降低摩擦系数（共4篇）
降低摩擦系数 篇1
(一) 工程概况
1. 工程概述
宁波市绕城高速公路东段是宁波市绕城高速公路的重要组成部分, 起自姜山北互通, 经云龙、五乡、好思房、临江、沙河, 止于颜家桥, 全长43.495公里, 连接甬台温复线, 同三高速公路、穿山疏港高速公路及舟山大陆连岛工程, 是杭州湾南岸高速公路网核心的重要组成部分。本标段是宁波绕城高速公路东段第7A标段, 位于宁波市小港镇下邵村, 包括通途路高架桥和好思房互通主线桥, 设计里程为K20+575.7~K22+090.1, 路线全长1.514km, 全线共有桩基566根。
2. 工程地质情况
参照工程地质勘察报告, 本标段属于低山丘陵地貌, 该段线路第四系覆盖层较厚, 地基土成因较为复杂, 底部基岩面起伏较大, 对工程影响较大。地层组成主要为杂填土、淤泥、淤泥质粘土、亚粘土、含卵石砾砂等。在成孔地层中, 砾砂为粒径大于2mm的颗粒质量占总质量25%~50%的砂土层, 该层除砾砂以外其它由砂、粘土及局部卵石夹层组成, 颗粒级配不合理, 孔隙较大, 易产生滑动构造, 桩机钻进该地层时在土压力和钻具及泥浆液压力的扰动下, 孔壁四周砂土大量渗流, 在该处形成较大的空洞, 造成扩孔严重。其它地层也较软, 含砂量高, 基本上处于饱和状态, 可塑性差, 施工时桩基孔径极易扩大。
(二) 桩基扩孔的控制措施
1. 钻头直径的控制
通过查阅钻孔灌注桩的相关资料, 在成孔过程中, 钻头直径与钻孔设计直径按不同性质地层匹配关系如表1所示。参照表1, 对于孔径1200m的灌注桩, 将本标段普遍使用的φ1190mm、φ1180mm两种钻头改换为φ1160钻头进行施工。
2. 钻机冲程的控制
在砾砂层或其它松软土层钻进时, 为了有效地控制扩孔, 冲击钻机应采用中低冲程 (h=1~2m) 的冲进方法。严格控制桩机在冲进过程中的冲程和冲进速度, 在未进入易塌孔地层时, 冲程一般控制在1.5m左右, 进入砾砂层后, 冲程控制在100cm左右, 要求轻锤慢打, 使孔壁圆滑坚固。
3. 泥浆的控制
针对本标段土层较厚, 自然造浆能力强的特点, 通过孔内填入粘土、调节输入水流量的大小来制备稠度较大的泥浆, 泥浆密度提高到1.20~1.40, 粘度为22~30Pa·s。经调制后泥浆稠度变大, 护壁能力大为增强。
4. 钻头摆动幅度的控制
在施工中为尽可能减小钻头晃动后与孔壁的碰撞, 进而扰动液化层, 解决的办法就是减少钻头与孔壁的接触和降低钻头晃动的幅度, 具体措施如下:
(1) 采购石块、宕渣, 将平台进行重新夯实、平整, 提高桩基工作平台的稳定可靠性, 控制摆角不超过1°, 最大限度减小桩基施工时因桩机摇摆而导致钻头触壁频繁的现象;
(2) 桩机底部用枕木加固垫平, 减缓桩机整体摆动幅度偏大的现象。
(三) 控制措施采用前后扩孔系数对比分析
在桩基的前期施工中, 于2009年3月20日至3月22日对现场桩基进行了详细的调研, 由于对宁波较差地质情况没有做好充分的准备, 现场施工的冲击钻机只采用了一般的钻进方法, 而未采取其它措施, 因此在桩基混凝土灌注时发现桩基的扩孔系数 (桩基实际混凝土灌注数量与理论数量的比值) 普遍偏大, 平均扩孔系数为1.31, 造成工程成本大大增加。具体调查统计如下见表2:
通过采用减小钻头直径、控制冲程及泥浆稠度等综合措施后, 本标段按照改进的方法进行施工, 于2009年6月10号至6月12号对同一墩台的桩基又进行了一次统计, 桩基扩孔系数大大降低, 平均扩孔系数降为1.11, 具体调查统计如下见表3:
将控制措施采用前后的桩基扩孔系数进行类比, 可得见图1:
对折线图进行分析可以看出, 采用以上控制措施后桩基平均扩孔系数由1.31降至1.11, 小于1.15, 而且同一个墩台的不同桩基由于地质情况差别不大, 因而更具代表性, 从而证明以上方法是行之有效的。
(四) 经济性分析
