袋装粉料卸料装置的研究与开发

陈 梦

1 现状

目前中国为世界上最发达的经济体之一，有许多产业都排行第一，电解铝行业也是如此。但由于我国内电解铝行业起步较晚虽然产量上去了，但在生产、研发、环境保护、材料再利用，人员设备安全等方面仍然存在大量的问题亟待解决。而本文所要解决的就是电解铝行业面临的一系列问题之一。即循环经济、节约材料、保护环境安全、人员安全的措施设备，其主要原理为利用真空将生产用原料从装原料的吨袋中吸出卸掉，这样既解决了吨袋的循环利用节约了大笔的吨袋费用又减少了原料损失，由于采用的是真空卸料，防止了生产原料的污染保护了工人健康、为企业节约大量的医疗投入费用，可以为国家创造新的巨大效益。

现有包袋卸料形式的状况：①基本是靠人工卸料，主要在产量低、工艺落后、没有先进电解槽的私营小企业。②由于没有自动卸料设备，基本采用人工割袋，工人在高粉尘环境下作业，人员的职业健康和安全风险较大且无保障。纯人工割袋系列方式破坏了吨包袋的完整性，吨包袋达不到重复使用的目的，而且存有积料现象严重。③有卸料设备装置的但需将料袋上部割开，或将可重复使用的吨袋下部解开进行卸料。该种卸料方式总体可行，但加大了企业负担，吨包袋造价较高，目前市场上1.5t 的氧化铝粉吨包袋最常用价格为60 元/个～100 元/个，而可重复使用吨包袋价格在200 多元/个，而且由于底部可拆解，底盖儿为塑料材质，很容易损坏，循环使用次数不佳，特别在较寒冷的地区使用，效果更差，而且积存料严重，人工清料料袋较为困难。④采用翻袋机或翻袋框卸料，需配大量的除尘设备，一般而言，每套装置需配备一套30kw ～70kw 除尘设备，总投资约200 万～500 万左右，而且仍需人工清理包袋，并存有积料2kg ～3kg。

以上四种情况与真空卸料设备比较如下。

表1 现有包袋卸料状况与真空卸料设备对比

由以上可见氧化铝粉的真空卸料装置是电解铝行业的必然选择。国内目前企业卸料方式的现状列举如下。

表2 国内不同地区电解铝企业的卸料方式

真空卸料方式装置市场开发单位沈阳博达机械有限公司，该公司是目前为止集研发、设计、生产袋装粉料卸料装置的单位，具有独立的知识产权，开发的产品已经形成系列。按功率来分，从30kw ～90kw 都有；按产量分，从10t/h——20t/h——30t/h——40t/h——60t/h 都有。其产品采用一品一策的设计思路，每个单位的产品都从实际出发单独开发、单独测算、单独设计、单独生产，适用于国内各种产业，并且得到了相关设计部门的认可。

2 研发历程

袋装粉料卸料装置历经5 年～6 年的调研、设计、样机制作、生产、交付用户、再设计、在制作样机反复试验改进。再设计再试验的过程走过了从一代机到二代机、三代机、四代机的艰难岁月，付出了常人难以想象的困苦和巨大的经济投入，终于研发出了具有完全自主知识产权的真空卸料设备。该成果解决了困扰多年的吨袋只能用人工破袋方式或液压割包翻转卸料的难题，可以最大限度的在保证吨袋不破损的前提下将生产原料卸出，保证吨袋的循环使用。而且该设备还有包装、破碎、清扫，自洁功能，不失为一款为相关行业量身定做的卸料设备具有广阔的发展前景。

当然国内各企业卸料情况千差万别就我们调研的结果至少有5 种方式如：地上料仓式，地下料仓式、半地下筒仓式，浓相输送式等。每一种卸料平台的不同都意味着要有一种相对应的卸料设备。

3 设备组成

该袋装粉料卸料设备由以下部分组成：

（1）粉料输送装置，双输送锅十送料。

（2）工作人员平台。

（3）吸料头：￠324 防塑网。

（4）吸料臂：￠200。

（5）配气套管：￠273。

（6）托拉套管：￠42 度（含拉紧器）。

（7）正压气体套管可伸缩。

（8）管件密封套。

（9）折叠外套。

（10）齿条、齿轮。

（11）自带制动器变频电机减速-0.5kw ～1kw。

（12）电机减速机安装平台。

（13）齿轮齿条定位平台。

（14）方型套管伸缩对接平台。

（15）正压气体分配器。

（16）正压气体软管。

（17）管件连接法兰。

其中，α∈[0,1]用于控制两种隐式信任对预测评分影响的重要性.特别地，当α=0意味着只考虑信任u的用户带来的隐式影响，α=1意味着只考虑u信任的用户带来的隐式影响.

