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真空抬包機(jī)設(shè)計

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真空抬包機(jī)設(shè)計
前言
眾所周知，鋁資源是鋁業(yè)乃至國家鋁工業(yè)的生存之基本和發(fā)展之本。是中國鋁業(yè)如何實現(xiàn)鋁礦資源持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)，是中圍鋁工業(yè)在市場競爭中求得生存并實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須要解決的重大課題。我國氧化鋁工業(yè)的產(chǎn)量山l999年的146．1萬噸增至2004年的700萬噸，午均增幅為27．08％。但是，隨著國內(nèi)新建氧化鋁企業(yè)生產(chǎn)能力的不斷釋放，市場競爭同趨激烈。自中國加入世界貿(mào)易組織后，逐漸實現(xiàn)了貿(mào)易白由化，進(jìn)口氧化鋁隨著關(guān)稅的逐步降低，配額等數(shù)量限制措施的消除都導(dǎo)致我國氧化鋁企業(yè)受到國外氧化鋁企業(yè)的沖擊。隨著氧化鋁生產(chǎn)能力的提高，鋁土礦一氧化鋁一電解鋁產(chǎn)業(yè)鏈中的瓶頸逐漸向鋁土礦轉(zhuǎn)移。在氧化鋁的產(chǎn)量規(guī)模方面，我國一直遵循穩(wěn)步提高的原則。但近幾年來，我國氧化鋁的增長速度明顯加快。2000~2004年，氧化鋁產(chǎn)量從432萬噸增長到700萬噸，年均增幅為12．3％，但是仍然難以滿足鋁業(yè)的要求，因此，從2001年開始，我圍氧化鋁進(jìn)口量每年都以100萬噸的速度遞增。2004年我國共進(jìn)口587萬噸氧化鋁，達(dá)到當(dāng)年同內(nèi)氧化銷產(chǎn)茸的83％，是當(dāng)年國內(nèi)氧化鋁需求的45％，比2000年我國進(jìn)口氧化鋁188萬噸增張399萬噸，累計增加2l3％。但是隨著我國氧化鋁產(chǎn)量的逐漸提高，氧化鋁進(jìn)口增幅正在下降。2006年前5 個月我國氧化鋁產(chǎn)量98.8萬噸，同比增長49．33％，其中非中鋁公司，產(chǎn)量為98．8萬噸，同比增長67．8％。同期氧化鋁進(jìn)口量278萬噸，同比下降8．52％，特別自3月份
以來，連續(xù)3個月出現(xiàn)口氧化鋁負(fù)增長。與此同時，中國氧化鋁的出口量在不斷增加。有報告顯示，中圍將在2008年成為氧化鋁的純出口國。
真空抬包是電解鋁冶煉過程中的一個重要設(shè)備，主要功能是將鋁電解槽中的電解鋁液吸出并倒運(yùn)至混合爐，本抬包適用于鋁鑄造行業(yè)，既可直接采用負(fù)壓吸鋁，也可通過噴射器利用壓縮空氣抽真空吸鋁，抬包減速機(jī)為手動、電動兩種操作均可，并可采用爪式離合器進(jìn)行切換，抬包包襯采用重質(zhì)澆注料整體澆注，強(qiáng)度高，使用壽命長。包體上焊接固定有噴嘴、吸鋁管和出鋁口，吊裝總成連接機(jī)架，機(jī)架上裝有傳動機(jī)構(gòu)，包蓋上鎖緊裝置采用肘節(jié)式壓緊，包蓋側(cè)板與連接板一端鉸接，連接板另一端與肘節(jié)式把手鉸接，肘節(jié)式把手前端與T型導(dǎo)桿橫邊一端固定連接，導(dǎo)桿橫邊另一端與側(cè)板鉸接，導(dǎo)桿堅邊裝有螺栓，包蓋上與螺栓對應(yīng)處固定有凸臺。真空抬包系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，性能好，容積大，大大提高生產(chǎn)率，降低成本，非常適用于電解鋁生產(chǎn)線。
