電解槽用智能打殼氣缸

    電解槽用智能打殼氣缸是應用于鋁電解生產的工業(yè)自動化控制設備。在鋁電解生產過程中電解槽需要不斷地消耗原料，從而通過電解生產出鋁水。但由于生產設備的特殊性結構，加入的氧化鋁原料過程是間歇性的，而加入口在一段時間內很容易自我封閉 , 在表面形成很硬的殼，只有通過專業(yè)的打孔設備打開殼孔，才能將氧化鋁加入，這種專業(yè)的打殼設備稱之為打殼氣缸。由于打殼氣缸所處的環(huán)境是高污染、大磁場、高溫的，對打殼氣缸的設備和器件適用性提出了較高的要求，同時還需滿足鋁電解槽的加料工藝需求。
    目前國內外鋁行業(yè)采用大型預焙電解槽進行電解生產，在預焙鋁電解槽中均采用中間下料的生產模式，對于中間下料的鋁電解槽，電解槽上部衍架上的打殼氣缸是鋁電解生產的關鍵設備，它由微機自動控制打殼下料之間的協調與配合，完成電解鋁正常生產。
    在鋁電解生產中覆蓋在電解質上的氧化鋁很容易在表面形成結殼，對于自動加料的生產設備通過打殼氣缸打開殼口，按需加入氧化鋁連續(xù)生產，傳統(tǒng)的打殼氣缸在每次下料前打殼。由于鋁電解生產的特殊性，每次下料時的結殼狀況不同，而且電解槽的工作狀態(tài)不完全恒定，所以加入氧化鋁的時間間隔也各不相同，對于特殊情況下還會出現停止加料的時期，同時在不同的生產工藝條件下，結殼的厚度與硬度也不盡相同，如果每一次下料都進行高壓打殼，會大量浪費了打殼能源。傳統(tǒng)打殼氣缸沒有殼面檢測功能，每次打殼不管殼面狀況，都按大行程動作，將錘頭伸入電解質中，造成錘頭的腐蝕、縮短、錘頭氈包等，引起以后的打殼長度不夠和殼頭變形導致的料口狹小，造成堵料。同時被電解質腐蝕掉的殼頭還會對鋁水造成雜質污染，影響鋁水質量。因此研究一種按需打殼，殼頭不伸入電解質的智能打殼氣缸，不但可以節(jié)約能耗，同時可以提高生產鋁水的質量。
    現在鋁電解槽普遍使用的是普通打殼氣缸，雖然市面上有各種類型的智能氣缸，如鋁用節(jié)能氣缸、高溫節(jié)能型氣缸、多段式氣缸、降噪打殼氣缸等。鋁用節(jié)能氣缸，在接收到控制系統(tǒng)的打殼命令后，先進行試探性打殼，如若不能成功，則再進行加壓打殼或高壓打殼，不能提前預判結殼殼面的狀況 ；而高溫節(jié)能型氣缸，是先進行壓殼，如若不能成功，則再進行定壓打殼 ；多段式氣缸是，在氣缸上設置不同的限位，采用分段式壓力進行打殼，不同的壓力達到不同的殼面位置，盡量避免打殼錘頭被浸入電解質中 ；而降噪打殼氣缸的主要特點是，根據檢測到殼面采用逐步加壓，壓殼或再沖擊打殼方式打殼，以減小打殼的噪音。
    現有鋁電解槽采用的打殼氣缸，不管是節(jié)能型打殼氣缸，還是降噪型打殼氣缸，他們都有一個共同的特點是，在接收到槽控系統(tǒng)發(fā)出命令后，不能預判殼面狀況，直接進行打殼，不能根據工藝和生產的特點來進行打殼。它們在接收到控制系統(tǒng)的打殼命令后，先進行試探性打殼，如若不能成功，則再進行加壓打殼或高壓打殼，只是打殼的方式分為低壓、高壓、或變壓力型打殼。由于電解生產殼面的固有特性，和電解生產過程中的下料的不確定性，每次殼面狀況不同 ；這樣不斷試探性打殼，不但造成了打殼能源的浪費，同時也無形地延遲了下料的時間，可能會造成電解槽的短時供料不足，帶來效應。由于每次打殼到打殼完成的時間各不相同，破壞了控制系統(tǒng)的下料預測模型，造成了下料的不確定性，給生產帶來了更大的壞處，濃度控制不精確，效應頻發(fā)等問題。傳統(tǒng)打殼氣缸沒有殼面檢測功能，即使有不同的限位，也是固定的，不能根據每次不同的殼面高度進行自動調整，每次打殼不管殼面狀況，都按固定或大行程動作，經常將殼頭伸入電解質中，造成殼頭的腐蝕、縮短、殼頭氈包等造成以后的打殼長度不夠和殼頭變形導致的料口狹小，造成堵料。
    為了解決上述問題，鄭州博億開源自動化設備有限公司提供一種一種電解槽用智能打殼氣缸。
