姜 林

（黃河鑫業(yè)有限公司， 青海 西寧 810000）

引言

對(duì)于鋁電解廠而言，其主要機(jī)械設(shè)備是電解槽和配套的裝置，同時(shí)還包括一些必要的環(huán)保設(shè)施，這些機(jī)械設(shè)備的性能代表著鋁電解廠的發(fā)展水平。

1 現(xiàn)階段鋁電解廠機(jī)械設(shè)備狀況概述

1.1 側(cè)部導(dǎo)電自焙陽極電解槽鋁廠

從國(guó)內(nèi)鋁電解廠的發(fā)展歷程來看，早期建立的一些大型鋁電解廠，主要分布在山東、包頭以及蘭州等地，同時(shí)還有一些地方性的中小型型鋁電解廠，以側(cè)部導(dǎo)電自焙陽極電解槽為主，通稱為側(cè)插槽。該種類型的電解槽是上世紀(jì)50年代初最早從前蘇聯(lián)引進(jìn)，經(jīng)過多年的改進(jìn)和創(chuàng)新發(fā)展，其機(jī)械化水平以及各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)參考指標(biāo)有了很大程度的提高。

1.2 上部導(dǎo)電自焙陽極電解槽鋁廠

對(duì)于該種類型的電解槽而言，通稱為上插槽，我國(guó)20世紀(jì)五六十年代被廣泛的應(yīng)用。對(duì)于上插槽而言，與之相配套的設(shè)備有拔棒天車、懸臂打殼加料機(jī)組以及加糊車[1]。目前國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀來看，早在20世紀(jì)60年代，大連起重機(jī)廠就自主研發(fā)出了拔棒天車，在貴州鋁廠以及青銅峽鋁電解廠的一期建設(shè)過程中得以有效應(yīng)用，確保了機(jī)組的運(yùn)行安全可靠性，當(dāng)時(shí)的各項(xiàng)技術(shù)水平均已達(dá)到了國(guó)際水準(zhǔn)。對(duì)于懸臂打殼加料機(jī)組而言，20世紀(jì)60年代初期的上海起重機(jī)器廠就已經(jīng)自主研發(fā)出這一機(jī)械設(shè)備，而且在貴州鋁電廠的一期建設(shè)與發(fā)展過程中得以有效的利用，技術(shù)性能和應(yīng)用水平均已達(dá)到國(guó)外同類同行業(yè)水平。對(duì)于加糊車來講，上插槽生產(chǎn)過程中需定期向陽極上部位置加入適當(dāng)?shù)年枠O糊，加糊設(shè)備沒有開發(fā)并且采用人工方式進(jìn)行操作；青銅峽鋁電解廠二期建設(shè)過程中，引入了專用的加糊車，而且其性能分層的可靠，大大促進(jìn)了生產(chǎn)效率和質(zhì)量的提高。

1.3 預(yù)焙陽極電解槽鋁廠

目前來看國(guó)內(nèi)采用該種方式的鋁電解廠也非常的多，比如貴州鋁電解廠、青銅鋁電解廠以及包頭鋁電解廠（二期）和撫順鋁電解廠（四期）等，而且機(jī)械設(shè)備水平也比較高，其中最為典型的是貴州鋁電解廠、青銅鋁電解廠等[2]。

上述鋁電解廠均全部或者部分引入了先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，在技術(shù)效率上縮短與國(guó)際水平之間的差距。具體而言，與預(yù)焙槽鋁電解生產(chǎn)相配套的機(jī)械設(shè)備主要有鋁電解用和碳素焙燒用兩種類型的多功能天車，對(duì)于前者而言其主要是預(yù)焙槽鋁廠生產(chǎn)操作過程中所需的主要裝置，其中打殼、更換陽極、加料、出鋁以及抬母線和電解槽安裝與檢修等作業(yè)是關(guān)鍵。就貴州鋁廠引入ECL天車來看，其中翻版形式的鋁電解多功能天車在撫順、包頭以及青海和沁陽等基礎(chǔ)鋁電解廠得以應(yīng)用。從技術(shù)性能水平來看，該種類型的電解槽已達(dá)到20世紀(jì)70年代的水準(zhǔn)，能夠滿足基本的生產(chǎn)要求。同時(shí)，我們也應(yīng)當(dāng)看到其缺點(diǎn)與不足之處，比如，雙速電動(dòng)機(jī)、電器元件以及空壓機(jī)等配套設(shè)施受所處環(huán)境因素的干擾和影響較大，運(yùn)維過程的工作量非常的大。隨著科技水平的不斷提升，機(jī)械設(shè)備的現(xiàn)代化和智能化不斷提高，自行研發(fā)的各種多功能天車性能逐漸增強(qiáng)。從成本造價(jià)來看，現(xiàn)階段我國(guó)生產(chǎn)的多功能天車成本僅為進(jìn)口車的10%左右，在日后發(fā)展過程中，若要選用先進(jìn)的進(jìn)口設(shè)備和元器件，則應(yīng)當(dāng)以提高鋁廠的電解天車整機(jī)運(yùn)行能力為條件。

