內的深度一般在200mm 左右。“智能控制打殼系統”的錘頭打入電解質內的深度一般在100mm 左右，工作行程減少了100mm，即減少了15%的行程，進而減少了密封件的磨損量，延長了密封件的使用壽命15%。

表1 常規打殼系統與“智能打殼系統”數據對比分析

表2 “智能控制打殼系統”不同行程數據對比分析

7.“智能控制打殼系統”其氣缸行程減少了15%，節氣率更高了。如表2所示。

根據表2，由于行程可調，“智能控制打殼系統”節氣率又提高了8.4%。

8.總的效益

采用“智能打殼系統”后，總效益如下：

①因低壓打殼節氣率：45.4%。

②垂頭壽命：至少18 個月。

③錘頭粘包率：降低90%。

④陽極效應系數：降低43%。

⑤效應棒用量：降低43%。

⑥延長密封件壽命：15%。

⑦因行程減少節氣率又提高了：8.4%。

以上數據是能夠統計和可以計算的，而另外還有一些效益很難統計和計算，但效果很可觀，如：

①錘頭的使用壽命提高了，更換錘頭的時間減少，檢修費與人工費降低了，停產的時間大大縮減，從而使產量提高了。

②錘頭的壽命提高了，錘頭的溶化量相對減少，從而使電解鋁的產品質量提高了。

③錘頭不粘包或少粘包，使得工人的工作量顯著減少，勞動強度大大降低。

④陽極效應減少了，電解鋁的質量與產量相應提高，熄滅陽極效應所用的時間與人工費降低了。

結語

“智能控制打殼系統”不管是在理論分析上還是現場的實際生產試驗中都收到了比較理想的效果。今后，“智能控制打殼系”將會逐步取代常規的打殼系統，進而成為電解槽上主要的、也是比較理想的打殼設備。