铝电解电容器

铝电解电容器（精选9篇）

铝电解电容器 篇1

0 引言

铝电解电容器的发展已经有了较长的时间,传统用液体电解质的铝电解电容器的工艺一般包含化成铝箔裁断、芯包卷绕、电解液含浸、组装、老化等多种工艺。通常来说,这类液体电解质的铝电解电容器电性能不是很好,使用寿命比较短,ESR值较高。近年来,随着新技术的不断发展,出现了固体电解质铝电解电容器,它具有使用寿命长,低ESR等优良特性。固体电解质铝电解电容器的工艺和传统的液体电解质铝电解电容器相比较而言,多了含浸前的前期预处理工艺。通过前期对化成铝箔损伤的修复、电解纸纤维碳化来提高其电气性能。目前,这项技术属于高新技术,公诸于文献记载的相关工艺技术资料很少,对于加工设备的研制更是未见资料记载。为解决针对固体电解质铝电解电容器前期预处理的电解纸纤维碳化问题,研究并提供一种热处理装置,本热处理装置已申报获批国家实用新型专利。

1 技术问题

研究所要解决的技术问题是提供一种新型铝电解电容器前期预处理工艺的热处理装置。该热处理装置应结构简单,制作方便、成本较低,对电解纸纤维碳化比较彻底,且不会使得导线因受高温氧化而产生堆锡、发黑等现象。通过该装置,可较好地完成铝电解电容器前期预处理,能够起到提高其电气性能等作用。

2 解决方案

为解决上述技术问题,提出具体的解决方案:

该热处理装置采用铝合金型材架体,在架体上置有一个放置槽,放置槽体内的周边均铺设有一层隔热层,放置槽体内隔热层的上部根据要求至少放置一加热块,加热块上可拆卸式地设置有一块的导热板,并在导热板上安装有至少一个温度检测器,通过与温度检测器相连接的温度控制器来控制加热温度。由此,通过温度检测器感应温度来进行加热温度的控制,使实际加热温度能够被控制在规定的范围内。

在导热板上可以水平可拆卸式地安装一隔热板,隔热板上开设有可使电容器芯包通过并使芯包底部接触到该导热板的通槽或透孔。这样,可使得导热板不易散热,芯包导线不受高温氧化,从而避免造成导线堆锡,氧化变黑的现象。当然,在导热板上也可以在相应隔热板的通槽或透孔位置处开设可容纳芯包的沟槽或非透孔。

在该热处理装置的放置槽体的两外侧,可以分别安装至少两根可以上下升降的顶杆,顶杆可与汽缸连接,通过汽缸的动作实现上下升降运动。

根据此方案实现技术上的优点:热处理装置整体结构简单,操作方便,加热比较均匀且便于实现温度控制,加热效果好,不会发生芯包导线氧化、堆锡等现象。

3 实施方式

如图1、图2所示。

放置在架体上的放置槽1,为一具有任意形状的槽体。它可以是方形,圆形或其他形状,一般可以依据生产要求选取,现选用方形槽体。放置槽1的内部周围设置有隔热层2,用以隔绝加热块3向周围的热量散失,使得能够实现最大化的热量聚集。

加热块3放置在放置槽1内部的隔热层2上。根据加热块3的面积大小,可以选取一块或多块加热块3,按顺序整齐排列放置,加热块3与电源(图1中未显示)连接。

导热板4水平地覆盖在加热块3的上面,固定于放置槽1上,可以拆卸。导热板4通常采用导热性能好的材料,如铜、铝等类金属材料制成。该导热板4与电容器芯包相接触的一面可以是平面,也可以如图1所示,在与芯包接触的面上开设可容纳芯包的沟槽或非透孔。在图1所示的导热板4上安装有至少一个温度检测器7,其与温度控制器(图1中未显示)连接。最佳选择是在多个不同区域设置温度检测器,基于此检测导热板4上多个不同区域的温度,再通过温度控制器实现温度控制,从而提高整个热处理装置温度控制的精度。

隔热板5则采用绝热材料制成,其固定于导热板4上,为水平可拆卸式。在隔热板5上,开设有能使铝电解电容器芯包通过并可以保证芯包底部接触到导热板4的加热面的通槽6(或透孔6)。对于导热板4在接触隔热板5的一面相应通槽或透孔位置处,可以根据需要设置可以容置芯包的沟槽或非透孔。当对电容器芯包进行热处理操作时,芯包穿过隔热板5的通槽或透孔直接接触到导热板4,这样可以有效地阻止高温氧化芯包导线或使芯包导线产生堆锡现象,同时也可以很好地防止电容器芯包所吸收的热量扩散损失,提高铝电解电容器的热处理效果。

对应本装置的技术解决方案,如图2所示,在放置槽1的两外侧,还可以分别垂直安装有至少两根(一般四根)可实现上下升降的顶杆8。顶杆8可以通过汽缸,凸轮轴等传动装置实现上下升降。当进行电容器芯包热处理作业时,承载电容器芯包的置物架(图中未显示)放置在放置槽1上并由顶杆8支持,此时顶杆8向下运动,电容器芯包则向下接触到导热板4,而当热处理作业结束后,顶杆8则向上运动,提升电容器芯包离开导热板4,完成整个热处理作业。基于此,该装置可以实现自动化的作业流程,方便作业的时间控制,节省了人力,同时降低热处理作业的成本。

为进一步提高作业控制精度及热处理效果,可设置电气控制箱,设有三菱PLC、开始暂停按钮、电磁阀、数码式时间继电器,实现对热处理作业的时间、顶杆的运动、产品计数等进行自动控制,具体PLC控制图见图3,X为输入信号,Y为输出信号,PLC控制流程图见图4,恒温水浴槽控制框图见图5。

4 结语

该装置结构简单,制作方便,成本较低,可以较好地解决针对固体电解质铝电解电容器前期预处理的电解纸纤维碳化问题。经过实际使用,证明此装置对电解纸纤维碳化问题解决比较彻底,不会使得导线因受高温氧化而产生堆锡、发黑等现象,能够较好地完成铝电解电容器前期预处理,切实起到提高其电气性能等作用。

参考文献

[1]吉田弘之.电子元器件的故障原因及其对策[M].北京:中国标准出版社,2004.

