铝厂电解碳素残极表面喷丸喷砂清理系统及方法

摘要

一种铝厂电解碳素残极表面喷丸喷砂清理系统及方法，该清理系统包括：喷丸喷砂室，用于定位电解碳素残极工件，可形成一密闭空间，并对电解碳素残极工件表面进行喷砂或喷丸处理，以清除电解碳素残极外表面的杂质，回收洁净的碳素进行再利用；喷丸喷砂装置，包括自动连续喷丸喷砂器及自动喷丸喷砂机构，所述自动喷丸喷砂机构包括设于喷丸喷砂室内的多把喷枪，分别设于残极工件下方、上方的两侧，以分别对准残极工件底部、顶部进行喷丸或喷砂清理作业；丸料或砂料回收装置。本发明克服了现有技术的缺陷，通过自动喷砂(丸)的方式清理碳素厂电解后的碳素残极外表面的电解杂质，利于回收电解后的可再用碳素。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝业公司或铝厂的碳素厂(车间)的电解后碳素残极回收过程中的电解杂质清理工艺和处理系统，通过自动喷砂(丸)的方式清理碳素厂电解后的碳素残极外表面的电解杂质，利于回收电解后的可再用碳素。

背景技术

碳素残极的主要成分为碳块，外表面(主要是残极外表面)附着对回收有害而需要清理的电解质。铝业公司或铝厂的碳素厂的碳素残极现有的处理方法为：

1、通过人工清理的设备，厂家一般采用一个残极工件通过平台，当残极工件进入平台中间的时候工人用专用的工具迅速铲除附着在残极工件外表面的电解质，清理下来的电解质直接落入平台下方的输送皮带上，然后由输送皮带带走。

2、抛丸设备清理装置，该设备通常由抛丸房体、抛头、铰龙丸料输送机、斗式丸料提升机、丸料分选器及除尘器等组成，抛丸的工作原理主要是采用离心力的原理，抛头位置的调节不方便，丸料的输送和提升主要采用机械的铰龙丸料输送机和斗式丸料提升机来实现，设备故障率高、维修量大，工作时房体的密封性差，大量丸料往室体外飞溅，室体外的人员无法接近设备，丸料在回收过程中的丸料分选效果差，丸料被大量浪费，  除尘器的除尘效率及设备整体噪音效果不佳。因此，针对以上种种问题，该设备在投入使用后不久，往往使得用户被迫停止使用。

有鉴于此，本发明人为解决上述公知技术存在的问题，乃决心凭其从事本领域多年研发、制造的经验，对通用的处理方法和通用设备的技术作出全新的改进创新，提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种铝厂电解碳素残极表面喷丸喷砂清理系统及方法，以适用于铝业公司或铝厂的碳素厂(车间)的碳素残极回收，改善甚至克服上述公知技术的缺陷。

本发明的技术解决方案是：一种铝厂电解碳素残极表面喷丸喷砂清理系统，该清理系统包括：喷丸喷砂室，用于定位电解碳素残极工件，可形成一密闭空间，并在该密闭空间内对电解碳素残极工件表面进行喷砂或喷丸处理，以清除电解碳素残极外表面的杂质，回收洁净的碳素进行再利用；  喷丸喷砂装置，所述喷丸喷砂装置包括自动连续喷丸喷砂器及自动喷丸喷砂机构，该喷丸喷砂器为储存丸料或砂料的压力容器，所述自动喷丸喷砂机构包括设于喷丸喷砂室内的多把喷枪，所述喷枪分别设于残极工件下方、上方的两侧，以分别对准残极工件底部、顶部进行喷丸或喷砂清理作业；输送装置，包括输送残极工件进出该喷丸喷砂室的残极工件输送装置、丸料砂料输送装置及废料输送装置；丸料或砂料回收装置，回收喷砂或喷丸处理后的丸料或砂料。

与上述铝厂电解碳素残极表面喷丸喷砂清理系统相对应，本发明还提出一种铝厂电解碳素残极表面喷丸喷砂清理方法，其包括：输送装置将电解碳素残极运送至喷丸喷砂室里并定位；喷丸喷砂装置对该电解碳素残极进行喷丸或喷砂处理，以清理其外表面的电解杂质；清理完成后的电解碳素残极经输送装置送出喷丸喷砂室。

