电解槽回风管冒料原因分析及处理*

2022-07-26李学文夏志山彭建军

云南冶金 2022年2期

陈鹏，李学文，夏志山，黄河，高俊，彭建军

（曲靖云铝淯鑫铝业有限公司，云南曲靖655000）

超浓相输送技术属气力输送中的流态化输送技术，是将粉状氧化铝在密闭的溜槽内被流态化后，转变成固-气两相流体，具有流体的性质，沿着输送方向形成压力梯度，产生料柱差，以推动流态化后的物料向前流动，从而完成输送任务。超浓相输送具有以下特点：投资少、系统设施简单、物料流速慢、设备磨损小、维修成本低[1]。但回风管冒料是电解铝行业生产过程中产生的突出问题，经过技术分析和小范围实验，引用了变频器，使回风管冒料情况从根本上得到了改变。变频器的使用直接改善了超浓相输送过程中压力损失及冒料情况。

1 超浓相输送原理

超浓相输送是利用物料在流态化后转变成一种固-气两相流体。再根据流动压能和静压能转化原理，使物料在输送槽内进行输送[2]。由此原理可以作以下剖析：

超浓相输送利用物料在流态化后转变成一种固-气两相的相互转化流动中来达到输送氧化铝粉的目的。并且，这一过程是在封闭的输送溜槽内进行[3]。它输送的介质是新鲜的氧化铝粉固体，具有较强的离散性，输送的动力一系列前段是30 kW，后段37 kW；二系列是37 kW由离心风机供给气体（混合空气）。这就是前面所讲的固气两相流体。

超浓相输送技术的原理，即氧化铝粉的静压能流动压能和原理的转化。所谓静压能是指物体在静止时所具有的能量。流动压能是指物体在流动中产生的能量[4]。超浓相设备的输送物料过程需要经过两个阶段来完成：①使物料流态化；②物料流态化以后必须具有一定的压力差，才能使物料流态化后向前推进。因而达到向电解车间输送物料的目的[5]。

超浓相手动和自动输送相结合，系统检查完符合开机条件，现场手动启动输送风机，电脑画面上将1号、2号料斗启动，配料风机启动，系统进入输送状态，运行工检查槽上料箱，确保每台料满后关闭风机及料斗，一次输送完毕。

打开输送画面，按下输送风机的自动按钮，风机启动后系统自动启动1号、2号料斗及配料风机，进入输送状态，直至电解槽首尾两端料位计显示料满，系统自动关闭。

2 电解槽回风管冒料原因及处理措施

2.1 压力不稳定

压力过大及压力不稳定是回风管冒料的主要原因之一，通过使用变频器后能保持压力几乎恒定不变，也稳定了输料时间，优化后超浓相系统给电解铝的生产带来了明显的改善。

2.1.1 低压变频器

通常离心风机的风量与转速的1次方成正比，压力与转速的2次方成正比。因此，精确调节和稳定离心风机的转速，可以得到稳定的风量和风压，保证超浓相输送的技术要求。从电机变频调速的特性曲线可看出，变频调速具有近似直流调速的机械特性曲线，调速很平滑，电机的机械特性曲线也比较硬，具有较精确的转速控制。通过变频器实现离心风机的调速运行来取代风门控制的调节风量和风压，具有无可比拟的优势。

电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程和改善环境，推动技术进步的一种主要手段[6]。超浓相输送技术和电机变频调速技术的结合，使得铝电解厂的物料输送系统得到更加优化、完善，这也是回风管冒料得以解决的一大帮手。如果压力过小，物料就不能液态化，物料流动性不好，增加输送时间；如果压力过大，则物料在溜槽内沸腾，变成普通的风动溜槽，输送能力降低，也可能造成电解槽冒料，所以说动力风源的风量、压力以及物料达到一种最佳的平衡关系是超浓相输送成败的关键。

2.1.2 变频器压力的设定

37 kW离心风机正常情况下输送过程中压力在（6 500～9 000）Pa之间，压力波动大（如图1），输送过程中有很大的问题，如大面积输不进料、回风管冒料严重等问题。在使用变频后，经过调试过程中反复的试验压力，最终把压力控制在（3 900～4 000）Pa之间，输送压力曲线平稳（如图2），输送时间1 h/次，回风管冒料得到很好的改善，除少数单台槽子故障导致冒料外，情况有好转。变频压力的设定也是节能降耗工作的重要方面，降低了铝电解生产的辅助电耗。