[2]吴宗泽.机械设计师手册(上、下册)[M].2版.北京:机械工业出版社,2008.

[3]黄志昌.液压与气动技术[M].北京:电子工业出版社,2006.

[4]陈苏波,等.三菱PLC快速入门与实例提高[M].北京:人民邮电出版社,2008.

铝电解电容器 篇2

一、接班时必须做到---通用

（1）持证上岗，正确佩戴劳动防护用品，准时进入工作场所。（2）掌握上班电解槽运行情况和工作任务完成情况。（3）履行接班手续，填写接班记录。

二、工作前必须做到---看槽岗位

（1）检查确认槽盖板盖好、整齐，短路口绝缘板无损坏。（2）检查确认槽间风格板，无叠放、破损。（3）检查确认电解槽四周无接地、槽间无连电。

（4）检查确认各种阀门处于正常位置，无漏气漏油现象。（5）检查确认阳极无下滑，钢爪无发红，横梁母线无倾斜。（6）检查确认打击头有无脱节、堵卡、打不穿壳面现象。（7）检查确认下料系统无漏料、下料少或不下料现象。

三、工作中必须做到

1.更换阳极作业---换极岗位

（1）换极前，必须在换极区的两个短路口上放置绝缘护套。（2）扒料时，必须站在风格板上，严禁用力过猛。

（3）天车打壳时，指挥人员严禁站在大臂和立柱母线之间，并保持距大臂1m以上。（4）松小盒夹具的过程中，若发生效应，必须立即拧紧小盒夹具。

（5）残极拔出后，必须检查爆炸焊是否有裂纹、碳碗处是否有松动等异常，如有异常，必须采取相应的措施，保证残极吊出过程中不发生脱落。

（6）捞槽内大块时，严禁双脚同时踩在槽沿板上。（7）换极时，热块滚到短路口处，必须立即将其扒开。（8）从槽内勾捞出的阳极残块，严禁放在水泥地坪上。（9）换极作业过程中，严禁有人在小盒夹具的下方作业。（10）给新极划线时，严禁把脚伸到新极底掌下。2.熄灭阳极效应作业---看槽岗位

（1）效应发生时，必须检查下料系统、槽控箱、气控柜、风压等是否正常，若不正常，先将效应熄灭，然后再对以上情况进行处理。

（2）发生效应时，严禁不进行效应处理，以降阳极来压效应。（3）熄灭效应时，严禁从发生效应电解槽的A面通过。

（4）效应电压超过30V，必须及时点降电压，控制电压不超过30V。

（5）提升机提升失控发生效应时，必须立即旋转急停按钮，然后通知计算站进行维修。

（6）效应熄灭后，必须检查散热孔、阴极钢棒有无异常；如有异常，必须及时汇报并按相应措施进行处理。

（7）漏槽引起效应时，必须控制电压不超过5V，并立即通知班长和车间值班人员。（8）效应熄灭后必须巡视电压，当电压低于效应发生前的运行电压，必须将电压抬

到效应前电压，当电压高于效应发生前的运行电压，严禁迅速降电压，每10min巡视一次，30min后，将电压调整为效应发生前的运行电压。

3.电解槽维护作业---看槽岗位

（1）电解槽维护作业时，必须站在槽沿板或风格板上；

（2）铁制工具进入槽内使用前必须充分预热，使用后按指定位置放置或放在工具架上。

（3）处理堵料打击头时，必须先将物料扒干净，再进行处理。

（4）给下料点扩眼时，必须两人配合作业。（5）打捞炭渣、取加电解质、人工击打壳面时，必须戴上面罩。（6）打捞炭渣时，严禁搅动铝液。

（7）在添加保温料和收边时，严禁脚踩边部壳面和热极。4.槽控箱作业---通用

（1）槽控箱出现故障时，必须先按“清除”键进行故障清除，如果清除不掉，立即通知计算站进行维修。

（2）升降阳极时，必须点升点降，同时严禁频繁多次点动阳极。

（3）点动阳极时，点动一次的时间严禁超过1秒钟，连续点动次数不准超过四次。5.清扫槽底作业---看槽岗位

（1）槽底作业严禁安排在夜间或阴雨天等视线不清的情况下进行。

（2）下槽底前，必须提前通知班长和槽上人员，然后检查作业区是否有接地的现象。如存在接地现象时，必须用绝缘的工具予以清除。

（3）槽底作业时，必须停止槽上的任何作业，并在槽上作业区拉上警戒线。（4）清理槽底作业时，严禁将导电的工具靠母线放置。

（5）作业区域电解槽发生效应时，槽底作业人员必须立即撤离现场。

四、工作完必须做到---通用

（1）把槽门、槽盖板盖好，使用完后的工具按指定位置放置或放在工具架上。（2）清扫工作场所的原材料、废物垃圾及时清除。（3）填写各项工作记录，内容详实准确、字迹清晰。

五、交班时必须做到---通用

（1）传达电解槽运行情况及需注意事项。（2）遗留问题向车间值班领导汇报。（3）履行交班手续，填写交班记录。

六、岗位必知知识---通用 1.操作安全注意事项

（1）使用铁工具时，必须防止因磁力作用,造成槽与槽、槽与母线之间短路。

（2）配合或指挥天车吊运物件时，必须先检查确认吊具完好、捆束牢靠后方可进行。（3）作业中必须距离天车1m以上，随时注意天车的铃声和移动方向，以防撞伤。（4）严禁坐在立柱母线短路口上休息，以防短路口爆炸造成人员伤亡。