本发明的特点和优点是：本发明根据铝厂、碳素厂用户的要求结合国际领先技术的环保型喷砂(丸)设备，提出适用于铝业公司或铝厂的碳素厂(车间)的碳素残极回收过程中的电解杂质清理方法及系统。该技术的应用将完全替代通用的人工清理方式，将克服通用的抛丸设备的离心力的工作原理、抛头位置的调节不方便、机械式的丸料输送和提升方式、设备的故障率、大量的维修工作，解决通用设备的房体密封性差大量丸料往室体外飞溅的的问题、丸料在回收过程中的丸料分选效果差大量丸料被浪费及分选不干净的问题、清理不干净的问题、除尘效率底及噪音大的问题、电器控制系统落后的问题等。具体如下：

1、采用空气动力方式进行喷丸后的丸料回收，整个设备由一套或多套风机来实现丸料的回收、分选、除尘，替代通用设备的机械式丸料回收形式，设备的蜂窝式丸料回收地板、分选、除尘过程中的设备模块没有任何活动零部件，设备在正常的使用年限内不存在维修现象及维护费用，为用户节省了大量的维修工作及维修费用，大大提高了工作效率。

2、采用压力容器作为喷丸(砂)罐，通过压缩空气实现压入式喷丸(砂)，替代通用设备离心力方式的抛丸清理，清理面积大，工作效率高，喷枪的位置及角度调节灵活、方便。

3、采用高效率的空气动力分选器，被清理后的杂质和循环回用的丸料被有效的分选开，确保循环回收的丸料洁净度达到99％，可再用的丸料100％被回收。

4、采用多级振动筛网器，实现丸料在回收过程中多种不同粒度的丸料筛选，筛选精度达到99％。

5、采用旋风除尘器和滤芯除尘器，大大提高了除尘效率，除尘精度达到99.99％。

6、采用夹心钢板作为设备室体，外形美观，工作时噪音小。

7、采用丝杠驱动的电动滑轨装置带动室体内喷丸机构的运行及摆动，实现自动化喷丸。该装置由一套或多套组成，可布置在室体的上表面、或侧壁等室体内外表面的位置。

8、采用PLC电器控制系统，配置电脑触摸屏及手提电脑三维模拟工作演示过程，实现先进的电器控制。

附图说明

图1为本发明铝厂电解碳素残极表面喷丸喷砂清理系统的整体结构示意图。

图2A为本发明的清理系统的具体结构示意图。

图2B为图2A的俯视图。

图2C为图2A的侧视图。

图3A、图3B为喷丸室的结构示意图。

图4A、图4B、图4C为回收地板(或称吸丸底板)的结构示意图。

图5为喷丸器的结构示意图。

图6A、图6B为自动喷枪的设置示意图。

图7A、图7B为空气动力除尘器的结构示意图。

图8为本发明的铝厂电解碳素残极表面喷丸喷砂清理方法的流程图。

附图标号说明：

1、喷丸(砂)室           10、房体            11消声器

13、检修门              17、19、前后门     100、残极工件

101、吊杆                2、丸料回收装置    21、丸料回收地板

23、地板隔栅            25、丸料输送风管    27、提丸风管

3、分选装置             31、初级分选装置    32、第二级分选装置

4、喷丸装置             41、自动连续喷丸器  45、自动喷丸机构

450、丝杠驱动的电动滑轨装置                451、喷枪

5、除尘装置             51、旋风除尘器      53、滤芯除尘器

6、粉尘排放装置或集尘桶 71、风机            80、排风管

具体实施方式

如图所示，本发明提出一种铝厂电解碳素残极表面喷丸喷砂清理系统，该清理系统包括：喷砂或喷丸室1，用于定位残极工件100，并可形成一密闭空间，并在该密闭空间内对电解碳素残极100进行喷砂或喷丸处理；喷砂或喷丸装置4，所述喷丸装置4包括自动连续喷丸器41及自动喷丸机构45，该喷丸器为自动储存丸料及喷丸的压力容器，所述自动喷丸机构为设于喷丸室内的多把喷枪，喷枪分别设于残极工件100下方、上方的两侧位置，以分别对准残极工件100底部、顶部进行喷丸清理作业，以清除电解碳素残极100外表面的杂质；输送装置6，包括用于输送残极工件100进出该喷丸室1的输送链及用于输送废料的废料输送装置；丸料回收装置，回收喷砂或喷丸处理后的砂料或丸料。