2 鋁電解廠多功能起重機(jī)主梁部件優(yōu)化

基于以上對(duì)現(xiàn)階段中國(guó)鋁電解廠的機(jī)械設(shè)備現(xiàn)狀分析，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)新常態(tài)背景下，要尋求快速發(fā)展，就必須創(chuàng)新和改進(jìn)原來的理念與模式，在鋁生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備改進(jìn)上多下功夫。以多功能起重機(jī)主梁部件為例分析如下[3]：

起重機(jī)械設(shè)備主要用于電解鋁吊裝作業(yè)，同時(shí)也是物料流轉(zhuǎn)過程中必不可少的自動(dòng)化裝置。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，起重機(jī)械設(shè)備在冶金行業(yè)得以廣泛的應(yīng)用。在電解鋁工藝中，所需的原材料進(jìn)入電解槽內(nèi)生產(chǎn)鋁液，在此過程中鋁電解多功能起重機(jī)自動(dòng)換極，然后進(jìn)行打殼、下料、出鋁、抬母線以及稱重和電解槽維修等步驟。起重機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用不僅可以有效提高工作效率，而且能夠改善作業(yè)條件。陽極制備炭塊過程中，焙燒多功能起重機(jī)不僅可以吊運(yùn)重物，而且還能夠?qū)⒈簾隣t中的填充料抽出，并對(duì)其進(jìn)行分離和除塵回填，然后把陽極炭塊運(yùn)送到編解組。隨著科技水平的不斷提高，需對(duì)多功能起重機(jī)主梁部件進(jìn)行優(yōu)化，其步驟如圖1所示。

圖1 多功能起重機(jī)主梁部件優(yōu)化分析流程

在設(shè)計(jì)變量選定過程中各元素作為自變量，有一定的變量范圍要求，不能無限大或小，通過優(yōu)化確定自變量函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)非常的小但大于零，在分析有限元軟件時(shí)只能設(shè)置一個(gè)目標(biāo)優(yōu)化分析，需滿足機(jī)構(gòu)整體性能以及安全穩(wěn)定性。

本次優(yōu)化的關(guān)鍵在于更改上蓋板與下蓋板、腹板（左右）厚度，從而減輕主梁架構(gòu)的重量。在上述優(yōu)化基礎(chǔ)上選擇合適的材料，并通過對(duì)市場(chǎng)銷售的板材分析來選用Q420作為主梁材料。從應(yīng)用效果來看，選擇Q420作為主梁材料有利于提高主梁的強(qiáng)度與剛性，而且可以有效提高其韌性，使其具有較強(qiáng)的抗疲勞強(qiáng)度能力。對(duì)于主梁結(jié)構(gòu)而言，其主要由板材焊接而成，因焊接性能較好，焊接以后能夠有效提高應(yīng)力應(yīng)變性能，尤其在鋁電解廠中應(yīng)用效果顯著。同時(shí)，利用ANSYS Workbench分析軟件對(duì)鋁電解多功能起重機(jī)模型優(yōu)化分析，仿真設(shè)計(jì)鋁電解多功能起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)，并利用形狀分析類別來優(yōu)化分析主梁結(jié)構(gòu)；循環(huán)設(shè)定30次，其中優(yōu)化后獲得28組有價(jià)值的數(shù)據(jù)，篩選后用于主梁結(jié)構(gòu)最輕量化設(shè)計(jì)。測(cè)量結(jié)果顯示，主梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)以后，其自重減輕了大約10%；為驗(yàn)證優(yōu)化后的主梁結(jié)構(gòu)安全可靠性，對(duì)其靜力學(xué)應(yīng)力以及位移進(jìn)行分析，結(jié)果滿足要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)；不僅減輕了主梁的重量，而且提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

鋁電解廠的機(jī)械設(shè)備性能非常重要，關(guān)系著整個(gè)電解廠的生產(chǎn)與發(fā)展。近年來的實(shí)踐證明，國(guó)內(nèi)新建的鋁電解廠引進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備確實(shí)在縮短與國(guó)外發(fā)展差距過程中起到了非常重要的促進(jìn)作用，因此既要?jiǎng)?chuàng)新改進(jìn)又要大膽借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能促進(jìn)我國(guó)鋁電解廠的可持續(xù)發(fā)展。