（5）严禁把无关金属体和潮湿物品加进槽内，以免造成原铝质量下降和爆炸事故发生。

（6）严禁将水杯等物品放在电解槽短路口的绝缘板上，防止水溢出导致短路口爆炸的事故。

（7）槽效应处理：①效应处理过程中，发现下料器下料不正常或不下料时，必须及时将极上氧化铝推入槽内，熄灭该效应；②熄灭效应过程中，出现侧部钢板发红时，应立即熄灭效应，效应熄灭后用风管冷却或用天车扎补发红处的壳面，实行强制性冷却；③熄灭效应过程中，出现卡具打火花，应先将效应及时熄灭，然后复紧卡具，有下滑极的必须先调整后再复紧卡具。

（8）电解槽电压摆时，若计算机不能自行处理，必须在保证电解质不会和阳极发生脱离的情况下，缓慢上抬阳极，电压最高严禁超过5.0V。

（9）侧部散热孔温度正常值为250～430℃，超过470℃时，必须第一时间向班长和值班人员汇报，同时准备好风管进行吹风；对于散热孔发红的必须及时进行扎边作业，直至发红消除。

（10）赛尔开关停槽作业时，临时插板插入后，必须有两人同时按住临时插板的耳朵后再拔出绝缘插板，防止绝缘插板拔出后将临时插板带出，造成短路口爆炸。

2.现场创伤急救措施

（1）烫伤。出现烫伤时，立即脱掉或剪掉烫伤部位衣物，用凉水反复冲洗后，涂抹烫伤膏，如有水泡，不要压破；烫伤严重时要进行简单包扎，等待外部救援。

（2）头晕。工作中，出现头晕、恶心、胸闷、乏力等中暑先兆症状时，立即到阴凉处休息，并服用防暑药品。

铝电解电容器含浸锅的设计研究 篇3

关键词：铝电解电容器,含浸锅,含浸方法,有限元分析

0 引言

铝电解电容器的用途很广, 用量很大, 具有单位体积电容量大、额定容量大、工作电场强度高、价格相对其他种类电容器低等特点, 运用领域涉及通信、汽车、家用电器、军事及航空航天等领域, 是不可代替的电子元器件[1,2]。

引线式铝电解电容器主要由正极铝箔、负极铝箔、电解纸和导针等组成[3]。生产过程主要包括钉接、卷绕、含浸、组立、套管等, 相应的专用生产设备主要包括钉接机、卷绕机、含浸机、组立机、套管机等。近几年, 我国自主研发的铝电解电容器生产设备的性能不断提高, 生产效率也得到了很大地提升, 但是还存在精度低、可靠性差、易磨损等诸多问题。我国铝电解电容器生产流程主要为模块化生产, 大部分设备间还未实现联机自动生产, 因此需要大量人工参与, 制约了我国铝电解电容器的发展。

针对目前我国铝电解电容器生产设备存在的问题, 研制一条自动化程度高、可靠性高的生产线具有重要的意义。铝电解电容器生产工艺性能的提高、需求的增长, 也迫使我国研制高产量、高性能的电容器生产线。含浸作为铝电解电容器生产流程中的一个重要工艺步骤, 使得研制一款能够在线含浸的含浸设备也具有重要的意义。

本研究在分析含浸方法和含浸工艺流程后, 借助有限元分析软件, 设计一种含浸锅结构。

1 铝电解电容器的含浸方法及工艺流程

芯子含浸又叫浸渍, 就是通过电解纸的吸附作用使芯子浸上工作电解液, 并保有一定的工作电解液。芯子在含浸前必须进行烘干[4]。

1.1 含浸方法

铝电解电容器的含浸方法主要有手工含浸法、真空含浸法和加压含浸法等[5]。目前, 大多厂商采用直接将卷绕烘干后的芯子放在含浸锅里含浸的方法。这种含浸方法一般一次能够含浸的量比较大, 单机生产率较高, 但是这种方法存在以下几个问题:含浸时间比较长, 芯子泡在含浸液内, 易造成导针变形和污染[6], 使组立机上料的故障率升高, 导致后期清洗难度加大, 不易连线自动化生产;芯子无序排放, 容易使电解液含浸不均, 制约了铝电解电容器品质的提高, 降低了产品的合格率;这种含浸方法往往都是大批量含浸, 含浸好之后到组立完成之前, 含浸好的芯子暴露在空气中的时间比较长, 空气中的水分及有害杂质等有可能影响芯子, 从而降低产品的质量。

本研究研制的设备采用抽真空加压含浸法:将烘干的芯子随芯子安装板和夹头等一起放入到含浸锅焊接件中抽真空, 然后充入电解液, 最后充入干净的空气加压到内部压强约为一个大气压强。通过抽真空能够使电解纸和铝箔之间的间隙为真空状态, 便于电解液的浸入。最后的加压能够加速电解液的浸入, 同时也是为了便于含浸好后工作电解液的回收。实验结果表明, 这种含浸方法含浸效率高, 电解液能快速、均匀、彻底渗透到芯子的每个细微毛孔和空隙中, 能够提高产品性能, 提升生产效率。

1.2 含浸的工艺流程

含浸系统采用自动上料、含浸锅自动上升、自动抽真空、自动注入工作电解液、自动充入干净空气、含浸好之后含浸锅自动下降、自动下料等。其工艺流程如图1所示。

2 含浸锅结构设计及强度分析

含浸锅的结构形式很多, 目前大多厂商采用的含浸锅, 主要为圆筒式含浸锅。圆筒式结构受力较均匀, 能够做的较薄。但是圆筒式含浸锅不易实现连线生产, 盒式结构[7]比较容易实现连线生产。