（18）料打料特制弯头。

（19）推拉式闸板阀：300*300。

（20）电动闸板阀￠100。

（21）圆管与方管连接用天圆地方接头。

（22）物料分离器水平进入式（顶端进入式）。

（23）脉冲贮气罐。

（24）脉冲阀。

（26）电加热缠绕电阻丝线。

（27）一立方压缩空气储罐。

（28）物料筛分器。

（29）闭锁器。

（30）重压下料器。

（31）防磁连接器。

（32）正压出气管。

（33）正压气体分配室。

（34）大型闸板阀。

（35）消音箱。

（36）大型三通连接件。

（37）包装机械平台。

（38）破碎机械平台。

（39）罗茨泵 132kw、IP56。

（40）一二三级防噪器。

（41）橡胶接头。

（42）动力电源箱。

（43）控制柜。

（44）现场操作台。

（45）变频控制器。

（46）防腐蚀处理。

（47）电线电缆。

（48）夹心套管。

（49）内凸型法兰。

（50）导向型竖管。

4 重大改进

4.1 吸头的重大改动

原一代机，二代机的吸头为固定式，为了解决内膜塑料袋堵塞问题采取了两种主要的方式方法。一种是采取了撑起袋子的加工生产工艺，试验了几百次全部失败，即使个别能将袋中的原料卸掉仍然不能将袋中的粉料全部卸净，无法完成生产需求的指标。第二种是采用全自动方式，经反复试验虽然能够将料卸净，但工作效率太低。卸料数量跟不上生产要求，浪费大量的能源，每小时卸料量仅能达到18 吨/小时和本身设计的指标40t/h ～70t/h 相差太远。因此加大投入进行了三代机吸头的改进试验工作，在将近二年的改进试验，再改进试验终于取得了重大突破，解决了塑料袋堵塞问题达到了预期的设计产量。找出了第三代袋装粉料卸料设备的全部问题。针对这些问题又进行了全面设计，可以说经过三代机的实验产品最终走向了全方位的成熟。

吸头的主要改进如下：

（1）、吸头由单纯的吸料改为了边吸料边抽袋结构，最后残余原料采用正负压等值输送原理。

（2）、吸头在工作时采取了可以随时保持内部气压平衡的设计，解决了吸料工作至最后余料无法卸净的问题。

（3）、吸头采取双结构设计吸料、补气、增压抽袋、防漏料、防堵塞一次全部解决。

（4）、吸头在吸料的尾端增加了压力开关，当压力达到一定值后正压补气开关打开向塑料袋内注入与负压等量的气体保证负压值与正压值相等将余料全部卸净。

4.2 输送系统的改进

一代机的原料输送采用的是皮带机输送但原料容易在底部形成积料。

二代机采用的双锅体循环上料方式但带来了时间上的延迟。

针对上述问题又重新设计了新的垂直锅式输送系统，该系统充分采用了依靠重力下料的集料方式，将直径1200mm 的原料吸到最后时候原料自动集聚至锅底协助吸料完成。

4.3 阀门系统的改进

一代机、二代机、三代机的吸送试验表明偶有阀门需要关闭时关不上、需要打开时打不开，阀门的响应能力很差。因此针对这一问题进行了特殊设计将阀门设计为一大一小，开启关闭方式。当需要打开大阀门时先开小阀门，使缸内真空压力下降，随后将大阀门打开。有效的解决了此难题。

另外整个卸料系统共设定了7 处阀门各有其能互为配合。主要分设为管道阀门2 组，下料阀门2 组，压力回转阀门2组，重力下料阀门1 组。

4.4 料气分离缸的改进

袋装粉料卸料装置所采用的料气分离缸一代二代和三代产品都是以布袋作为料气分离的核心部件，经实验发现存在如下问题：

①寿命较短。②常由于负压太大造成布袋从碗口抽出容易跑料密封不严。③水平分布式缸盖漏气严重造成负压不稳。因此必须对气料分离器进行彻底改造。

改造的目的和标准：

（1）标准化

（2）耐磨、耐用、适合长时间使用不损坏

（3）减少体积、增加过滤面积

（4）密封简单方便、绝对可靠。

4.5 压缩空气系统的改进

卸料装置的气料分离及部分阀门的开启适合使用气缸作为执行动力源。但气缸的使用及脉冲阀的使用容易在冬季时结冰造成临时故障。因此最好选用电机作为动力来源，实在摆脱不了使用压缩空气做为动力来源时，要将压缩空气存贮在缓冲气缸中并经过脱油脱水设备的处理才能使用。而且冬季为保证压缩空气的使用所有与设备联结的管道都要用电伴热带缠绕上并保温。

4.6 设备在现场的安装防磁制作

袋装粉料卸料装置在生产完毕后需要到使用现场进行组装但由于电解铝所用的电解电流为直流电源会产生强大的电磁场，导致周边300m ～400m 范围的强磁场严重干扰焊接等安装工作。因此导致设备的安装电焊接合方式效率不高、难度较大，所以必须充分考虑如何保证最大限度的采用螺栓连接工艺，尽量减少焊接作业环节。将设备底座尽可能采用预埋螺栓连接方式进行组装。