图1 未安装变频时输送压力曲线Fig.1 Conveying pressure curve without frequency conversion

图2 安全变频时输送压力曲线Fig.2 Conveying pressure curve with frequency conversion

2.2 槽子上部结构变化

槽子上部结构的变化会使得输送风压产生变化，每个料箱在电解槽上所处位置不同使得每个料箱内的压力有大有小。每台电解槽在浓相系统中所处的位置有远有近，超浓相输送系统风力受风机及较长管道的影响也会不稳定，进入槽上部的风就出现相应变化，氧化铝在上部溜槽输送时会发生堵料，引起压力变化，从而打破料箱内部和通风管道之间的压力平衡，即Fa=H+Fb，其中Fb为定值，Fa变化将引起H的变化，当Fa增加到某一值时，造成输送风压大于料箱内适宜压力，氧化铝就会随风从排风管中排出。针对这一问题，曾多次对垂直管位置的调压阀进行调整，使每台槽子的输送压力在一个理想状态上。如遇到特殊情况，再次对调压阀进行调节。

2.3 电解槽大面积缺料

电解槽大面积不进料也是导致电解槽回风管冒料的主要原因之一，电解槽大面积缺料的原因有[7]：

1）输送溜槽杂质过多，氧化铝粉含氟过高，物料过粉导致氧化铝流动性差；

2）配料系统故障，不能正常供料；

3）风压不稳定，不能提供输送所需压力；

4）主溜槽气室进料，导致溜槽内铝粉堵塞；

5）料仓氧化铝不够，下料不正常；

6）调压阀膜片大部分损坏，维护保养不到位；

7）槽上槽下料管杂物堵塞。

在输送的过程中会遇到大面积不进料，在排查处理故障过程中，输送风机开启时间过长，风压过大，会使料箱内部分氧化铝从回风管排出。通常遇到大面积不进料是平时的维护保养不到位及各工艺参数控制不平稳造成的，加强工艺管理确保各参数平稳，回风管冒料现象也会相应减少。

2.4 超浓相调压阀弹簧编组

2.4.1 调压阀

超浓相系统专用调压阀，包括阀座、阀盖、膜片及活塞，其要点是膜片的周边通过阀盖压紧在阀座上，并与阀座形成一个气压室，阀盖顶壁的中部向下设有一圆筒，圆筒的内壁上设有螺纹，圆筒内旋入有一顶丝，顶丝顶压在弹簧上，弹簧的下端顶压在弹簧座上，弹簧座通过螺栓固定在膜片中部，阀座的侧壁上分别向外延伸设有进风管接头和出风管接头，进风管接头和出风管接头分别与进风管和出风管螺纹连接，活塞设置在气压室内，活塞可由膜片通过一摆动臂带动，实现对风量和风压能够自动跟踪调节，具有结构简单、使用方便等优点[8]。

2.4.2 超浓相主溜槽调压阀弹簧编组

主溜槽调压阀弹簧编组是控制风压、确保主溜槽输料状态良好的关键，同时也是控制电解槽上风压的办法之一，电解槽上风压过大会导致回风管冒料，反之氧化铝不能形成“沸腾”状，物料无法输送[9]。编组前把主溜槽调压阀行程统一调为15 mm，电解槽上为7 mm，的目的是主溜槽有平衡料柱，风压过大的时候会从平衡料柱排出，而单槽排风的重要部位就是回风管，压力过大会把氧化铝带出，不利于生产要求，在编组过程中可用的弹簧分别为2.0 mm、1.8 mm、1.6 mm、1.5 mm、1.4 mm、1.2 mm，利用弹簧的大小把主溜槽的压力从起始端到未端依次减小，这有利于氧化铝更好地输送。

2.5 回风管尺寸问题

回风管尺寸、结构的不合理也是冒料的主要原因之一，该厂二系列一、四段回风管安装时尺寸设计不合理（如图3改造前回风管管路尺寸），导致整个二系列就一、四段回风管冒料严重，其它几个段安装变频器后只有几台少量冒料，故统一把一、四段整改成图4所示回风管，主要目的：①加粗增大排风量，排风通畅；②让排出的风变向，设计隔板阻挡一部分物料回到料箱。通过此方法使一、四段的回风管冒料得到了很好地控制。

图3 改造前回风管管路尺寸Fig.3 Dimensions of each part of return air duct before transformation

图4 改造后回风管管路各部分尺寸Fig.4 Dimensions of each part of return air duct after transformation

2.6 单台回风管冒料的原因及处理

1）调压阀膜片损坏，造成风压过大，调压阀在输送过程中不能处于一开一闭的状态，未达到平衡压力的效果，压力增大会带出部分铝粉，及时更换膜片即可；

2）回风管胶管变型，导致排风不畅，料箱风压增大时带出少量物料；

3）槽上输送溜槽倾斜，物料不完全覆盖沸腾板，过多的风压在没有阻力的情况下造成大量的风会排出，通过溜槽进入料箱，增大料箱的压力，导致带出部分物料，通常这种情况校正槽上槽即可。