2.1 含浸锅的结构设计

含浸锅的组件结构如图2所示。含浸锅主要由气缸3、浮动接头7、导向轴8、芯子安装板4和含浸锅焊接件等组成。含浸锅焊接件由侧板2、侧板11、顶板9、底板12和盖板14焊接而成。芯子安装板上装有多组夹头, 用于夹持电容器, 一组夹头一次能够夹持多个电容器芯子。夹头由摆杆5和摆杆6等组成。盖板通过浮动接头7与气缸3的活塞杆连接, 导向轴8用于防止气缸轴的转动。底板12上开有4个小孔, 当注入电解液时, 电解液从这4个小孔分流, 从而降低电解液的流速。在含浸锅焊接件底部, 即底板12上, 安装有一块网孔板13, 网孔板上开有许多小孔, 这些小孔处于电容器芯子的正下方, 能够使电解液再次分流, 防止工作电解液因流速太快, 四处喷溅, 污染电容器导针及芯子安装板等。在含浸锅内部装有液位计 (图中未画出) , 用于测量工作电解液的高度, 当工作电解液到达指定高度时, 关闭电解液平衡电磁阀, 防止电解液高过导针。

1—排气接头;2—侧板 (一) ;3—气缸;4—芯子安装板;5—摆杆 (一) ;6—摆杆 (二) ;7—浮动接头;8—导向轴;9—顶板;10—O型密封圈;11—侧板 (二) ;12—底板;13—网孔板;14—盖板

上料完成后, 芯子安装板翻转180°, 固定在工作台上, 随工作台转到含浸工位。转位到位之后, 气缸活塞杆推出, 含浸锅焊接件上升, 顶着芯子安装板, 含浸锅焊接件与芯子安装板间采用O型密封圈密封。含浸好后, 电解液平衡电磁阀打开, 含浸锅内部为一个大气压, 电解液平衡缸内为真空状态, 工作电解液能够自动流回电解液平衡缸。电解液全部收回之后, 气缸[8]活塞杆收回, 含浸锅焊接件下降, 芯子安装板夹着电容器芯子转到下一工位, 进行后续的处理。

2.2 含浸锅结构静力学分析

含浸锅要求质量尽可能轻, 即含浸锅整个箱体要尽可能薄, 同时又要满足一定的工况要求, 所以有必要对含浸锅进行静力学分析。本研究取工作状况最差的时刻 (即含浸锅内部为真空时) 分析, 如果在这一时刻, 没有出现塑性变形, 或变形量比较小, 则含浸锅能够很好的工作。

塑性材料到达屈服时的应力是屈服极限σs, 它是构件失效时的极限应力。为了保证构件具有足够的强度, 在工作载荷的作用下, 实际的应力σ应低于极限应力, 并具有一定的安全系数。构件不仅要满足强度要求, 同时变形量又不能过大[9]。下面本研究借助有限元[10,11]分析软件, 对含浸锅整体进行分析, 含浸锅材料为不锈钢 (1Cr18Ni9Ti) , 屈服强度约为250 MPa。

2.2.1 有限元模型的建立

含浸锅焊接件及芯子安装板上有许多螺纹孔、圆角、倒角等特征, 运用有限元分析软件进行分析时, 计算量比较大, 忽略这些特征并不影响模型的参数, 对分析精度的影响不大。同时, 静力学分析的主要目的是优化含浸锅的结构, 对精度的要求不是很高。综合考虑这两方面的因素, 有必要简化这些局部特征。

在载荷的作用下, 侧板可能出现较大变形, 可能会沿着芯子安装板的下表面滑动。气缸上的推出力能够保证含浸锅焊接件与芯子安装板不分离, 在设置约束条件时, 不能把芯子安装板和含浸锅焊接件完全约束住, 如果完全约束住, 结果会存在很大的误差。

2.2.2 固定约束及接触类型

含浸锅在抽真空的时候是静止的, 芯子安装板固定在工作台上, 本研究选择与工作台连接的3个面作为工作台对含浸锅的刚性支撑作用, 如图3所示。由于该方法是比较简单的处理方法, 实际约束的地方并非绝对刚性的, 因此微小的位移计算误差还是存在的。含浸锅焊接件与芯子安装板之间可能会出现滑动, 所以本研究定义它们之间的接触类型为滑动不分离。

2.2.3 载荷

由于工作时含浸锅内部为真空状态, 含浸锅受力主要来自于外部大气压力, 大小为0.1 MPa, 方向为垂直各个板的表面指向含浸锅内部。此外, 还有含浸锅自身的重力和气缸推力。气缸推力作用在盖板与浮动接头的连接处, 其大小为:

式中:P—气动系统的空气压力, 其值为0.4 MPa;A—活塞受压面积。

气缸推力的作用位置及方向如图4所示。

2.2.4 网格划分

对含浸锅结构进行静力学分析的主要目的是优化含浸机的结构, 减轻含浸机重量, 精度要求不是很高, 所以网格大小可以设置的大一些, 以减少计算量, 本研究中网格大小使用默认值。

2.2.5 结果分析

含浸锅箱体等效应力如图5所示, 应变如图6所示, 分析结果概要如表1所示。

表1说明整个箱体的安全系数比较高, 能够正常工作。由图5、图6可知, 最大等效应力出现在盖板上, 最大值约为30 MPa, 而不锈钢的屈服极限为250 MPa左右, 说明含浸锅箱体的变形处于弹性变形范围内, 安全系数比较大。最大变形量也出现在盖板上, 最大值约为0.1 mm, 对于含浸锅来说, 变形量不大, 因此这个厚度的含浸锅能够很好地满足该工况的要求。实验的结果也表明, 该厚度的含浸锅能够很好地满足工作要求, 同时也不会出现漏气等现象。

3 结束语

该含浸锅主要由芯子安装板和含浸锅焊接件组成, 芯子安装板能随工作台转动, 也能绕着工作台翻转。芯子安装板上阵列着多组夹头, 能够有序夹持电容器芯子, 便于自动上、下料。含浸锅焊接件能够上下移动, 含浸好后, 含浸锅焊接件与芯子安装板分离, 芯子安装板直接转到下一工位。

每个芯子有序夹持, 采用真空加压含浸, 可在2 min内含浸完成。导针不接触含浸液, 含浸液无法污染导针, 降低了后期的清洗难度。含浸好之后, 系统通过采用机械手和自动输送带, 直接将含浸好的芯子送到组立机组立, 能够实现连线自动生产。

参考文献

[1]徐友龙.铝电解电容器的现状与发展[J].电子元器件应用, 2002, 4 (6) :1-3.