4.7 重力下料器的改进

重力下料器是保证卸料装置能否正常运行的关键环节。因此重力下料器必须精心制造全环节由机加工制造组装，真正做到封得住料，关的严、开的快、耐使用、免维护。

5 设备分类

（1）按照卸料的实际应将袋装粉料卸料设备分为地上卸料式双头进一式，即双工位卸料统一进入料仓型式。

（2）可以将卸料方式分为上部双螺旋进料，下部单通道下料地下料仓式。

（3）还可以将卸料设备设计成中部分流式双下料方式由高压罐分贮原料分别输送式。

（4）可以根据用户需要将卸料设备直接与浓相输送设备直接采用间断式卸料输送方式。

（5）除以上四种情况外应根据用户的需求，因地制宜灵活设计适合用户需求。

6 控制流程工艺程序

袋装粉料卸料装置的工艺流程如下：

上料→解袋→扎口→吸料→抽袋→供气→停气→结束吸料→解袋→准备→下一轮吸料。

7 电器控制流程

第一步启动主机，启动变频控制柜，检查各部位动作是否正常，并逐位确认正确无误。

第二步人工装袋到上料输送平台上并将料袋口解开准备卸料。

第三步 启动平台将解开袋口的粉料袋送至吸料位置并将塑料防潮袋固定到最外侧的抽袋机构上，然后开始真空卸料，卸料一分钟左右到最后将正压气体阀门打开同时将输出远端阀门关闭，使用正压气体迅速到达料袋底部将余料吸净卸干净。完成第一袋的卸料工作。同时关闭第一吸料口的阀门，摘下料袋放入包装输送机构，然后启动平台输送料袋进入第二工位下一步卸料。

电器操作箱的程序是启动主机30s，启动输送平台运料，将料袋袋内塑料袋扎到吸料口抽袋机构上。启动吸料开关开始吸料同时启动抽袋机构吸料的时间为60s，待粉料基本吸净后启动加压开关10s 然后关闭加压工作，做完第一平台的吸卸料工作。然后再关闭吸料第一工位同时进行第二工位的工作流程。总的卸料效率能力不少于40t/h。

8 耐磨材料

耐磨材料的好坏直接关系到袋装粉料卸料设备的成败，所以在耐磨材料的选择上是非常重要的，因此我们选择两种耐磨材料解决主要部分的耐磨问题。一是采用外购陶瓷弯头，二是采用料打料方式和做大径弯头。吸头采用40Cr 材料解决吸头耐磨问题。

9 经济及社会效益分析

袋装粉料卸料装置是国内首款既能卸袋装粉料又能装卸多种类材料的真空卸料或送料设备。可以开发设计或多种类型适用多个行业使用的系列产品。目前重点开发的是电解铝行业、将来还可以在化工炼油企业、粮食加工、饲料加工等行业使用。目前在电解铝行业的使用目的为两个重要环节。一个是防止扬尘环境污染，解决粉尘给环境和工人健康带来的巨大危害。二是为了循环经济服务解决企业包装材料由一次使用即报废到可以使包装袋重复使用的难题。

例如每套设备按三班倒，每班按运行工作7h，每小时40t。单台套上料与传统割包上料的单台工位的能力、人工持平；用电负荷与原工艺除尘系统动力负荷基本相当。如果保守按能重复使用两次包装袋的100 万吨电解铝企业计算，仅这一项每年可节省吨袋费用约：40 元/个×［（1.92t/TAl×100 万TAl）÷1.4t/包÷2］=2743 万元。并且大大改善现场工作环境，避免了每两年轮换一次防止粉尘对工人健康的严重危害。如果将此设备用于其它无防潮袋的行业，工作效率更高可达70%。为企业带来更高的节约效益。由以上分析该设备用途广泛具有很大的市场空间。

10 结论

袋装粉料卸料设备历经磨练终于走出困境迎来了它的新生，研究开发的过程是一个认识自然、改造自然的过程；是从不认识到认识后升华的过程；是柳暗花明又一村的过程。总结而来以下几点必须重点把控，否则会一招失误，前功尽弃。

（1）吸头套管，必须采用直管进料死管保护的吸料模式。否则会出现上不去，下不来，无法吸料的现象发生。

（2）料气分离罐上连接的吸料阀门的开启。必须遵循先泄压再开启的原则。否则会出现想打开阀门却打不开，想关闭阀门又关不上的囧境。

（3）吸料阀门上的开口应外小里大即吸的方向应小口径，入的方向为大口径。主要目的为①减少原料对密封的冲击，②减少内部腔压，使分离罐达稳定运行。

（4）吸料管与补气管之间的齿条位置应设置密封结构，保证正压气体的输入压力不受影响使最后的卸料干净彻底。

（5）装吨袋的锅体尺寸不变，但下部的托架应选用重型工字钢扣双面板材做底支架，滚轮要设置在内部，不影响运行。

（6）不论何种结构应设置塑料碎屑清理装置，防止给下一道工序带来危害。