如图8所示，与上述清理系统相对应，本发明还提出一种铝厂电解碳素残极表面喷丸喷砂清理方法，其包括以下步骤：将电解碳素残极运送至一密闭空间(喷丸室)并定位；对该电解碳素残极进行喷丸(砂)处理，以清理其外表面的电解杂质；将清理后的电解碳素残极经输送装置送出喷丸(砂)室；回收丸(砂)料。

下面配合附图及一具体实施例对本发明的铝厂电解碳素残极表面喷丸喷砂清理系统及方法作进一步的详细说明。以下实施例以喷丸处理进行说明，但本发明的系统及方法也同样可以应用于喷砂处理，此处不加限制。

如图1所示，本发明的碳素残极的电解杂质清理系统包括喷丸室1、丸料收集装置2、分选装置3、喷丸装置4、除尘装置5、粉尘排放装置或集尘桶6(与废料输送装置连接的装置)、动力装置及控制装置等。其中：

如图2A至图3B所示，喷丸室包括房体10、消音器11、照明部分(图中未示)、残极工件通过门及通过槽、检修门13等。

在本发明的一具体实施例中，该喷丸室1房体10的内径尺寸为长度(1000到50000)×宽度(1000到500)×高度(1000到10000)(单位：mm)，其包括房体入口框架、钢板、橡胶板等。

房体入口框架(从地板到顶部)由通用横梁构成，沿纵向布置钢材组成的骨架，以确保室体的强度、稳定性，再用钢板焊接组成。中间填充聚苯乙烯或其它保温材料，内外板与保温材料整体压制而成一体，整个房体10外部均选用此钢板组成。喷丸室的房体内四周及顶部衬钢板，钢板外再衬白色纯橡胶板，以防止丸料对板壁的溅击磨损。

沿喷丸室房体的两侧上部均匀布置进气孔，每个进气孔由一组气流均匀构件与消音器11组合而成。空气经气流均匀构件均匀分散后进入喷丸室1，在室内形成0.2m/S左右截面风速，流入蜂窝式丸料回收地板21里。

房体10的顶部纵或横向两侧安装照明灯具(图中未示)，照明灯外设有保护盖。该照明灯的保护盖在设备工作时关闭，检修时打开。

在房体10的侧壁上设有残极工件进出门17、19，该工件进出门17、19是在残极工件通过的喷丸室前后方向上所设的电动或汽动门。残极工件进出门17、19在残极工件进出喷丸室1前后自动开启和关闭，即残极工件100输送到喷丸室1前时，门自动打开；残极工件100进入喷丸室1后，门自动关闭。喷丸室两侧的工件进出门内及顶面的残极工件通过槽下设有多层橡胶帘，保证喷丸时丸料不会从喷丸室飞出，同时也保证了喷丸时残极工件100的吊杆101不会被磨损。

喷丸室房体的顶部开设供输送链送入和送出残极工件的通过槽，两边设置电动或气动上密封门18(如图3B所示，为由气动夹紧装置180构成的气动密封门)，上密封门18的中间设置一圆圈型或方型形式的吊杆卡槽，残极工件送至卡槽中间时，上密封门自动向残极工件吊杆101对向合拢，卡住工件吊杆101，不让其摆动。另外，卡槽内部的上下部位设置多层橡胶帘，防止丸料从残极工件的定位方向溅出。

上密封门的上方设有一组由两侧导向杆160构成的工件吊杆定向槽16，定向槽16在房体10的上方定位该吊杆101，将该定向槽16的工件吊杆101进来的一端设计成外八字型开口，与密封门18中间卡槽的相对应位置设置一个吊杆定位器161，当密封门自动向工件吊杆101对向合拢，卡住工件吊杆101的同时，吊杆定位器161伸出紧紧卡位工件吊杆101，确保吊杆101不会摆动。