[2]季锐.铝电解电容器的基本概念与应用 (1) [J].电子元器件应用, 2002, 4 (6) :54-58.

[3]梁亚芹.引线式400 V缩体铝电解电容器电解纸选用研究[J].电子元件与材料, 2012, 31 (5) :47-48.

[4]余楚迎, 李建忠.高温高压铝电解电容器工作电解液的研制[J].汕头大学学报:自然科学版, 2006, 21 (1) :14-16.

[5]林学清, 洪雪宝.铝电解电容器工程技术 (修订版) [M].厦门:厦门大学出版社, 2006.

[6]张严, 张卫东, 陈现文, 等.高速自动输送素子机构及含浸组立机:中国, 200620154558.6[P].2006-12-11.

[7]钱东东, 沈进, 袁波会, 等.铝电解电容器含浸装置:中国, 200820036067.0[P].2008-05-27.

[8]SMC (中国) 有限公司.现代实用气动技术[M].2版.北京:机械工业出版社, 2008.

[9]刘鸿文.材料力学I[M].4版.北京:高等教育出版社, 2004.

[10]丁立聪, 张宪.基于有限元技术的锅炉水冷壁焊机关键部件研究[J].轻工机械, 2012, 30 (3) :92-96.

铝电解多功能行车发展方向 篇4

目前国内铝行业发展如雨后春笋般突飞猛进，老企业也不断地改造扩大产能，特别是大型预焙电解槽的出现，对铝电解多功能机组的要求也越来越高，各企业都视先进的设备为第一生产力，作为企业发展竞争的首要优势。

一、铝电解多功能机组的用途

铝电解多功能机组是预焙阳极铝电解生产的专用、关键设备。它能完成预焙阳极铝电解槽的下列工艺操作。

①打壳和覆盖氧化铝。②更换阳极。③出铝。5辅助提升阳极母线。⑤在安装和检修电解槽时，可吊运电解槽上部结构和下部槽壳及其它零星吊运。

二、铝电解多功能机组的分类

预焙槽在电解车间的配置方式有横向配置和纵向配置两种，预焙槽按进电方式可分为两点进电槽和大面多点进电槽。合理设计的多点进电槽具有较好的三场分布，生产指标好，因而得到了广泛应用。目前，横向配置多用于新建铝厂；纵向配置国外多见。

根据工艺配置和电解槽进电方式的需要，铝电解多功能机组可分成电解多功能机组和地面小车两大类。

电解多功能机组按功能的配备可分为全功能电解多功能机组和简易电解天车两大类，其区别主要在于前者具有全自动更换阳极装置和自己配备有打壳动力源，而后者只有阳极提升、下降机构，同时兼作出铝用。

铝电解多功能机组按操纵方式可分为驾驶室操纵机组和遥控机组两种形式。驾驶室操纵机组按驾驶室及工具的配置位置又有高位机组和低位机组之分。

地面小车有：打壳换极车、加料车、出铝车等。

三、铝电解多功能机组的技术现状 目前铝电解多功能机组普遍采用了起重机械和工程技术、液气压传动技术、电子技术和最新的科研成果。

电解多功能机组普遍采用桥式起重机的桥架作为机组机构，在桥架上配置有多个工具机构的工具小车、出铝小车、电葫芦等。

（1）行走传动系统电解多功能机组国内是从80年代初引进的法国ecl低位机组，采用的是多极电机或电阻调速。第一批国产的低位机组用于包头铝厂和青海铝厂的行走传动系统为立式齿轮减速机，双齿轮联轴器结构，主要缺点在于减速机易漏油、同心度差、对端梁的破坏性大等。90年代贵州铝厂将该结构的传动方式改为平面二包蜗轮蜗杆传动，减速机输出轴与车轮轴，输入轴与电机轴为整体结构，取消了联轴器，同心度较高。90年代末期至今引进或国内新制作的传动系统大部分设计、制造厂家均倾向于选择进口减速机（三合一），均采用变频调速。

（2）主小车主小车主要功能：打壳和覆盖氧化铝，更换阳极。主小车可分为低位和高位两种。低位机组主要用于两端进电电解槽，为了便于供电和供气安装有滑环装置，该处故障率较高，随着电解槽的发展，此种车型生产的越来越少。高位机组主要用于多点进电电解槽，打壳机构和下料机构为可伸缩，取消了滑环装置，回转可在270°之内任意旋转。

（3）出铝小车目前国内出铝小车有两种：一种为单独小车结构，另一种为工具小车结构，即提升机构位于工具小车上，前者较多，后者主要位于简易高位天车上。单独出铝小车又有两种构造方式，一种为硬钩型式，即提升机构在一固定导向框架内升降，受导向框架限制提升高度有限，应用功能较为单一，但吊运物品时无摆动。另一种为软钩型式，在大车大梁底部以下无导向框架，只在大梁底部稍上位置设有导向机构，大车高速运行之前，将吊运物品提升至该位置，可防止摆动。由于提升高度较高，除用于出铝外，还可用于吊运其它物品，应用范围较硬钩广泛。

（4）气源供给90年代以前因受国内空压机质量影响，国内天车大部分气源由厂房内压缩空气提供，缺点在于运用时必须悬挂风管，使用时不方便。90年代后英格索兰公司进入中国市场，随即英格索兰空压机在电解天车上普遍运用。从近10年使用情况来看效果较好，但因受电解厂房环境因素制约，使用寿命难以达到设计值。据此英格索兰公司专门针对铝电解环境研制了一种抗粉尘空压机（ml37－ⅲ），并且已投入市场，主要在包头、河南、云南、青铜峡等铝厂使用。