宁波地区地层软, 含砂量较高, 控制桩基的扩孔系数是施工中的难点, 再加上施工队伍多, 材料价格偏高, 市场竞争激烈, 因此, 降低桩基扩孔系数是减小成本、提高施工单位效益, 保证工程质量的有效措施。
针对本标段桩基施工的具体情况, 通过QC小组活动统计得出, 桩基的平均扩孔系数由之前的1.31降至1.11, 计算单桩砼灌注量为:
D——钻孔灌注桩的直径;
L——平均桩长。
1. 单位体积砼成本按砼配合比及市场砂、石、水泥、粉煤灰等价格为270元∕m3。
2. 单桩灌注方量:
本标段钻孔灌注桩总数为566根, 其中桩径为1.5 m的桩为12根, 其余桩径均为1.2 m, 取占绝大部分的桩径为1.2 m的灌注桩为例, 平均桩长为40.5 m, 则单桩砼理论灌注方量为:
3. 工程节省总费用:
C2——控制措施采用前的桩基平均扩孔系数;
C1——控制措施采用后的桩基平均扩孔系数;
n——桩径为1.2 m灌注桩的数量。
则K=458.×554×270×1 (.31-.111) =1370152.8元
由此看出, 通过采取有效措施控制桩基扩孔, 不仅保证了工程的施工质量, 同时也为施工企业节省了大笔费用, 有效地提高了企业的经济效益。
(五) 结束语
位于滨海淤积的宁波平原, 地基土成因较为复杂, 对工程建设影响较大。对于施工单位来说, 桩基施工的质量和生产成本的控制相当重要, 在保证桩基质量的前提下, 如何运用现场实际的方法来降低桩基的成本是每个施工单位追寻的目标。在宁波绕城高速公路东段第7A标的工程实践中, 采用一些看似不起眼的方法, 但达到了非常好的效果, 桩基的平均扩孔系数大大降低, 生产成本大大节约, 为将来的桩基施工打下了低成本高效的基础。
参考文献
[1]郭宏章.水下混凝土灌注曲线的特征及指导作用[J].西部探矿工程, 1992, (3) .
[2]薛征.提高钻孔灌注桩施工效益的途径[J].浙江省工程勘察, 1994.
[3]崔耀鹏.浅析钻孔灌注桩事故防范措施与桩基质量控制[J].山西建筑, 2006, 32 (6) :124-125.
[4]JGJ94-94, 建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 1995.
降低摩擦系数 篇2
降低摩擦一直是动力总成设计人员的首要任务。但是, 近些年来随着全球二氧化碳排放法规的逐渐升级, 这项任务变得越来越紧迫。在活塞式发动机中, 摩擦损失与转速的平方成正比。这是发动机生产商 (OEM) 在不断降低发动机转速的原因之一[1]。本文作者从工程实际案例中获得的经验出发进行探讨, 以期能给同行带来一些改进方向和启示。
1 背景描述
在给国内一家知名的发动机生产商 (OEM) 开发一款1.6L VVT自然吸气发动机活塞组件的过程中, 面临着从国IV (百公里7.0L综合工况油耗) 升级到国V (百公里6.3L综合工况油耗) 提供最优化的设计方案以满足客户降低燃油耗的要求。针对活塞组件, 客户要求至少达到1%燃油耗的降低来配合整个发动机获得10%燃油耗降低的目标。下面将针对活塞组件各个零件——活塞、活塞环以及活塞销分别进行设计优化。
2 理论分析
发动机摩擦功耗占据着约1/3的乘用车燃油耗及二氧化碳排放[2,3]。预计该摩擦功耗损失在今后的5-10年内可以减小20%, 长期甚至到60%[3]。尤其在低速低负荷工况, 即城市工况下。例如, NEDC循环下运行时, 摩擦功耗对燃油耗的贡献尤为显著[4]。而活塞和活塞环约占发动机摩擦功耗的50%[2]。因此, 大量的研究和开发工作投入其中, 以降低其在发动机中的摩擦损失。
马勒公司也对活塞组件进行了大量研究, 并识别出哪些零部件的参数对降低摩擦功耗有显著效果, 如图1所示。
接下来, 探究各个零部件参数对摩擦功耗影响的程度。在表2、表3和表4中, 字母VH、H、M、L分别代表相应参数对摩擦功耗结果的影响:非常高、高、中等、低。这里, 只考虑该参数对零部件本身的影响程度, 而不考虑该零部件对发动机摩擦功耗影响的高低[5,6]。比如, 活塞销涂层对销而言影响程度非常高, 即使假定在该应用中活塞销对摩擦功耗没有任何贡献。当然, 不同的运行工况也会有不同的影响程度。
