袋裝粉料卸料裝置的研究與開發

陳 夢

1 現狀

目前中國為世界上最發達的經濟體之一，有許多產業都排行第一，電解鋁行業也是如此。但由于我國內電解鋁行業起步較晚雖然產量上去了，但在生產、研發、環境保護、材料再利用，人員設備安全等方面仍然存在大量的問題亟待解決。而本文所要解決的就是電解鋁行業面臨的一系列問題之一。即循環經濟、節約材料、保護環境安全、人員安全的措施設備，其主要原理為利用真空將生產用原料從裝原料的噸袋中吸出卸掉，這樣既解決了噸袋的循環利用節約了大筆的噸袋費用又減少了原料損失，由于采用的是真空卸料，防止了生產原料的污染保護了工人健康、為企業節約大量的醫療投入費用，可以為國家創造新的巨大效益。

現有包袋卸料形式的狀況：①基本是靠人工卸料，主要在產量低、工藝落后、沒有先進電解槽的私營小企業。②由于沒有自動卸料設備，基本采用人工割袋，工人在高粉塵環境下作業，人員的職業健康和安全風險較大且無保障。純人工割袋系列方式破壞了噸包袋的完整性，噸包袋達不到重復使用的目的，而且存有積料現象嚴重。③有卸料設備裝置的但需將料袋上部割開，或將可重復使用的噸袋下部解開進行卸料。該種卸料方式總體可行，但加大了企業負擔，噸包袋造價較高，目前市場上1.5t 的氧化鋁粉噸包袋最常用價格為60 元/個～100 元/個，而可重復使用噸包袋價格在200 多元/個，而且由于底部可拆解，底蓋兒為塑料材質，很容易損壞，循環使用次數不佳，特別在較寒冷的地區使用，效果更差，而且積存料嚴重，人工清料料袋較為困難。④采用翻袋機或翻袋框卸料，需配大量的除塵設備，一般而言，每套裝置需配備一套30kw ～70kw 除塵設備，總投資約200 萬～500 萬左右，而且仍需人工清理包袋，并存有積料2kg ～3kg。

以上四種情況與真空卸料設備比較如下。

表1 現有包袋卸料狀況與真空卸料設備對比

由以上可見氧化鋁粉的真空卸料裝置是電解鋁行業的必然選擇。國內目前企業卸料方式的現狀列舉如下。

表2 國內不同地區電解鋁企業的卸料方式

真空卸料方式裝置市場開發單位沈陽博達機械有限公司，該公司是目前為止集研發、設計、生產袋裝粉料卸料裝置的單位，具有獨立的知識產權，開發的產品已經形成系列。按功率來分，從30kw ～90kw 都有；按產量分，從10t/h——20t/h——30t/h——40t/h——60t/h 都有。其產品采用一品一策的設計思路，每個單位的產品都從實際出發單獨開發、單獨測算、單獨設計、單獨生產，適用于國內各種產業，并且得到了相關設計部門的認可。

2 研發歷程

袋裝粉料卸料裝置歷經5 年～6 年的調研、設計、樣機制作、生產、交付用戶、再設計、在制作樣機反復試驗改進。再設計再試驗的過程走過了從一代機到二代機、三代機、四代機的艱難歲月，付出了常人難以想象的困苦和巨大的經濟投入，終于研發出了具有完全自主知識產權的真空卸料設備。該成果解決了困擾多年的噸袋只能用人工破袋方式或液壓割包翻轉卸料的難題，可以最大限度的在保證噸袋不破損的前提下將生產原料卸出，保證噸袋的循環使用。而且該設備還有包裝、破碎、清掃，自潔功能，不失為一款為相關行業量身定做的卸料設備具有廣闊的發展前景。

當然國內各企業卸料情況千差萬別就我們調研的結果至少有5 種方式如：地上料倉式，地下料倉式、半地下筒倉式，濃相輸送式等。每一種卸料平臺的不同都意味著要有一種相對應的卸料設備。