（5）打壳机构目前国内大部分铝厂使用的打壳机构为气动结构，该结构振动频率高，但本世纪初在云南、焦作铝厂使用的打壳机构为全液压结构，该结构力量大，频率低，但对低位天车来说不易采用，对回转和击头悬挂主架破坏性较大。

（6）阳极更换装置九十年代末期全液压更换阳极装置的诞生，是专门为预焙阳极铝电解厂多功能机组开发设计制造的电解槽阳极更换机构，以取代早期铝电解多功能机组所使用的四键缸式更换阳极机构，它具有对位准确、动作安全可靠、自动更换阳极等优点。

（7）驾驶室国内原设计制造的天车在驾驶室中都安装有空调装置，但因天车工作时振动剧烈，厂房内粉尘较大，空调使用寿命均很短，后大部分已取消，取消后驾驶室内冬天采用电热器取暖（主要在北方地区），夏天采用风扇降温，工人作业时极不方便。目前大部分铝厂仍赞成安装空调，产品选用进口的较多，如贵州铝厂、平果铝厂、包头铝厂等厂家。

（8）整车操作目前国内大部分铝厂的天车操作在驾驶室内完成，但最近几年电子、电气技术飞速发展，先进的技术在天车上得到了运用，遥控天车随即产生，主要在云南、焦作等铝厂制造的天车上。

四、铝电解多功能机组的发展方向

1、铝电解多功能机组产品品种的发展方向

由于横向配置预焙槽可以提高单位面积产量，具有综合经济效益好等优点，目前国内上马在建的铝厂大多选用200ka以上的槽型，多点进电。这就给铝电解多功能机组发展起到推动作用。同时还应看到，大型预焙槽及车间的特殊环境对电解多功能机组在可靠性及运转率等方面提出了更高要求。由于驾驶室玻璃的防腐问题和能适合于电解车间环境的高可靠性的空调机尚无法解决，机组作业时，驾驶室处于烟气和热辐射中，司机的视场很不好（高位机组更差），靠地面人工引导作业，严重影响操作和生产效率的提高。

因而，未来最有发展前途的铝电解多功能机组的品种应是：高可靠性、高运转率、减轻操作工劳动强度、轻而小的多功能机组。

2、电解多功能机组的技术发展方向（1）轻型化、小型化。（2）功能扩大化。（3）功能机构全液压化。（4）电子化。（5）电气化。

（6）调速方式采用变频调速，调速性能好。

（7）控制方式采用plc、logo，可以减少中间继电器，降低故障率，提高机组的可靠性和运转率。

铝电解电容器 篇5

铝电解电容器是电子工程中极为重要的基础电子元件之一,在电子电路中起滤波、耦合、旁路等作用,广泛应用于通讯设备、视听系统、家用电器和仪器仪表等领域[1]。在电容器生产过程中,装配工序由于设备、人为的原因,经常会生产出无套管的电容器,这些没有套上套管的电容器就流入了下道工序。外观检查的员工就需将这些不良产品一个一个挑出,需要花费大量的人力,增加了生产成本。基于此情况,在装配工序设计了一条基于PLC的检测套管自动化生产线,将没有套上套管的电容器剔除掉,大大节约了劳动力,保证了产品的质量,提高了经济效益。

该自动化生产线主要由送料机构、机械手搬运机构、传送和分拣机构组成。系统的控制部分采用可编程控制器(PLC),执行机构由气动电磁阀-气缸构成的气压驱动装置,实现了整个系统自动运行,并完成电容器的分拣。

1 生产线的工作原理

该生产线的工艺流程图如图1所示。

工作原理:按启动按钮后,启动送料电机驱动放料盘旋转,电容器由送料槽到电容器提升位置,电容器检测光电传感器开始检测;如果送料电机运转4秒钟后,如果电容器检测光电传感器仍未检测到电容器,则说明送料机构已经无电容器,这时要停机并报警;电容器检测光电传感器检测到有电容器,将给PLC发出信号,由驱动上料单向电磁阀上料,机械手臂伸出手爪下降抓物,然后手爪提升臂缩回,手臂旋转到右限位,手臂伸出,手爪下降将电容器放到传送带上,传送带输送电容器,光纤传感器则根据电容器的颜色(白色和黑色),分别由PLC控制相应电磁阀使气缸动作,并对电容器进行分拣。最后机械手返回原位重新开始下一个流程[2]。

2 控制系统硬件设计

本生产线应用检测、信息处理、自动控制等关键技术,力求使整体设计达到最优化,使机械特性趋向优良。它以可编程控制器(PLC)为核心进行控制系统的设计,运用了较为普遍的光电传感器,磁感应传感器和用来辨别颜色的光纤传感器。此设计还运用了变频器技术,利用触摸屏对整个系统进行监控[3]。

2.1 控制系统组成

控制系统组成框图如图2所示。

当电容器放到传送带上升为入料口漫射式光电传感器检测到时,信号传输给PLC,通过PLC的程序启动变频器,电机运转驱动传送带工作,把电容器带进分拣区,如果进入分拣区为无套管白色电容,则检测白色电容器的光纤传感器动作,作为1号槽推料气缸启动信号,将无套管白色电容推到1号槽里,如果进入分拣区的为有套管的黑色电容,检测黑色电容器的光纤传感器作为2号槽推料气缸启动信号,将黑色电容器推到2号槽里,自动生产线的加工结束。

在每个电容器槽的对面都装有推料气缸,把分拣出的工件推到对号料槽中。在两个推料气缸的前权限位置分别装有磁感应传感器,在PLC自动控制可根据该信号来判别分拣气缸当前所处位置。