3 方案优化
基于上述研究工作, 对该款1.6L VVT自然吸气发动机活塞组件进行了如下图2所示的技术方案优化。
活塞方面, 从原来的箱式结构改为马勒轻量化Ecoform设计 (见图3) 。在不改变压缩高的情况下, 将重量由原来的295g降低至275g (-6.8%) 。同时, 调整活塞和缸孔之间的配缸间隙, 从55μm增大到74μm。由于配缸间隙的增大会带来NVH方面的负面影响, 于是在发动机验证试验中增加了NVH试验来保证设计的可靠性。裙部涂层则从原来的普通石墨印刷改为马勒低摩擦Evo Glide涂层, 同时增加了抗拉缸性能;裙部粗糙度也从RS12降低至RS7, 从而进一步降低摩擦损失。
活塞销方面, 将原来的无涂层活塞销改成低摩擦系数的DLC涂层的活塞销 (图4左侧) , 同时增加了销和销孔之间的抗拉伤性能。
活塞环方面, 将原来的环组高度 (1.2/1.5/2.5mm) 改为 (1.0/1.2/2.0mm) , 从而大大减小了活塞环横截面尺寸, 达到降低摩擦面积和降低活塞环弹力的双重优势。整个环组弹力从原来的52.6N降低至优化后的28.2N (-46.4%) , 减小近一半的弹力。究其原因, 这得益于马勒新一代开发的轮廓优化的X-Taper两片式油环 (见图5) 。上压缩环涂层由原来的陶瓷复合铬改为PVD涂层, 降低摩擦系数的同时增加了活塞环表面的抗磨损性能, 提升了活塞环的耐久性能;控油环涂层由原来的普通镀铬改为PVD涂层, 降低摩擦系数的同时增加了控油环表面的抗磨损性能, 为控油环保持设计轮廓的耐久性提供了非常有利的条件。
与此同时, 该发动机生产商采纳马勒的建议, 改进发动机缸孔的绗磨参数, 减小了缸孔表面粗糙度, 与马勒低摩擦活塞环组形成良好的配合。
鉴于上述优化方案, 以马勒的专家工具[7,8]在低负荷下进行估算预计, 可以使燃油耗降低4.0%。
4 实验验证
对上述优化后的方案, 虽然从理论分析上看, 很好阐述了该方案的有效性, 但最终还需要发动机台架实验结果来验证。在该项目开发过程中, 为了验证优化后活塞组件设计降低摩擦功耗的有效性, 项目组专门制定台架实验的验证计划, 用摩擦功耗试验最终完成对该方案的验证。
试验条件:发动机在最小的干扰下用逐步拆解的方式来评估各个零件的摩擦损失;只测量旋转副零件——曲轴/连杆/活塞气体压力和流量控制完全按照整机中测量的数据油温控制在20℃/35℃/50℃/80℃/110℃;发动机转速控制在“750≥3000r/m, 在20℃和35℃下”“750≥6250r/m, 在50℃、80℃和110℃下”。
试验结果, 见图6所示。
5 总结
马勒低摩擦汽油机活塞组件设计优化方案, 可以带来约4%左右的燃油耗降低 (取决于基准设计) 。此收益可以通过活塞组件摩擦功耗对比试验进行验证, 并最终在发动机及整车试验中获得印证。该发动机生产商最终配合VVT技术、Start/Stop启停技术等同步升级, 满足了国V目标 (百公里6.3L综合工况油耗) 。此设计方案优化可以推广至其他各个发动机生产商的降低燃油耗项目中, 为我国汽车行业满足下一代燃油耗法规打下了扎实的基础。
摘要：本文着重探讨在降低摩擦功耗提高燃油经济性方面, 马勒公司在汽油机活塞组件 (分别从活塞、活塞环组和活塞销) 上提出的优化设计方案, 在理论分析和发动机台架试验数据的共同支撑下, 完成对发动机降低摩擦功耗提高燃油经济性方面的升级换代工作, 从而保证该款发动机满足客户新一阶段燃油耗要求, 延长该发动机的生命周期。
关键词：降低摩擦,活塞,活塞环,活塞销,PVD,DLC
参考文献
[1]Lindsay Brooke.另觅蹊径, 降低摩擦[J].汽车工程:中文版, 2015, (8) :49-51.