3 設備組成

該袋裝粉料卸料設備由以下部分組成：

（1）粉料輸送裝置，雙輸送鍋十送料。

（2）工作人員平臺。

（3）吸料頭：￠324 防塑網。

（4）吸料臂：￠200。

（5）配氣套管：￠273。

（6）托拉套管：￠42 度（含拉緊器）。

（7）正壓氣體套管可伸縮。

（8）管件密封套。

（9）折疊外套。

（10）齒條、齒輪。

（11）自帶制動器變頻電機減速-0.5kw ～1kw。

（12）電機減速機安裝平臺。

（13）齒輪齒條定位平臺。

（14）方型套管伸縮對接平臺。

（15）正壓氣體分配器。

（16）正壓氣體軟管。

（17）管件連接法蘭。

其中，α∈[0,1]用于控制兩種隱式信任對預測評分影響的重要性.特別地，當α=0意味著只考慮信任u的用戶帶來的隱式影響，α=1意味著只考慮u信任的用戶帶來的隱式影響.

（18）料打料特制彎頭。

（19）推拉式閘板閥：300*300。

（20）電動閘板閥￠100。

（21）圓管與方管連接用天圓地方接頭。

（22）物料分離器水平進入式（頂端進入式）。

（23）脈沖貯氣罐。

（24）脈沖閥。

（26）電加熱纏繞電阻絲線。

（27）一立方壓縮空氣儲罐。

（28）物料篩分器。

（29）閉鎖器。

（30）重壓下料器。

（31）防磁連接器。

（32）正壓出氣管。

（33）正壓氣體分配室。

（34）大型閘板閥。

（35）消音箱。

（36）大型三通連接件。

（37）包裝機械平臺。

（38）破碎機械平臺。

（39）羅茨泵 132kw、IP56。

（40）一二三級防噪器。

（41）橡膠接頭。

（42）動力電源箱。

（43）控制柜。

（44）現場操作臺。

（45）變頻控制器。

（46）防腐蝕處理。

（47）電線電纜。

（48）夾心套管。

（49）內凸型法蘭。

（50）導向型豎管。

4 重大改進

4.1 吸頭的重大改動

原一代機，二代機的吸頭為固定式，為了解決內膜塑料袋堵塞問題采取了兩種主要的方式方法。一種是采取了撐起袋子的加工生產工藝，試驗了幾百次全部失敗，即使個別能將袋中的原料卸掉仍然不能將袋中的粉料全部卸凈，無法完成生產需求的指標。第二種是采用全自動方式，經反復試驗雖然能夠將料卸凈，但工作效率太低。卸料數量跟不上生產要求，浪費大量的能源，每小時卸料量僅能達到18 噸/小時和本身設計的指標40t/h ～70t/h 相差太遠。因此加大投入進行了三代機吸頭的改進試驗工作，在將近二年的改進試驗，再改進試驗終于取得了重大突破，解決了塑料袋堵塞問題達到了預期的設計產量。找出了第三代袋裝粉料卸料設備的全部問題。針對這些問題又進行了全面設計，可以說經過三代機的實驗產品最終走向了全方位的成熟。