传送带是把机械手输送过来有套管电容器和无套管器进行传输,输送至分拣区。两条电容器槽分别用于存放有套管的黑色电容和无套管的白色电容。三相电机是传动机构的主要部分,电动机的转速快慢由变频器控制,其作用是带动传送带从而输送电容器。触摸屏主要是对整个系统进行监控,设置了启动按钮,停止按钮,清零按钮,并且可以对黑、白电容器分别进行计数。

2.2 PLC选型

整个控制系统输入点数20点,输出点数18点,合计38个。考虑发展及性价比,PLC选用三菱PLCFX2N-48MR[5]。其I/O分配如表1所示。

2.3 变频器的选择

变频器是应用变频技术制造的一种静位通断作用将频率固定(通常为工频50Hz)的交流电(三相或单相)变换成频率连续可调的交流电的电能控制装置。变频器容量的选择原则是:变频器的额定容量所适用的电动机功率不小于实际使用的电动机的额定功率;变频器的额定输出电流不小于电动机的额定电流;变频器的额定输出电压不小于电动机的额定电压。采用变频器驱动异步电动机调速时,在异步电动机确定后,通常首先应根据异步电动机的额定电流来选择变频器,或者根据异步电动机实际运行中的最大电流值来选择变频器;然后再校验额定功率和额定电压是否满足运行条件[6]。此生产线的异步电动机型号为JW5014,规格为380V,0.25A,综合考虑以上因素选择三菱E540-0.75KW变频器。

2.4 触摸屏的选择

选择价廉物美,功能齐全的触摸屏。设计选用eview MT500系列全新一代的工业嵌入式触摸屏人机界面,MT-506SV3[4]。

3 控制系统软件设计

由于整个控制系统较为复杂,将软件设计分为上料控制系统、机械手搬运机构、电容器传送和分拣机构三大部分。考虑篇幅因素,PLC程序设计不予介绍,现对触摸屏监控画面的设计简单介绍。

根据输入设备情况,结合通常的使用习惯,将按钮和计数设计在一块面板上,启动用绿色按钮,停止用红色按钮。监控画面设计效果如图3所示。

4 结束语

本系统采用PLC作为控制平台的控制核心,具有集成度高、抗干扰能力强等特点。设计的这条检测套管自动化生产线,整个生产线的自动化水平较高,一个员工至少可以同时操作四台这种设备,极大地提高了生产效率。光纤传感器能准确无误地将没有套管的电容器分选出,整个生产过程中,电容器损耗少,检测的准确率高,提高了生产效率。利用触摸屏技术,能分别将没有套上套管的电容器和套上套管的电容器进行计数,以便产品合格率的统计,如果企业停电后,原先所计的数值仍然能保持,这样能保持产品批次的完整性。

总之,设计的这条检测套管生产线,自动化水平较高,节约了大量的劳动力,提高了产品的投入产出率,保证了产品的质量,发挥了较好的经济效益。

参考文献

[1]喜琍.铝电解电容器容量不稳定现象分析与控制[J].电子质量,2008(2)25-27.

[2]梁森,黄杭美.自动检测与转换技术[M].北京:机械工业出版社,2007.

[3]李宏,岳清涛,江琳.基于触摸屏和PLC的数字触发式整流电源设计[J].电力电子技术,2009(5)27-28.

[4]尹景春,赵洪涛,马辉.巧用触摸屏盘活PLC[J].自动化技术与应用,2009(4)88-89.

[5]王坚.基于三菱PLC的步进电动机监控系统的设计与开发[J].电气应用,2009(4)54-56.

铝电解电容器 篇6

1 铝电解电容特质

1.1 电容构造

铝电解电容是由经过腐蚀而形成氧化膜的阳极铝箔,中间隔着电解纸与阴极铝箔卷绕后,通过多片引出薄片,将阳极、阴极铝箔分别连接到电容的铝杆终端,再整体浸渍工作电解液,密封在铝壳中而制成。如铝电解电容内部结构图,即图1所示,在非固态电解液的电容里,电介质为阳极铝箔氧化层,电解液是阴极铝箔和阳极铝箔氧化层之间的电接触,浸润着电解液的纸介层成为阴极铝箔与阳极铝箔之间的隔离层。

就电容自身而言,影响其寿命的因素主要为选材用料好坏、加工工艺优劣等;就电容应用的外部条件而言,影响其寿命的因素则涉及工作温度、安装方式、纹波电流、工作电压等。

1.3 电容失效类型

1.3.1 开路失效

开路失效一般因引出线与铝杆之间的焊接处被腐蚀断开而产生,由于选材及制作工艺等原因,引出线与铝杆对焊后会在焊点处形成Al、Fe、Cu、Sn、Pb等共熔物,外加电解液含有水分时,上述共熔物将在其浸润中形成微电池腐蚀。电容封盖还有可能因老化而析出Cl-、SO42-等杂质离子,也会加速对焊点的腐蚀。在电容外加电压时,电解液中Cl-、OH-等负离子在电场的作用下趋向正极焊点处,所以,断点大都出现在正极上,负极区域则缺少这些离子,焊点一般保持完好。

1.3.2 电解液干涸失效

造成电容电解液干涸失效的原因有两个,原因一为封装工艺瑕疵等问题造成电容密封不好,电解液通过泄压孔、引线孔或滚边处,过快逸出铝壳外;原因二为电容超出实际工作温度所对应的额定工作时限,在电性能上主要表现为电容容值C缓慢减小、串联电阻逐渐增大。

1.3.3 冒气漏液失效

因外加电压超出电容额定电压、纹波电流过大或工作温度过高等原因,会使铝电解电容冒气漏液失效,造成电容严重受损,电性能快速劣化。前述后两种失效进程相对缓慢,且失效电容在外观上无明显辨识,而冒气漏液失效则相对迅猛,失效电容在泄压孔或滚边处会有电解液溢出,有的甚至整个封盖都会被冲开。