喷丸室沿残极工件输送方向两端设有检修门。喷丸室内的顶部沿输送方向(如图2B中的点划线B所示)两侧设置一套电动或气动密封门。残极工件100进入喷丸室停住时，喷丸室顶部沿输送方向两侧(即工件通过槽)的电动或气动密封门自动向工件吊杆对向合拢，卡住工件吊杆101，不让其摆动。

本发明的丸料收集装置2包括蜂窝式丸料回收地板21(请参照图4A至图4C所示)、地板隔栅23、丸料输送风管25等部分。

本发明采用空气动力式丸料输送装置，具体为采用上进风、下吸风的丸料回收方式，即空气从进气孔(消音板)进入喷丸室1，自上而下雨淋式流向丸料回收地板21里，大门关闭时，喷丸室1内形成静压箱状态，粉尘无法飞扬，始终往蜂窝式丸料回收地板21下吸送，保证了良好的工作环境。喷丸时的丸料、粉尘及被清理下的杂质被气流带入丸料回收地板21里，经提丸风管27进入丸料分选装置3，进行分选。

如图4A至图4C所示，蜂窝式丸料回收地板21是由一个或多个蜂窝模块组成的一平面蜂窝地板，即蜂窝地板是由均匀布满的小斗组成，蜂窝式小斗下方连接输送丸料和空气混合物的丸料输送风管25。当喷丸作业时，喷落的丸料、杂质及粉尘被空气动力蜂窝式回收地板21下的丸料输送风管25，经提丸风管27进入丸料分选装置中。

蜂窝式丸料回收地板21设置在喷丸房体10内的最底部，即现有车间的地面上或低于地面，蜂窝式丸料回收地板21的高度为100～2000mm。

蜂窝式丸料回收地板21的上方铺设地板隔栅23，地板隔栅23上部分是一层孔板网，其网孔直径为3～50mm，用于阻挡杂质及维修工人行走，网孔上的杂质清理方便。

所述分选装置3包括：包括初级分选装置和第二级分选装置。

初级分选装置31为一空气动力分选装置，所述初级分选装置是设置在提丸风管27的出口处，包括分离器311和储丸斗312。从丸料回收地板21中送出的丸料、杂质及粉尘经提丸风管27进入初级分选装置的分离器311，可再使用的丸料从粉尘和杂质中分离出来，落入储丸斗312循环使用(可以按工艺要求调节分离强度)，其余的碎丸、粉尘、杂质被分离至后续除尘装置里进行除尘处理。前述分离器内可设置抗磨损层，以最大限度延长分离器的使用寿命。

所述第二级分选装置为多级振动筛网装置32，设置在初级分选装置31的下方(储丸斗312的出口下方)。从初级分选装置31分离出来可再利用的丸料或砂料再经过多级振动筛网(电动)装置32进行丸料大小标准筛选后循环进入自动连续喷丸器4 1使用。

喷丸装置4包括自动连续喷丸器41及自动喷丸机构45等构件，其中：

如图5所示，该喷丸器41为压力容器，其设置有由压缩空气阀、加压阀和放空阀等全套可靠性气路控制元气件构成的自动快速排气和补丸、喷丸机构。

该喷丸器41具有以下功能：

料位报警功能：通过设置的料位感应器411在丸粒过满或过少时均能进行报警提示。

自动控制功能：丸粒过少时自动补丸，过多时自动停止补丸。

自动喷丸作业时自动设定程序来启闭喷丸阀，并采用压入式喷丸，极大提高了清理效率和处理等级标准(根据工艺要求也可采用吸入式喷丸)。喷枪用胶管可采用中软耐磨橡胶材料，枪头内配置碳化硼喷嘴，坚固耐磨。

