出鋁臺(tái)包壓縮空氣出口閥

1、 出鋁臺(tái)包壓縮空氣出口閥王愚（貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院）摘 要：介紹了電解車(chē)間出鋁臺(tái)包的工作情況，提出出鋁臺(tái)包壓縮空氣出口閥的兩個(gè)方案，用于減少出鋁時(shí)抽進(jìn)臺(tái)包的電解質(zhì)，延長(zhǎng)臺(tái)包的運(yùn)行。關(guān)鍵詞：電解車(chē)間；出鋁臺(tái)包鋁廠電解車(chē)間用出鋁臺(tái)包把電解槽內(nèi)的鋁液抽到臺(tái)包里，運(yùn)到鑄造車(chē)間鑄成鋁錠。一般，每臺(tái)電解槽每天出鋁一次。出鋁臺(tái)包是圓柱形容器，外殼是厚鋼板，內(nèi)壁是耐火材料內(nèi)襯，鋁液容積有從3噸到10噸不等。見(jiàn)圖1。圖1 出鋁臺(tái)包 1臺(tái)包，2吸鋁管，3臺(tái)包蓋，4引射器，5壓縮空氣進(jìn)口，6壓縮空氣出口，7電解槽，8鋁液，9電解質(zhì)液出鋁時(shí)，吸鋁管2插進(jìn)電解槽槽膛鋁液內(nèi)，開(kāi)啟壓縮空氣管閥門(mén)，0.8Mpa的壓縮空氣從進(jìn)口

2、5進(jìn)入引射器4，在引射器的三通處形成負(fù)壓，將臺(tái)包內(nèi)的空氣抽出臺(tái)包，使臺(tái)包內(nèi)的壓力持續(xù)降低，鋁液從電解槽內(nèi)向上進(jìn)入吸鋁管，抽入臺(tái)包。電解槽在生產(chǎn)時(shí)，槽膛內(nèi)約960°C，由于比重的差別，下層是20cm厚的鋁液，上層是20cm厚的熔融電解質(zhì)。當(dāng)出鋁臺(tái)包的吸鋁管插進(jìn)電解槽槽膛時(shí)，先進(jìn)入上層的電解質(zhì)液，不可避免的會(huì)有20cm厚的液體電解質(zhì)進(jìn)入吸鋁管，然后被抽進(jìn)臺(tái)包。電解質(zhì)的主要成分是冰晶石，化學(xué)成分Na3AlF6，熔點(diǎn)約930°C，低于此溫度，電解質(zhì)冰晶石就凝固成堅(jiān)硬的白色巖石，凝固后的固體電解質(zhì)比重比鋁重，會(huì)沉積在臺(tái)包底部和側(cè)部。當(dāng)臺(tái)包運(yùn)至鑄造車(chē)間時(shí)，臺(tái)包溫度低于電解質(zhì)的凝固溫度，

3、電解質(zhì)在臺(tái)包內(nèi)壁凝固，不會(huì)隨鋁液倒出臺(tái)包。吸鋁管每插入一臺(tái)電解槽，都會(huì)帶進(jìn)一點(diǎn)電解質(zhì)，電解質(zhì)在臺(tái)包的內(nèi)壁越積越多?，F(xiàn)在，每個(gè)臺(tái)包出鋁100150次后，就得進(jìn)行清包作業(yè)，冷卻臺(tái)包，打開(kāi)臺(tái)包蓋，工人進(jìn)入臺(tái)包，用鑿巖機(jī)將臺(tái)包內(nèi)積存的堅(jiān)硬的電解質(zhì)鑿碎，取出。臺(tái)包的清包作業(yè)，噪音大，粉塵多，非常辛苦。出鋁時(shí)吸入電解質(zhì)使臺(tái)包的使用周期短，鋁廠必須準(zhǔn)備更多臺(tái)包來(lái)滿足周轉(zhuǎn)的需要。1 方案1，擋板閥在出鋁臺(tái)包的壓縮空氣出口處，安裝一個(gè)擋板。擋板如圖2所示。出口擋板8用鋼板制作，通過(guò)軸套固定在軸9上，可以繞軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3所示。軸9固定在壓縮空氣出口鋼管7上。一個(gè)彈簧10套在軸9上，給擋板8施加一個(gè)壓在出口鋼管上