[2]Schommers J.Minimizing Friction in Combustion Engines[J].MTZ, 2013. (74) :22-23.
[3]Holmberg K., Andesson P., Erdemir A.Global Energy Consumption Due to Friction in Passenger Cars[J].Tribology International, 2012, (47) :221-234.
[4]Fernandez M., Tomanik E., Carlini R.Comparison of the Potential to Reduce Fuel Consumption by Engine Energy Losses Mapping[Z].SAE paper 2013-36-0221, 2013.
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[6]Nocera E.Reducing Mechanical Losses for Fuel Targets on the Inovar-auto[Z].11th symposium SAE of powertrain, Sorocaba, Brazil, 2013.
[7]Tomanik E.Reduced Friction Power Cell Components[Z].SAE paper 2000-01-3321, 2000.
降低摩擦系数 篇3
如今的汽车制造商面临的众多挑战之一就是在动力总成中降低车体质量和摩擦损耗以改善整车效率, 这成为采用铝合金发动机缸体替代传统的铸铁缸体的一个重要驱动力。铝合金的一大优点就是能降低整体重量。但铸铁缸套仍在使用, 因为铸铁拥有普通铝合金所不具备的重要的摩擦学特征。因此, 众多的汽车制造商花费了大量的时间研究如何用铝合金汽缸体解决摩擦学不足的工程解决方案。
PTWA工艺
其中一个较早的方案是在铝合金缸体的缸筒上加铸铁缸套。总的来说, 这一方案比较容易使生产概念化, 而且相比Nikasil, Lokasil等缸筒解决方案它比较经济, 在当时这一方案比较可行。灰铸铁缸套 (GCI) 的其中一大缺点在于缸套与缸体之间的封装与其重量。灰铸铁缸套 (GCI) 相比铝合金还有一个显著的缺点在于其热力学特征。这不仅体现在其热传导性上, 还表现在物理特征妨碍了其维持最佳燃烧所需要的活塞效率和内径温度。根据嵌入类型, 还可能进一步造成缸套与缸体材料之间的接合不理想, 并在缸套与缸体之间形成绝缘点。根据这些不理想接合点的位置分布, 可能使发动机生产的击倒抗性产生重大改变。如今, 热喷涂缸筒应用技术的开发使汽车制造商能够在缸筒内涂上一层耐磨涂层, 替代传统的铸铁缸套。柯马可为客户提供一套融合创新的等离子高速熔焊 (PTWA) 热喷涂系统。PTWA工艺采用高速离子化熔焊技术, 使钢粒子在铝合金缸筒上形成一层涂层。喷涂了涂层后的铝合金缸体依旧是一体式缸体, 不再因嵌入一个灰铸铁 (GCI) 缸套而需要忍受缸筒变形问题, 也不再具有灰铸铁缸套所有的热力学缺点。用等离子热喷涂缸筒取代灰铸铁缸套, 不仅减少了发动机的总体重量, 而且增加了其耐磨性并降低了能耗。
热能改进:缸孔温度降低