如图6A、图6B所示，自动喷丸机构45包括设置于喷丸室内的残极工件下方、上方两侧的多把自动喷枪451及其所连接的移动及摆动机构。喷丸时喷枪451分别对准残极工件底部、顶部，且采用丝杠驱动电动(或气动)滑轨装置450带动室体内喷丸机构的运行及摆动，实现自动化喷丸。喷枪451联接摆动机构，电动或汽动装置控制带动喷枪左右摆动同时电动装置向前或向后而行使喷丸动作(可设定后退则行使吹灰动作)，保证残极工件被均匀喷到，残极工件100上方的吊杆101的污质也能被飞溅的丸料顺带清理下来。在本发明中，喷丸室1内总共可设置2到32把喷枪451，先喷丸后吹灰(或同步进行)。

除尘装置5由旋风除尘器51和滤芯除尘器53组成，其中：

由于考虑到残极工件被清理下来的杂质和粉尘较多，因此在滤芯除尘器的基础上多加了一级旋风除尘器51，以将大部分的粉尘进行分离出来，而另一部分粉尘随气流进入滤芯除尘器53再进行除尘，从而保证了粉尘的有效处理并延长滤芯的使用寿命。

滤芯除尘器53是由空气动力装置和滤筒组成的双级式除尘装置，其包括空气动力分离器及滤芯、粉尘清理装置等部分。上述除尘装置实现了最新环保要求的标准，其技术已达国际顶级水平。

如图7A、7B所示，滤芯除尘器53由单元体530构成，单元体530内上部分中央位置有一锥形体式的空气动力除尘器531，由具有一定间隙的栅条532组成，其两侧匀布置滤筒533，滤芯设置于除尘器单元体内的栅条两侧；下部分为储尘斗535。储尘斗535与除尘器单元体下方的小车式自动集尘装置537连接。滤筒均采用复合滤材径向铺迭成褶皱的中空长形圆筒，表面附有一层聚四氟乙烯薄漠。极小的筛孔可阻挡0.5um以上的尘粒，使其在滤材的表面聚集并形成可渗透的挡尘饼，将大部分粉尘阻挡在滤材外表面，且表面光滑，不易粘附粉尘，保持极高的过滤效率、易于清灰。如单个滤筒的过滤面积为23m2，比袋式过滤面积高出30倍。

除尘器单元体各滤筒相对应的外表面各装有压缩空气脉冲器，脉冲器定时对除尘器单元体内各滤筒表面进行脉冲清灰，以作为粉尘清理装置，使系统运行稳定，滤芯使用寿命长，维修费用低。

除尘器单元体的下半部分为锥形体储尘斗537。从空气动力除尘器直接过滤出来的粉尘和滤筒表面由脉冲反吹下来的粉尘落入并集中在储尘斗537中。

除尘器下方设有封闭式自动集尘装置537，由双级自动锁气阀和集尘桶组成，集尘桶内装集尘袋，方便粉尘收集及运输，集尘桶可采用自带运输小车结构。空气动力装置的除尘效率达90％左右，另外10％左右的粉尘再经滤筒过滤除去。它与常见的滤芯除尘器或袋式除尘器的最大不同是集两级除尘于一体、体积小、系统运行稳定、使用寿命长和突出的高精度过滤，改善了除尘不稳定的状况。以上过滤收集后的粉尘直接由除尘器下方的粉尘排放管道排入自动粉尘输送装置里。

本发明的动力装置可采用离心风机71，并可配有消音罩。空气动力喷丸设备的丸料收集、输送、分选及除尘全部由一套或多套风机来实现。另外，除尘装置过滤后的洁净空气经风机71从排风管80排放到大气中，排风管80与风机71连接，排风管80定位于墙壁或用钢丝绳牵挂。

本发明的控制装置可采用公知的各种结构，如电控部分采用PLC编程控制，可设置触摸屏与PLC相结合，以对整个设备实现控制。触摸屏可以通过各种画面、选择按钮、字符、数字、灯信号的显示进行人机交流，使操作人员了解设备的状态，如触摸屏上可显示有自动生产、手动控制、开关量状态显示等画面。该生产画面显示当前的生产量，单个残极工件生产时间，错误动作的报警(报警提示出错可能的原因和是哪个传感器检测的)，以使场操作人员了解生产情况、设备运行情况；手动控制画面使操作人员可通过触摸屏按钮使设备上的机构单独动作，在生产和维修时方便调整；开关量状态显示画面显示与传感器状态相对应的信号灯，触摸屏可以通过信号灯的状态提示维修人员方便维修。可采用电控柜对系统开启/中断/中转等要求的操作情况进行控制，并由控制台控制风机、喷枪、除尘、输送链、照明的启闭。

