电解铝阳极保温覆盖料震荡输送撒布机的设计与研究

（石河子安南经济建设投资有限公司，石河子市，832000） 齐 琪

（石河子大学机械电气工程学院，石河子市，832000） 赵永满

（天山铝业有限公司，石河子市，832000） 谭震军 祁文良

铝作为重要的基础工业原材料，电解铝作为高能耗行业，在国民经济中占据非常重要的地位[1]。国外在电解铝阳极保温覆盖料添加方面的技术较为成熟，自动化程度高，但是国外这种保温覆盖料添加方式对氧化铝破碎的粒度及均匀性要求太高。国内企业电解铝阳极保温覆盖料的添加主要以人工为主，这一作业过程中，工作条件恶劣，会产生大量的粉尘，导致严重的环境污染，极大的影响工人的身心健康[2]。

针对目前国内尚没有相关电解铝阳极保温覆盖料机械化添加装备以及由于新疆电解铝企业普遍以人工操作作业模式致使作业劳动强度高、工作效率低、环境污染重、健康危害大等问题，本文提出一种适应国内电解铝行业、机械化程度高的电解铝阳极保温覆盖料震荡输送撒布机。

1 工作原理

图1 震荡输送撒布机示意图

本机主要由载重汽车、搅龙、震荡给料器、输送机等四大部分组成（如图1所示）。载重汽车主要工作部件由常见的汽车改装而成，其选择的型号将决定保温覆盖料的载重量，用载重汽车作为覆盖料载重容器设计简单且运用灵活，可适应不同的工作条件；搅龙能够对保温覆盖料起到输送的作用，且在载重汽车上安装方便，传动设计也较为简单，最重要的是能够对大颗粒的覆盖料进行搅碎作用，大大降低了电解铝保温覆盖料机器的操作难度；震荡给料器安置在出料口，可以防止出口堵塞，加快下料速度[3]；输送机在非工作状态下可通过机械折叠收起。

该机的工作过程是：工作时，将装有电解质覆盖料的机器停靠至阳极托盘附近，搅龙先工作，具有搅碎和物料进给的作用，同时开启震荡给料器，防止出料口堵塞，并加快下料速度，使物料进入输送机内，物料在带式输送机的作用下均匀散布在阳极碳块上，完成电解铝保温覆盖料添加作业的整个过程。

2 设计与计算

2.1 添加输送装置相关设计

物料在螺旋添加输送装置中的运动，不随螺旋体转动，而只在旋转的螺旋叶片推动下沿螺旋方向移动[4]。物料颗粒在输送过程中，物料的运动由于受旋转螺旋的影响，物料的运动并非是单纯的沿轴线作直线运动，而是在直线复合运动中沿螺旋轴运动，是一个立体运动。

物料颗粒的轴向速度计算公式：

从上式可以看出，在一定的转速下螺距s 在某一范围内物料可以得到较好的轴向输送速度，螺距过大或者过小，都会影响物料的轴向速度，输送装置如图2。根据新疆某公司要求，需水平输送电解铝覆盖料，输送量为20t/h，输送距离为2m，螺旋添加输送装置直径为0.2m，螺距s 为0.18m，螺旋转速为85r/min。

图2 输送装置

2.2 料仓系统的设计计算

2.2.1 料仓的设计计算

如图3 所示，设计料仓为斗式料仓，长4m，宽1.87m，高1m。从上部接收电解铝覆盖料，底部设有下料口，由螺栓螺母与输送装置相连，进行添加输送过程。计算料仓的体积：

图3 料仓结构图

由上可知，料仓的装料容积是10.37m3，输送效率设计需求为20t/h，则料仓一次添料，可以连续作业半小时。

2.2.2 料仓下料缓冲板的设计计算

图4 下料缓冲板结构图

如图4 所示，在料仓内部，设计一块下料缓冲板，遮盖住下料口，当载重汽车填充物料进入料仓的时候，可以避免覆盖料从料仓口直接对螺旋输送装置进行冲击，同时也能避免缓慢下料的时候，覆盖料受重力作用，对螺旋输送装置的静压力。设置上图的下料缓冲板，可以有效分散螺旋输送装置垂直方向所受到的来自覆盖料的压力。

2.3 进出料口尺寸的计算

螺旋添加输送装置进料口、出料口根据用户现场开设。因为输送量为20t/h，物料容重为1.0t/m3，输送量转换为20m3/h；物料的轴向输送速度ν为：

式中：l——螺距，m；n——螺旋转速，r/min。则截面积为：

2.4 螺旋机壳内径的选择

机壳是由3～8mm厚的薄钢板制成。机壳的内直径要稍大于螺旋直径，使两者之间有一间隙。螺旋和机壳制造、装配愈精确间隙可愈小。这对减少磨损和动力消耗非常重要，一般间隙为5.0～15mm。

2.5 传动功率的确定

查机械设计手册，可知计算所需螺旋添加输送装置正常运转的功率的公式：

式中：Q--输送量；λ--阻力系数，本文取3；L--螺旋添加输送装置长度；D--螺旋添加输送装置直径；H--倾斜布置时的垂直高度，本文为0。

3 结论

设计的电解铝阳极保温覆盖料震荡输送撒布机设计新颖，技术先进，以载重汽车为覆盖料载重容器，通过搅龙装置对保温覆盖料进行输送和搅碎，震荡给料器的应用可使覆盖料在出料过程中加快下料速度，不易产生堵塞现象。通过螺旋输送装置实现覆盖料的输送，提升了输送质量，降低了电解铝保温覆盖料机器的操作难度，大大降低人工的劳动强度，提高了生产率，整机结构设计简单，在非工作状态下还可通过机械折叠收起，方便实用。