目前已有不少报道说明热喷涂涂层缸套比铸铁缸套具有更多的优势。在发动机质量上, 根据缸体的几何构造并综合改善后的耐久性, 热喷涂涂层缸套可以为每个缸筒降低454g的质量。热喷涂技术还可以增强制造的灵活性, 因为一台设备可以为不同长度和直径的缸筒实施喷涂。更重要的是, 热喷涂涂层改善了热力学特性、散热性、机械效率, 并可以提高整体的燃油效率。
工艺配置
成功运用热喷涂涂层方案的一个关键是工艺配置。就灵活性和优化整合方面, Greenfield现场的运用优势显著, 而根据喷涂工序所处的位置, 也存在生产制造出现受限的情况 (Brownfiled现场) 。如果Brownfiled现场的一家制造商企图尽量减少新设备的投入, 例如只想增加一台热喷涂设备, 则典型的应用应该是将该设备尽量置于工艺上游, 但这一做法对成本投资和发动机性能影响显著。因此, 汽车制造商需要仔细权衡其生产目标, 将简化处理、发动机性能和整体投资按照相对重要性排列出优先次序, 然后选出最佳的解决方案。很明显, 这里的“最佳”解决方案是优化生产次序并将新增工序完美融入当前工艺的设计。虽然存在多个选择项, 但柯马建议的目前方案是精密镗孔结合表面处理、喷涂, 然后粗糙打磨缸筒加工。
处理基材表面
处理基材表面, 使缸筒内壁无任何涂层, 是成功进行热喷涂处理的第一个关键工序。目前普遍使用的表面处理技术有很多, 在粘结强度、喷涂难易以及成本方面区别也很明显, 使用最普遍的有喷砂、水刀和机械粗加工。
早期的发动机制造商采用的是喷砂处理, 柯马认为这种处理方法有太多的内在问题需要考虑。最显著的问题是喷砂需要不断地清洗与烘干。而更多的汽车制造商避免使用喷砂是由于这种处理方法会对发动机产生污染, 而在热喷涂加工看来, 即使工艺过程中产生极细的粉末也会影响喷涂涂层的粘结度。
相比之下, 高压水刀打磨不使用粗砂或打磨材料, 而采用液体射流冲刷基材表面。这种加工方法的优点是打磨表面只需烘干, 无需清洗。如果选择液体打磨的方案, 则评估基材质量和孔隙率非常关键, 特别是基材是否属于高压铸造 (HPDC) 。这一工艺会明显改变缸筒内径, 因为工艺过程中需要安装监控并引入机械臂控制以确保涂层粘结度, 然而统计过程控制 (SPC) 中难以测量基材表面各种系数, 又使其难于很好地监控工件, 一旦得知并计算出这些系数, 整个工艺往往能变得稳定而具有很好的可重复性。另外, 加工后的表面粗糙度相值相对较低, 大约十几微米, 这意味着基材表面已经相当平滑, 因此也可以通过降低喷涂涂层的表面粗糙度值改善涂层工艺。这一工艺可能产生的问题是, 一旦结合高压铸铁就会产生本质上的收缩, 因而这种工艺实际上使各种缺陷更显著化, 包括加深已有孔隙或加剧收缩。加之与铸造缺陷相互作用, 可能使缺陷扩大。
喷砂处理和水刀打磨的一个替代方法是机械表面精镗加工处理 (机械粗加工) 。根据所使用的工具工艺, 打磨可以通过切割打碎基材原有表面、切割锻造螺纹牙形使之形成方槽, 或通过不规则锻造产生同心凹槽来完成。另一个选择是只采用简单螺纹牙形, 用燕尾切割直接切削基材表面, 如果使用设备适当, 这一过程可以轻易监控。相比喷砂处理, 机械粗加工的一个优点是无污染物并且可重现。而相比水刀打磨, 它的关键优势在于可以轻易处理孔隙和铸件完整性上的变化, 根据所用的类型, 孔隙可以处理到1.25mm。机械粗加工更稳定且易于实施, 因为主要是机械切割, 质量控制和测量变得直截了当。
柯马认为, 机械粗加工最大的优势在于, 能够执行干燥或微量润滑 (MQL) 加工处理, 制造商能够从精镗加工直接过渡到涂层工艺。这样就减去了生产线上一个工序, 节约了时间并精简了整个系统。另一个优势是能够保持高粘结强度。要知道, 所有的发动机镗孔应用都要求持久的粘结强度。根据这方面的制造参数, 粘结强度往往一般是35~50 MPa, 虽然只要高于20MPa就足够。通过在标准镗车或加工中心中采用机械粗加工, 制造商可以用最低程度的加工和投资成本达到最强的表面处理。