本次畢業(yè)設(shè)計對中原鋁業(yè)河南分公司機(jī)械制造分公司的真空抬包系統(tǒng)，在原有的基礎(chǔ)之上及廠里工程技術(shù)人員和老師的指導(dǎo)下進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計，得到現(xiàn)在的設(shè)計成果。以降低產(chǎn)品成本，最大的發(fā)揮原有產(chǎn)品的效能，提高產(chǎn)品的競爭力，提高經(jīng)濟(jì)效益，以適應(yīng)競爭日益激烈的市場，為企業(yè)創(chuàng)造效益。也使我們的設(shè)計水平得到提高，提高了動手及創(chuàng)造的能力，是理論與實踐的結(jié)合，使大家明確設(shè)自己設(shè)計目的和設(shè)計原則，為日后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。

編者
2011年6月

1.項目分析
1．1真空抬包系統(tǒng)現(xiàn)有情況：
真空抬包是電解鋁冶煉過程中的一個重要設(shè)備，其主要功能是將電解槽中的電解鋁液吸出并倒運(yùn)至混合爐，是轉(zhuǎn)運(yùn)鋁水的重要設(shè)備。真空抬包能夠?qū)㈦娊獠壑械碾娊怃X液吸出并倒運(yùn)到混合爐后澆鑄成鋁錠。該設(shè)備維護(hù)費用低、安全性高、工人勞動強(qiáng)度低等特點，一次可吸取幾個電解槽內(nèi)的鋁液并直接送至混合爐，無需中途轉(zhuǎn)澆包倒運(yùn)，鋁液熱量損失小。該抬包采用正壓噴射吸鋁，改變了傳統(tǒng)的負(fù)壓直接吸鋁，消除了負(fù)壓吸鋁對真空系統(tǒng)的危害，由于其可與電解槽共用一個氣源，可省去整套真空系統(tǒng)，減少崗位配置，降低設(shè)備維護(hù)、檢修費用，節(jié)約運(yùn)行中的電費開支。
中國鋁業(yè)河南分公司電解廠原電解槽為60kA自焙槽，年產(chǎn)鋁量為3萬噸，采用容重為2噸的真空抬包來吸鋁，并配合5噸的敞口包來倒運(yùn)即可滿足生產(chǎn)的需要。隨著電解技改擴(kuò)建項目的完成，電解槽變?yōu)?5kA預(yù)焙槽，電解廠年產(chǎn)鋁量為5萬噸，為解決鋁液抽吸運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下、鋁液熱量損失大的問題，需要研發(fā)容重為 4~6 噸無需中轉(zhuǎn)澆包倒運(yùn)的真空抬包。隨著國內(nèi)一些大型預(yù)焙電解槽的研發(fā)成功，電流已陸續(xù)提高至160kA.200kA.280kA.320kA，電解槽產(chǎn)鋁量大增，小型吸鋁真空抬包已不能滿足生產(chǎn)的需要。
1．2 本次設(shè)計改進(jìn)所要解決的問題：
吸鋁真空抬包在外形上一般為普通傾注式錐桶形真空抬包，在結(jié)構(gòu)上可分為包體、人孔、吊架、吸鋁管、減速機(jī)及真空管等幾部分，減速機(jī)可以手動操作。真空抬包主要用于電解鋁廠，工作時直接采用負(fù)壓吸鋁，需要單獨配置一套真空系統(tǒng)，由于吸入空氣溫度較高，真空泵一般采用水環(huán)真空泵，設(shè)備配置價高。抬包的清渣、檢修及砌包襯均通過人孔進(jìn)行，極為不便。為提高使用效率，使用時往往需要大型敞口澆包配合使用，這樣會帶來鋁液熱量的損失。而需解決這些問題所采用的方法是：