4、的壓力。出鋁時(shí)，吸鋁管2插進(jìn)電解槽槽膛鋁液內(nèi)，開(kāi)啟壓縮空氣管閥門(mén)，壓縮空氣從進(jìn)口5進(jìn)入引射器4。由于出口擋板8的阻擋，壓縮空氣使臺(tái)包內(nèi)形成正壓，這個(gè)正壓只有兩個(gè)出口，一個(gè)是壓縮空氣出口管6，即推動(dòng)出口擋板打開(kāi)；另一個(gè)出口是吸鋁管2，從吸鋁管2溢出。從吸鋁管2溢出的空氣就把進(jìn)入吸鋁管的鋁液和電解質(zhì)液推出吸鋁管。隨著出口擋板8被壓縮空氣推開(kāi)，引射器4正常工作，從臺(tái)包內(nèi)抽氣，即進(jìn)入正常的吸鋁過(guò)程。調(diào)整出口擋板8的厚度，重量，以及彈簧10的壓力，使壓縮空氣推開(kāi)擋板的同時(shí)，剛好把吸鋁管2內(nèi)的電解質(zhì)液推出。然后，就開(kāi)始抽鋁。這時(shí)抽進(jìn)臺(tái)包的就只有鋁液了。使用壓縮空氣出口擋板，意圖避免在出鋁時(shí)吸入電解質(zhì)。圖2

5、 出鋁臺(tái)包壓縮空氣出口擋板4引射器，5壓縮空氣進(jìn)口，7壓縮空氣出口鋼管，8出口擋板，9軸，10彈簧圖3出鋁臺(tái)包壓縮空氣出口擋板動(dòng)作示意2方案2，錐管閥讓出鋁臺(tái)包引射器4的壓縮空氣出口管朝上，在出鋁臺(tái)包的壓縮空氣管的出口處，安裝一個(gè)臺(tái)包錐管閥。圖4出鋁臺(tái)包錐管閥1臺(tái)包2吸鋁管，3臺(tái)包蓋，4引射器，5壓縮空氣進(jìn)口，7臺(tái)包錐管閥圖5 臺(tái)包錐管閥臺(tái)包錐管閥由外錐管和內(nèi)錐管構(gòu)成，原理類(lèi)似轉(zhuǎn)子流量計(jì)。出鋁前，內(nèi)錐管靠自重壓在外錐管底部，堵住壓縮空氣出口。先連接好壓縮空氣管，這時(shí)，臺(tái)包內(nèi)與外部大氣只有圖2中的吸鋁管2一個(gè)通道。開(kāi)啟壓縮空氣管閥門(mén)，壓縮空氣從進(jìn)口5進(jìn)入引射器4。在壓縮空氣推開(kāi)內(nèi)錐管的期間，使臺(tái)

6、包內(nèi)形成正壓，可以從吸鋁管2向下壓出氣體，并帶出鋁液和電解質(zhì)液。當(dāng)壓縮空氣通過(guò)錐管閥的流速升高，引射器4產(chǎn)生負(fù)壓，從臺(tái)包內(nèi)抽氣，吸鋁管2開(kāi)始吸進(jìn)鋁液時(shí)，就只有鋁液，沒(méi)有電解質(zhì)液了。出鋁時(shí)，壓縮空氣將內(nèi)錐管吹離管口，懸空；壓縮空氣繞過(guò)內(nèi)錐管，向上排出。外錐管管口設(shè)鋼筋網(wǎng)擋住內(nèi)錐管，避免它被吹出來(lái)。當(dāng)出鋁結(jié)束時(shí)，工人關(guān)閉壓縮空氣供氣管的球閥，沒(méi)有壓縮空氣，內(nèi)錐管靠自重落下，壓在壓縮空氣出口管上，堵住出口，為下次出鋁做好準(zhǔn)備。4 電解質(zhì)能否進(jìn)入吸鋁管的計(jì)算臺(tái)包的壓縮空氣出口安裝了上述出口閥后，出鋁時(shí)，先將壓縮空氣管連接好，壓縮空氣管就是密封的了。吸鋁管2插進(jìn)電解槽槽膛上層的電解質(zhì)液內(nèi)，插進(jìn)的瞬間，臺(tái)