本发明的上述具体实施例的工作方式及原理可通过以下实例说明如下：

喷丸室工作方式：残极工件从进入清理室至出清理室的时间共20秒到20分钟左右。在这段时间里清理室要完成的工作包括：开启喷丸室气动门、残极工件送至喷丸室中间、关闭喷丸室工件进出密封气动门(同时关闭喷丸室顶部工件通过槽上的气动密封门)、残极工件定位；开启喷枪、进行残极工件外表面喷丸处理，关闭喷枪丸料、喷枪只出气不出丸、进行残极工件外表面吹灰处理；开启喷丸室气动门、喷丸完成后的残极工件送出、未处理的残极工件送入喷丸室。

喷丸室工作流程：残极工件在进入喷丸室之前先进行人工预处理或其它设备预处理(也可以不处理)，然后再由输送链送入喷丸室。喷丸室在残极工件通过的前后方向都设有汽动对开门。汽动门在残极工件进出喷丸室前后自动开启和关闭。残极工件输送到喷丸室前时，汽动门自动打开，残极工件进入喷丸室后，汽动门自动关闭。喷丸室工件通过门内的两侧面及顶面的残极工件通过槽设有多层橡胶帘，保证喷丸不会从喷丸室飞出，同时也保证了喷丸时残极工件的吊竿不会被磨损。当残极工件停住时，喷丸室顶部沿输送方向两侧(即工件通过槽)的气动密封门自动向工件吊杆对向合拢，卡住工件吊杆，不让其摆动，卡住工件吊杆周围的装置形成一圆圈或方型卡槽，圆圈内部的上下部位设置多层橡胶帘，防止丸料从残极工件的定位方向溅出。同时，气动密封门上方的工件吊杆定向槽中部的定位器伸出紧紧卡住工件吊杆，确保吊杆不会摆动。喷丸室内总共设置2到30把喷枪，先喷丸后吹灰(或同时进行)。喷丸室内的残极工件下方两侧各置有1把或多把自动喷枪，在此分别对准残极工件底部进行喷丸，喷丸时两把喷枪左右摆动同时向前行使。喷丸室内的残极工件上方两侧各置有1把或多把自动喷枪，在此分别对准残极工件顶部进行喷丸，喷丸时两把喷枪左右摆动同时向前或向后行使。喷丸清理后，喷枪丸料停止喷出，此时压缩空气继续工作，向残极工件的底部及上方表面进行清灰，喷枪摆动及回退行驶，方式同喷丸。清灰完成后，工件通过槽两边的气动密封门自动开启，喷丸室出口气动门自动打开，残极工件再经悬挂式输送链送出喷丸室。

杂质清理方式：残极工件表面处理时，脱落颗粒形状大小不均匀，既有以粉尘微小颗粒形式脱离，也有中等大小的颗粒落下，还有较大的块状整体剥落的情况。这些较大的杂质被地板隔栅挡住，每班工作完成后，打开维修门，人工清理。

工作原理：喷丸开始时，喷丸室外空气经安装在喷丸室顶部分散送风消音板流入室内，在喷丸室横断面形成0.3m/s左右的空气静流层，把室内灰尘、清理物、丸粒等物质带入吸丸地板经提丸风管送入分离器，由分离器将有用的丸子和碎丸、粉尘及其它废物分开，有用丸子流回振动筛进行高精度筛选后，再流回喷丸器循环使用，碎丸、粉尘及其它废物分别被空气带入除尘器，经旋风除尘器和双级滤芯除尘设备除尘后，灰尘流入垃圾桶，洁净空气经风机排入大气。

由于本发明的方法已在上述具体实施例中一并描述，因此对其不再赘述。

虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。