包蓋與包體的密封及防變形措施。對于大型吸鋁真空抬包，包體直徑較大，包蓋與包體法蘭采用凸凹止口密封，密封件為石棉盤根。由于包蓋與包體受熱不均以及包體在起吊時的受力不均，容易導(dǎo)致包蓋與包體法蘭止口錯位，從而引起密封不嚴(yán)。對于這個問題，一方面要加強(qiáng)包體與包蓋強(qiáng)度，包體與包蓋均需加筋，采用厚法蘭。另一方面要采用合理的密封方式，可將包蓋法蘭嵌入至包體法蘭內(nèi)，形成雙重止口密封，一旦小止口密封失效，可啟用大止口密封。
包襯及吸鋁管使用壽命。對于小型吸鋁真空抬包，由于其直徑小、高度低，采用耐火磚砌包襯，其強(qiáng)度足可滿足其使用壽命，對于大型吸鋁真空抬包，由于其容積大，包襯必需采用澆注料整體澆注，其強(qiáng)度才可滿足使用壽命。吸鋁管屬耗損件,為提高其使用壽命,可采用耐溫900℃以上的耐熱鐵鑄造，并需進(jìn)行熱處理，耐熱鐵材質(zhì)中Si含量不可過高，以防止和電解槽中的氟化鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響吸鋁管使用壽命。
轉(zhuǎn)軸位置的確定及傾轉(zhuǎn)力矩的計算。對于大型吸鋁真空抬包，由于采用電動操作，從操作安全的觀點出發(fā)，轉(zhuǎn)軸位置應(yīng)高于空包和滿包的重心。抬包傾轉(zhuǎn)力矩M 包括空抬包包體所引起的轉(zhuǎn)矩M1，以及在澆注過程中由于鋁液不斷傾出，余留在抬包內(nèi)的鋁液所引起的轉(zhuǎn)矩M2，此外還有轉(zhuǎn)軸與其軸頸的摩擦力矩M3，三者均為轉(zhuǎn)角θ的函數(shù)。
M=M1+M2+M3

2．真空抬包總體設(shè)計基本方案
1．外形為圓柱狀，方便制作、節(jié)省材料，與同體積錐桶形真空抬包相比，散熱面積小，有利于保溫。雖然錐桶形抬包比圓柱狀抬包更有利于清理熔渣及殘余鋁液，但對于大容積抬包清除殘渣已較為方便。
2．采用茶壺式澆包的結(jié)構(gòu)形式，鋁液從包底澆出，熔渣被擋在包內(nèi)，撇渣效果好。抬包帶包蓋，包蓋與包體采用活節(jié)螺栓連接，固定方便。包蓋與包底封頭采用平底封頭。抬包大修、清渣、砌包襯均可開蓋進(jìn)行，十分方便。考慮到抬包的少量清渣、日常檢修以及解決抬包在使用間歇中自身散熱的問題，在包蓋上設(shè)立了人孔。
3．包嘴蓋設(shè)計成快開的結(jié)構(gòu)形式，包嘴蓋與包口管鉸接，并采用搭扣來控制包嘴蓋的開啟與關(guān)閉，使用安全方便。
4．采用噴射器利用壓縮空氣抽真空吸鋁。考慮到電解槽工作時，打殼下料、母線提升等工序均采用壓縮空氣工作，因此可與電解槽共用一個氣源，減少設(shè)備配置。
5．噴射器由工作噴嘴、負(fù)壓室、擴(kuò)壓管、接收室、消聲器等組成，壓縮空氣通過收縮的噴嘴后，在負(fù)壓室內(nèi)形成一束高速射流，吸卷負(fù)壓室內(nèi)的空氣一起進(jìn)入擴(kuò)壓管，在擴(kuò)壓管內(nèi)減速擴(kuò)壓后進(jìn)入接收室，最后在接收內(nèi)消音后排出至大氣。
6．減速機(jī)是抬包的傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，由于抬包容積的增大，自重及盛鋁量均增大，抬包的傾轉(zhuǎn)力矩增大，手動傾轉(zhuǎn)費力、效率低而且不安全，該減速機(jī)在結(jié)構(gòu)形式設(shè)計為手動與電動均可，正常操作為電動，手動為檢修和突發(fā)事故時用，手動與電動的切換采用爪式離合器，切換迅速方便，安全可靠。該減速機(jī)電動為三級蝸輪蝸桿減速，手動為兩級蝸輪蝸桿減速，減速比大。
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