7、包與大氣的通道堵死，臺(tái)包內(nèi)與外部大氣隔絕。不開(kāi)壓縮空氣，吸鋁管插入電解質(zhì)液，由于包內(nèi)氣體的堵塞，電解質(zhì)液會(huì)不會(huì)進(jìn)入吸鋁管呢？平口玻璃瓶向下插入水面，水不會(huì)進(jìn)入玻璃瓶。臺(tái)包空間大，電解質(zhì)液能否進(jìn)入吸鋁管，可以計(jì)算。先計(jì)算一個(gè)便于實(shí)驗(yàn)的例子。設(shè)一個(gè)一端封口的玻璃管，直徑5cm，長(zhǎng)度20cm，垂直插入水面10cm后，水會(huì)進(jìn)入玻璃管口幾cm？見(jiàn)圖4。圖6 玻璃管插入水中以玻璃管內(nèi)的空氣為計(jì)算對(duì)象。當(dāng)玻璃管口剛到水面時(shí)，管內(nèi)的空氣被封閉，此為第一狀態(tài)，空氣的體積V1=×2.52×20 cm3 。 空氣的絕對(duì)壓力為一個(gè)大氣壓，用水柱高度表示，P1 = 10 米=1000cm。玻璃管插入

8、10cm后為第二個(gè)狀態(tài)，空氣被壓縮，設(shè)水面進(jìn)入管口h cm。V2 =×2.52×（20h ）cm3 , P2 = P1 + 10h = 1010 h 根據(jù)波義耳定律，PV=常數(shù)，即P1V1 = P2 V21000 ××2.52×20 = (1010 h) ×（×2.52×（20h ）等號(hào)兩邊同時(shí)除以×2.52，得到20000 = (1010 h)（20h ）計(jì)算式與×2.52無(wú)關(guān)，說(shuō)明h的數(shù)值與是否圓管無(wú)關(guān)，與管的截面積也無(wú)關(guān)。上式整理得 h2 1030 h + 200 = 0解方程得 h =

9、0.194 cm 2 mm?，F(xiàn)在假設(shè)這根玻璃管的上端連接了一個(gè)1立方米的封閉空間，設(shè)玻璃管的截面為100cm2,近似臺(tái)包的吸鋁管，仍然插入水面10cm，水會(huì)進(jìn)入玻璃管多少cm?此時(shí)，V1 = 1 m3 = 1000000 cm3P1 = 1000 cm水柱V2 = 1000000100hP2 = P1 +10h = 1010h帶入P1V1 = P2 V2得1000×1000000 = (1010h)（1000000100h）等號(hào)兩邊同時(shí)除以100，得10000000 = (1010h)（10000h）整理得h2 11010h+ 100000 = 0解方程得 h = 9.09 cm插入水面10cm，水會(huì)進(jìn)入9cm，說(shuō)明由于臺(tái)包容積大，包內(nèi)的空氣不能阻止電解質(zhì)進(jìn)入吸鋁管。上述兩個(gè)臺(tái)包出口閥，必須有適當(dāng)?shù)淖枇?，使壓縮空氣在推開(kāi)出口閥之前，使臺(tái)包內(nèi)有大約35cm鋁液柱=80cm水柱的壓力，把吸鋁管內(nèi)的電解質(zhì)液推出吸鋁管，然后再開(kāi)始建立負(fù)壓吸鋁，才能避免在出鋁時(shí)吸入電解質(zhì)。如果有一種延時(shí)開(kāi)啟閥，延時(shí)時(shí)間可調(diào)，裝在臺(tái)包的壓縮空氣出口，應(yīng)該也是可行的。2015年5月，在云南建水