吸頭的主要改進如下：

（1）、吸頭由單純的吸料改為了邊吸料邊抽袋結構，最后殘余原料采用正負壓等值輸送原理。

（2）、吸頭在工作時采取了可以隨時保持內部氣壓平衡的設計，解決了吸料工作至最后余料無法卸凈的問題。

（3）、吸頭采取雙結構設計吸料、補氣、增壓抽袋、防漏料、防堵塞一次全部解決。

（4）、吸頭在吸料的尾端增加了壓力開關，當壓力達到一定值后正壓補氣開關打開向塑料袋內注入與負壓等量的氣體保證負壓值與正壓值相等將余料全部卸凈。

4.2 輸送系統的改進

一代機的原料輸送采用的是皮帶機輸送但原料容易在底部形成積料。

二代機采用的雙鍋體循環上料方式但帶來了時間上的延遲。

針對上述問題又重新設計了新的垂直鍋式輸送系統，該系統充分采用了依靠重力下料的集料方式，將直徑1200mm 的原料吸到最后時候原料自動集聚至鍋底協助吸料完成。

4.3 閥門系統的改進

一代機、二代機、三代機的吸送試驗表明偶有閥門需要關閉時關不上、需要打開時打不開，閥門的響應能力很差。因此針對這一問題進行了特殊設計將閥門設計為一大一小，開啟關閉方式。當需要打開大閥門時先開小閥門，使缸內真空壓力下降，隨后將大閥門打開。有效的解決了此難題。

另外整個卸料系統共設定了7 處閥門各有其能互為配合。主要分設為管道閥門2 組，下料閥門2 組，壓力回轉閥門2組，重力下料閥門1 組。

4.4 料氣分離缸的改進

袋裝粉料卸料裝置所采用的料氣分離缸一代二代和三代產品都是以布袋作為料氣分離的核心部件，經實驗發現存在如下問題：

①壽命較短。②常由于負壓太大造成布袋從碗口抽出容易跑料密封不嚴。③水平分布式缸蓋漏氣嚴重造成負壓不穩。因此必須對氣料分離器進行徹底改造。

改造的目的和標準：

（1）標準化

（2）耐磨、耐用、適合長時間使用不損壞

（3）減少體積、增加過濾面積

（4）密封簡單方便、絕對可靠。

4.5 壓縮空氣系統的改進

卸料裝置的氣料分離及部分閥門的開啟適合使用氣缸作為執行動力源。但氣缸的使用及脈沖閥的使用容易在冬季時結冰造成臨時故障。因此最好選用電機作為動力來源，實在擺脫不了使用壓縮空氣做為動力來源時，要將壓縮空氣存貯在緩沖氣缸中并經過脫油脫水設備的處理才能使用。而且冬季為保證壓縮空氣的使用所有與設備聯結的管道都要用電伴熱帶纏繞上并保溫。

4.6 設備在現場的安裝防磁制作

袋裝粉料卸料裝置在生產完畢后需要到使用現場進行組裝但由于電解鋁所用的電解電流為直流電源會產生強大的電磁場，導致周邊300m ～400m 范圍的強磁場嚴重干擾焊接等安裝工作。因此導致設備的安裝電焊接合方式效率不高、難度較大，所以必須充分考慮如何保證最大限度的采用螺栓連接工藝，盡量減少焊接作業環節。將設備底座盡可能采用預埋螺栓連接方式進行組裝。

4.7 重力下料器的改進

重力下料器是保證卸料裝置能否正常運行的關鍵環節。因此重力下料器必須精心制造全環節由機加工制造組裝，真正做到封得住料，關的嚴、開的快、耐使用、免維護。

5 設備分類

（1）按照卸料的實際應將袋裝粉料卸料設備分為地上卸料式雙頭進一式，即雙工位卸料統一進入料倉型式。

（2）可以將卸料方式分為上部雙螺旋進料，下部單通道下料地下料倉式。

（3）還可以將卸料設備設計成中部分流式雙下料方式由高壓罐分貯原料分別輸送式。

（4）可以根據用戶需要將卸料設備直接與濃相輸送設備直接采用間斷式卸料輸送方式。

（5）除以上四種情況外應根據用戶的需求，因地制宜靈活設計適合用戶需求。

6 控制流程工藝程序

袋裝粉料卸料裝置的工藝流程如下：

上料→解袋→扎口→吸料→抽袋→供氣→停氣→結束吸料→解袋→準備→下一輪吸料。

7 電器控制流程

第一步啟動主機，啟動變頻控制柜，檢查各部位動作是否正常，并逐位確認正確無誤。

第二步人工裝袋到上料輸送平臺上并將料袋口解開準備卸料。

第三步 啟動平臺將解開袋口的粉料袋送至吸料位置并將塑料防潮袋固定到最外側的抽袋機構上，然后開始真空卸料，卸料一分鐘左右到最后將正壓氣體閥門打開同時將輸出遠端閥門關閉，使用正壓氣體迅速到達料袋底部將余料吸凈卸干凈。完成第一袋的卸料工作。同時關閉第一吸料口的閥門，摘下料袋放入包裝輸送機構，然后啟動平臺輸送料袋進入第二工位下一步卸料。