    電解槽用智能打殼氣缸大特點是自動檢測殼面，當多次打殼以后，系統(tǒng)會在預測出下次打殼時的殼面情況，并決定打殼方法和打殼行程。鋁電解生產過程中正常情況下的打殼基本上是加壓打殼，而只有對于剛啟動的電解槽、以及有堵料現象的電解槽或較長一段停止加料的電解槽，才會出現使用沖擊打殼的方法。加壓打殼一般為沖擊打殼的三分之一的壓力，不但很好地節(jié)約了能源，同時也降低了打殼噪音。同樣本產品的免傾入電解液的功能，也強于市面上的智能氣缸。原因是 ：打殼的行程是依照電解槽的生產狀況自動調整的，所以更好地減少了錘頭的腐蝕與磨損。
    另一特點是：既可以當作智能氣缸，也可以當作普通氣缸使用；不但可以當作智能氣缸使用于新建電解槽，也可適用于已生產的電解槽，用本產品直接代替原有的氣控柜和打殼氣缸兩者即可。

    圖中：1-減壓閥，2-兩位五通電磁閥，3-壓力傳感器 ,4-壓力傳感器，5-高低限位開關 ,6-高低限位開關，7-打殼錘頭，8-打殼氣缸，9-PLC控制器，10-槽控機，11-連接電纜，13-壓縮空氣總管。
    具體實施方式：
    如圖所示，本新型電解槽用智能打殼氣缸包括設置在電解槽加料口上方的活塞桿端連接有打殼錘頭7的打殼氣缸8，打殼氣缸的兩個進出氣口通過管路分別與兩位五通電磁閥2的相應接口相連，兩位五通電磁閥2通過減壓閥1與壓縮空氣總管13相連接；在打殼氣缸的兩個進出氣口處分別設置有壓力傳感器3、4，在打殼錘頭伸縮運動的上、下行程止點處分別設置有限位開關5、6 ；壓力傳感器、限位開關、減壓閥以及兩位五通電磁閥的控制接口均通過連接電纜11與PLC控制器的相應接口連接，PLC控制器通過連接電纜11與槽控機通訊連接。
    打殼錘頭的錘桿上設置有與限位開關相配合的凸狀觸點；壓力傳感器為GB-3000A壓力變送器，壓力變送器采用管接式安裝，量程為0~1.6MPa，輸出4~20mA, 采用供電24VDC；減壓閥為帶有過濾調壓閥氣源處理三聯件的AC5000-10-減壓閥；兩位五通電磁閥的型號為BJK25-15；
    本產品配置了一個工業(yè)控制器，工業(yè)控制器直接采集壓力傳感器、打殼限位傳感器（限位開關）的輸出信號，并控制打殼的執(zhí)行，同時工業(yè)控制器具有打殼命令輸入口和打殼反饋繼電器口，以及485通訊口，工業(yè)控制器可選擇與槽控機或氣控柜相連。
    工作原理如下：當PLC控制器接收到槽控機發(fā)出的打殼命令信號，氣缸加以2bar的壓力進行打殼，氣缸伸出，碰到殼面后阻力增加，如果殼面很薄在2bar的壓力下可以打開殼面；否則若不能打開殼面，槽控機控制氣缸縮回，并以高壓沖擊打殼，在設定的次數可打開殼面的，PLC控制器向槽控機反饋打殼完成信號，否則反饋打殼故障報警信號，要求人工處理。在正常情況下，殼面較薄，低壓打殼即可打開殼面，對于較長時間間隔后的打殼，殼面較厚，但可以通過高壓沖擊打殼完成。當槽控機接收到打殼完成命令后，就可開始下料，一次打殼結束。
    打殼的殼面判別方法，當錘頭伸出遇到殼面時，阻力增加，壓力曲線斜率發(fā)生變化，當殼面較薄時，壓力曲線斜率變化不大；但當殼面較厚時，壓力曲線斜率變化很大，即出現拐點，通過比較曲線的斜率和拐點情況，即可判斷殼面的薄厚。
    PLC 控制器的工作原理如下：控制器記錄每次打殼的時間間隔，以及殼面的薄厚狀態(tài)，并通過預測控制算法，計算出本次的殼面狀況，與實際打殼的殼面薄厚作比較，不斷總結不同時間間隔下的殼面情況，并修正本次打殼的打殼壓力。這樣在接受到打殼命令后，通過預測控制算法，就可逐步確定打殼的壓力，為了簡化預測，可采用分段式壓力控制參數。
    通過以上的方法我們在400KA電解槽使用取得了節(jié)能壓縮空氣約64%的效果，約50%以上的打殼為低壓打殼，打殼噪音降低了50%以上。