目前流行的机械粗加工标准要求槽深最低在0.125mm左右, 以达到粘结强度的最低接受标准。柯马公司经亲自测试发现, 槽深大于槽宽 (深度/宽度>1) 的机械切割可以产生足够的粘结强度, 多个槽口经过塑性变形可以形成一个切口, 附着力显著增强。因此, 公司将其Urane25高速水平加工中心改装成为双通道MQL混合单元, 并带有温度控制功能和节能特征, 可以帮助顶级汽车制造商更方便地展开高性能低成本的热喷涂加工, 优化粘结强度同时减少整体能耗和乳化剂消耗。几大制造商和加工企业都已开发出各自的机械粗加工技术, 试图将缸筒涂装工艺引入当前生产线时尽量做到最小化。
提高生产力
降低摩擦系数 篇4
电解铝行业属于高能耗产业, 能源利用率低于48%。在能源严重缺乏的今天, 节能降耗已成为铝工业发展的新方向。效应均摊电压对电耗的影响为30mv~150mv, 在其它降耗潜力都已挖掘的情况下, 通过降低效应系数来降低直流电耗仍然有较大的节能空间。
1 降低阳极效应系数的可行性分析
1.1 阳极效应发生的机理
阳极效应是熔盐电解所固有的一种特征现象。阳极效应可以看作是一种“阻塞效应”, 在很大程度上阻碍阳极与熔体间的电流传递。对阳极效应发生的机理及其反应过程, 可谓众说纷纭, 有湿润性改变学说, 阳极过程改变学说, 氟离子放电理论, 静电理论等。但每种理论都说明铝电解槽阳极效应发生的本质是阳极表面供给不足。
造成阳极表面供给不足的主要原因有3方面:一是氧化铝供给不足 (下料量偏低) ;二是电解质溶解溶解氧化铝能力偏差;三是电解质传质能力不足 (电解质发粘) 。因此, 从理论上来讲, 只要我们保持阳极表面有充分的, 就可以控制阳极效应的发生。实际生产中, 许多效应的发生, 有明确的原因就是氧化铝供给不足或电解质溶解氧化铝能力偏差引起的。
1.2 阳极效应对生产的益处及降低效应系数后对生产的负面影响
1.2.1 阳极效应的发生对生产有以下好处
1) 清理阳极底掌, 活化阳极表面, 保证阳极正常工作;
2) 促使炭渣分离, 保持电解质清凉, 保证氧化铝正常溶解;
3) 通过效应等待期间减量下料或停止下料的方式, 消化过多的氧化铝原料, 定期检验纠正氧化铝浓度, 对槽况分析进行一次“清零”, 便于槽控机利用浓度电阻控制原理, 尽可能把Al2O3浓度保持在理想范围;
4) 加速电解槽沉淀的溶解, 防止炉底结壳, 保证电解槽正常运行。
1.2.2 降低效应系数后可能对生产造成的负面影
1) 由于阳极质量不太好, 减少效应发生的机率后, 减弱了对阳极底掌定期清洁清理的作用, 出现阳极底掌消耗不均, 甚至阳极长包现象。
2) 电解质脏, 比电阻大, 减小有效工作电压和极距, 影响电流效率或导致槽温升高。
3) 减少消化过剩氧化铝的机会, 造成炉底沉淀增多, 槽控机判断和控制的精确性变差。
1.3 阳极效应系数偏高的主要原因
1) 工艺上人为等待效应;
2) 氧化铝输送、下料故障或不准确;
3) 控制模型不适应;
4) 氧化铝质量不稳定;
5) 阳极质量问题;
6) 工艺条件问题;
7) 限电或供电不足。
2 降低效应系数的策略及措施
2.1 工艺技术条件优化