電器操作箱的程序是啟動主機30s，啟動輸送平臺運料，將料袋袋內塑料袋扎到吸料口抽袋機構上。啟動吸料開關開始吸料同時啟動抽袋機構吸料的時間為60s，待粉料基本吸凈后啟動加壓開關10s 然后關閉加壓工作，做完第一平臺的吸卸料工作。然后再關閉吸料第一工位同時進行第二工位的工作流程。總的卸料效率能力不少于40t/h。

8 耐磨材料

耐磨材料的好壞直接關系到袋裝粉料卸料設備的成敗，所以在耐磨材料的選擇上是非常重要的，因此我們選擇兩種耐磨材料解決主要部分的耐磨問題。一是采用外購陶瓷彎頭，二是采用料打料方式和做大徑彎頭。吸頭采用40Cr 材料解決吸頭耐磨問題。

9 經濟及社會效益分析

袋裝粉料卸料裝置是國內首款既能卸袋裝粉料又能裝卸多種類材料的真空卸料或送料設備。可以開發設計或多種類型適用多個行業使用的系列產品。目前重點開發的是電解鋁行業、將來還可以在化工煉油企業、糧食加工、飼料加工等行業使用。目前在電解鋁行業的使用目的為兩個重要環節。一個是防止揚塵環境污染，解決粉塵給環境和工人健康帶來的巨大危害。二是為了循環經濟服務解決企業包裝材料由一次使用即報廢到可以使包裝袋重復使用的難題。

例如每套設備按三班倒，每班按運行工作7h，每小時40t。單臺套上料與傳統割包上料的單臺工位的能力、人工持平；用電負荷與原工藝除塵系統動力負荷基本相當。如果保守按能重復使用兩次包裝袋的100 萬噸電解鋁企業計算，僅這一項每年可節省噸袋費用約：40 元/個×［（1.92t/TAl×100 萬TAl）÷1.4t/包÷2］=2743 萬元。并且大大改善現場工作環境，避免了每兩年輪換一次防止粉塵對工人健康的嚴重危害。如果將此設備用于其它無防潮袋的行業，工作效率更高可達70%。為企業帶來更高的節約效益。由以上分析該設備用途廣泛具有很大的市場空間。

10 結論

袋裝粉料卸料設備歷經磨練終于走出困境迎來了它的新生，研究開發的過程是一個認識自然、改造自然的過程；是從不認識到認識后升華的過程；是柳暗花明又一村的過程。總結而來以下幾點必須重點把控，否則會一招失誤，前功盡棄。

（1）吸頭套管，必須采用直管進料死管保護的吸料模式。否則會出現上不去，下不來，無法吸料的現象發生。

（2）料氣分離罐上連接的吸料閥門的開啟。必須遵循先泄壓再開啟的原則。否則會出現想打開閥門卻打不開，想關閉閥門又關不上的囧境。

（3）吸料閥門上的開口應外小里大即吸的方向應小口徑，入的方向為大口徑。主要目的為①減少原料對密封的沖擊，②減少內部腔壓，使分離罐達穩定運行。

（4）吸料管與補氣管之間的齒條位置應設置密封結構，保證正壓氣體的輸入壓力不受影響使最后的卸料干凈徹底。

（5）裝噸袋的鍋體尺寸不變，但下部的托架應選用重型工字鋼扣雙面板材做底支架，滾輪要設置在內部，不影響運行。

（6）不論何種結構應設置塑料碎屑清理裝置，防止給下一道工序帶來危害。