2.7 整体电解槽回风管排风能力差

由于电解槽回风管排风能力差（如图5），在电解槽槽上料箱排风管处加装旁路管，用胶管连接到支烟管，确保电解槽的绝缘达标（如图6），同时便于引风机把输料时过多的压力和带出的氧化铝抽到主烟管，氧化铝经过除尘器再次吸氟后供到电解槽再次使用，使物料循环再利用。

图5 未加装旁路管前的槽上部Fig.5 The upper part of cell without bypass tube

图6 加装旁路管的槽上部Fig.6 The upper part of cell with bypass tube

由于原胶管容易损坏，导致经常漏料（如图7），使员工的劳动量增大。把原回风管排风口堵死（如图8），不让风和料排到电解槽内：①减少员工的劳动量；②杜绝漏料，方便员工控制壳面厚度，减少氧化铝的损失，同时还能有效地控制电解工艺。

图7 改造前的回风管Fig.7 Return air duct before transformation

图8 改造后的回风管Fig.8 Return air duct after transformation

改造前每次输送氧化铝都会漏出部分氧化铝（如图9），经过改造后超浓相输料时电解槽壳面上再无积料（如图10），缩短了电解工更换阳极的时间和劳动量，同时也让电解各工艺参数能平稳运行。

图9 改造前回风管冒料情况Fig.9 Materials outflowing situation before transformation of return air duct

图10 改造后的回风管冒料情况Fig.10 Materials outflowing situation after transformation of return air duct

3 应用效果

通过在超浓相风机处加装变频后，能准确地调节输送风机的风压，很好地控制回风管冒料，压力损失过多也得到了很好的控制，做到了节能降耗，提高了超浓相输送系统的物料输送效率；同时通过调整主溜槽调压阀弹簧和改造电解槽料箱回风管，加装旁路管。采用上述措施和方法后，得出以下效果：

1）通过加装变频器有效调节了整个输送系统的风压，压力达到最佳的平衡，有效地控制了输送时间，退出风机工频运行，降低电耗，减少风压的浪费，避免多台电解槽回风管冒料；同时避免压力小造成对氧化铝输送时间延长，有效降低了生产电耗；

2）槽上排风系统设计时必须注意排风管的结构、尺寸，排风管设计尺寸、结构安装的不合理会造成排风能力降低，增大电解槽料箱压力，导致回风管冒料，应将排风管尺寸、结构通过输送风机的风压计算，能满足风压的排出，避免电解槽料箱压力过大后导致漏料；

3）主溜槽及单台槽子上调压阀行程及弹簧编组不能随意更改调节，必须根据每槽的实际情况调整到每个调压阀，确保主溜槽风压从首端到尾端是递减的，既保证整个系统风压的平衡，又能调节每台槽风压，这样输送过程中物料的流动性达到最佳，可以缩短输送时间，控制电解槽料箱内压力，避免单台电解槽漏料，同时降低了生产电耗；

4）安装槽上槽时应确保溜槽无倾斜，如果溜槽倾斜，将导致氧化铝输送困难，输送时间长，料箱压力增大，在排压的过程中会带出部分氧化铝，故安装输送溜槽时无倾斜，氧化铝输送平稳，当料箱输满时，该台电解槽调压阀关闭，停止供风，杜绝了该台电解槽回风管冒料；

5）电解槽料箱回风管处加装旁路管，原回风管用布袋封死，利用主引风机的负压将电解槽料箱内的压力引走，解决了槽上料箱排压的问题，排压泄露的物料通过旁路管进入支烟管带入除尘器循环再利用，彻底杜绝了电解槽回风管漏料，有效控制了电解厂房内粉尘飞扬。

总之，超浓相输送系统是铝电解生产过程中必不可少的一种铝粉输送方式，由于设计输送原理多样化，采用调压阀调压、电解槽料箱自动排压的方式输送，同时设计时的排压管尺寸各结构不合理，会导致物料输送时料箱压力过大，带出部分氧化铝，致使电解槽壳面积料过多，生产工艺难控制、员工劳动量加大、粉尘飞扬和电耗成本过高等现象。通过安装变频，使输送压力平稳，改造回风管的尺寸结构，对电解槽加装旁路管等一系列措施使料箱回风管冒料问题得到了根本解决，有效控制了生产电耗，同时提高了员工劳动生产率。