从生产工艺角度来讲, 需要解决取消或延长人为效应等待, 氧化铝的顺利溶解及槽况的平稳运行。大量研究和实践都表明, 延长或取消效应等待间隔是降低效应系数的重要举措。氧化铝顺利溶解。效应发生的主要原因是阳极表面浓度不足。因此, 在不造成过多炉底沉淀的前提下, 电解质中足量的氧化铝浓度是降低效应系数的根本。在相同电解质温度和氧化铝浓度情况下, 过热度越低, 氧化铝溶解速度越慢。在相同过热度和氧化铝浓度下, 电解温度越低, 氧化铝溶解速度越慢。氧化铝浓度越低, 越有利于氧化铝的溶解, 而提高电解温度和过热度对溶解氧化铝有利。电解槽炭渣多时, 电解质表面漂着一层炭渣, 使加入电解槽内的氧化铝与电解质接触不好, 降低了氧化铝的溶解速度。
电解槽只有平稳才能高效, 各种控制和管理意图才能实现, 对于降低效应系数同样有利。电解槽的平稳包括合理的技术参数, 高质量的标准操作, 精确细致的管理调整。
2.2 槽控机控制模型的改进
关于氧化铝浓度控制的原理, 国内外许多学者进行深入的研究, 并已经取得令人满意的成果。研究表明, 在1.2%~3.9%范围内, 氧化铝浓度每降低1%, 电流效率可提高2%, 并且, 槽电阻随浓度变化也较为灵敏。因此我们将氧化铝浓度控制范围选在电流效率高, 并易于保持的低浓度区 (1.5%wt~3%wt) 。
广泛应用的智能模糊控制技术, 在模糊规则推理的基础上以槽电阻斜率和累积斜率为主要判断依据, 对电解槽下料进行分档控制, 即“欠—正—过”3种下料状态, 来回转换。
综合分析的内容不仅包括槽电阻的变化情况分析, 还包括物料平衡估算, 阳极效应等异常槽况判断, 阳极效应预报, 槽况稳定性分析, 下料控制中可能出现的种种异常情况分析等。然后根据槽况综合分析的结果选择适宜的下料控制模式, 在必要时调整控制规则及控制器的动态特性以便使电解槽尽快地回复到最佳的工作区间, 并在通过槽况分析获得氧化铝浓度工作点偏低或偏高的结论时, 修正下料模糊控制的设定值。
2.3 供料设备装置的改良
供料及打壳下料系统是否良好正常, 直接影响到氧化铝能否顺利足量地进入槽中。通过分析, 75%以上的突发效应是由于供料或打壳下料系统的原因造成的。因此, 改良供料系统是控制突发效应的关键。
3.4 增加辅助操作
重点处理下料点处炉底沉淀。在长期生产实际中, 生产控制并非经常处于最佳状态, 下料点处长结壳、堆沉淀的现象较多, 影响到氧化铝的全部进入和顺利溶解。改善此处炉底后, 氧化铝的溶解扩散状况好转, 对控制突发效应有益。
扒开下料点处堆料, 提高下料口开扎率。扩容至180KA后, 由于下料间隔缩短, 电解质总量减少, 下料口堆料现象增多, 只能靠打壳时挤压进去少量的原料。为了控制突发效应, 生产中要求及时扒开小堆料, 把下料口随时处理, 便于氧化铝顺利足量地进入槽中。
炭渣的分离与氧化铝浓度, 过热度等因素有关。氧化铝浓度低, 电解质对阳极的湿润性差, 有利于炭渣分离。过热度越高, 电解质流动性好, 越有利于炭渣的分离。
由于阳极质量不甚理想, 槽内炭渣太多, 漂浮在液面上, 隔断了氧化铝与电解质的充分接触, 成为效应系数升高的又一重要原因。在实际生产中, 采用勤捞炭渣的办法, 利用一切机会尽可能人工捞出槽中炭渣, 减少电解质的合渣量。通常从出铝口及换极处液面打捞, 槽内炭渣太多时可从大面及烟道端打洞打捞。为了提高执行力度, 把炭渣打捞形成管理考核制度, 当作日常性工作来抓, 改善电解质溶料能力。
参考文献
[1]邱竹贤主编.铝电解.冶金工业出版社, 1982.
[2]田应甫主编.大型预焙铝电解槽生产实践.中南工业大学出版社, 2003.