2 日常维护所发现的问题

广东省广播电视技术中心五二二台引进使用的一部哈广DAM 50kW中波发射机,其在运行使用将近3年半的时候,三大电声指标中的失真度较先前明显增大,普遍由原先的0.6%以下变为1.2%左右,主要体现在低频部分。经过对机器进行全面检查,发现其功放电源整流滤波电路中的19个参数为5600uF/350V的铝电解电容,有将近半数失效,个别有少量电解液从泄压孔溢出。将所有失效电容予以更换,发射机失真度指标恢复先前水平。

3 原因分析

经查阅分析,该型号发射机的功放电源部分采用的是十二相全波整流电路,纹波系数只有1%左右,原设计配备的铝电解电容容量及数量,不但能满足其滤波电路的要求,而且还有一定冗余。加上广东省广播电视技术中心五二二台采用专线供电,电压相对比较稳定。所以,基本可以排除是纹波电流过大或过压导致出现问题。

经与制造厂家人员沟通,我们了解到一般额定最高温度为85℃的铝电解电容,理论工作寿命为2000小时,应用温度每降低10℃,理论工作寿命增加一倍。根据一段时间的监测,在发射机停止一天的播音任务后,用红外线测温枪测得电容温度大部分处于30℃～40℃之间,最高也只有43℃。按45℃计算,其理论工作寿命应该为32000小时以上,通过计算该发射机每天播音的时间,得出此批电容的工作时限为7年以上。但该发射机从安装到发现问题,3年半未到,而且,对另一部同一时间安装且型号相同的发射机进行检查,也发现一定数量的电容已失效。由此可见,并非是电容超出实际工作温度对应的额定工作时限,导致故障的发生。

为探明电容失效原因,工作人员用电容表对失效电容进行测量,发现电容要么是呈开路状态,要么是显示容值超出量程,用万用表测量,两极间有微弱电压而且无法放尽(后发现是因内部开路,储备电量无法放尽)。为进一步弄清问题,对失效电容进行剖解:在撬开封盖瞬间,听到有气流声,证明电容密封效果良好,撬开后发现里面电解液充足,但正极引出薄片已断裂,负极则完好无缺,具体如图2所示,用电容表直接夹着两极引出薄片测量其容值,发现数值与标称值相当,接连剖解多个失效电容皆如此。这些都与开路失效机理相吻合,最终判定失效是电容本身品质不佳。

4 结语

经上述分析得出,在现实应用中,造成铝电解电容失效的原因,除了外部因素,其自身品质的好坏起着先决作用。当其用料或工艺存在问题,可能导致电容内部开路失效,且无法从外观得以辨识,机器设备也只是出现个别指标上的劣化,而不会有明显故障现象。因此,一方面,在选购备件的时候,务必要选择质量有保障的品牌产品;另一方面,在日常维护检查中,要制定针对性措施,如定期测量其容值、耐压值和漏电流,注意监测电容的工作温度,批量更换临近工作时限的铝电解电容等,这样才能保证机器设备的高质量运行。

摘要：普遍应用于DAM中波发射机功放电源整流滤波电路中的大容量铝电解电容,由于其采用液体电解质,稳定性相对较差,有发生各种失效的可能。本文详细分析了在现实应用中遇到的一类铝电解电容失效现象,并提出了具有针对性的维护意见。

铝电解整流系统短路电流计算 篇7

本文通过对整流系统进行等效变换,考虑整流变压器与整流器之间阀侧母线的自感及相互之间的互感,进行短路电流计算,并对3种计算结果进行比较。

1 整流系统参数

铝电解整流供电系统图如图1所示。

整流供电系统参数如下:

1)系统短路电流:ISCsys=26.702 k A,系统电压U1=220 k V。

2)调压变压器一次侧:STN=98.3 MV·A,UT1N=220 k V,IT1N=258 A。

3)整流变压器一次侧:URT1N=107 k V,IRT1N=2×265.2 A。

4)整流变压器二次侧:URT2N=790 V,IRT2N=4×17 962 A。

5)调压变压器短路阻抗(额定档):USCT%=3.64%。整流变压器半短路阻抗(额定档):USCRT%=20.82%。

6)调压变压器负载损耗Pk T=197 138 W;整流变压器负载损耗PKRT=271 810 W。

7)阀侧母线规格:长度l=2 945 mm,宽度w=36 mm,高度h=450 mm;母线温度70℃。

8)铝电解系列参数:电解系列直流电流400k A,电解系列直流电压960 V,单机组额定电流IDCN=2×44 k A,整流机组数为6机组。

2 等效变换法短路电流计算[2,3]

2.1 等效变换

为计算阀侧、直流侧短路电流,将系统、调压变压器阻抗均折算至整流变阀侧,系统等效变换后阻抗图见图2。

1)基准值选取:

2)系统阻抗:

3)调压变压器阻抗:

4)整流变压器阻抗:

阀侧母线布置见图3,桥臂导通顺序见图4。

5)阀侧母线阻抗:

式中:R20为阀侧母线20℃电阻值,R20=ρ/(h×w)(Ω);ρ为铜的电阻率,ρ=0.017 9Ω·m;l为母线长度,l=2 945 mm;w为母线宽度,w=36 mm;h为母线高度,h=450 mm;t为母线运行温度,t=70℃;α20为铜的温度系数,α20=0.003 85。

式中:l为导体长度,cm;L(M)为导体的自感(互感),H;g为导体断面自几何均距(计算L时),或导线互几何均距(计算M时),cm。

1)导体断面自几何均距计算:

式中:h为母排高度,cm;w为母排厚度,cm。

2)导线互几何均距计算

式中:h为母排高度,cm;w为母排厚度,cm;d为两根母排中心距,cm。

根据桥臂导通顺序计算各组母线的电感,以a11,a42,b61,b32导通时为例,a11母线电感为

式中:La11Z为母线自感;Ma11a42为母线a11与a42互感;Ma11b61为母线a11与b61互感;Ma11b32为母线a11与b32互感。

根据La11计算原则,计算各母线电感后,取平均值,得母线自感L为

L=6.656 7×10-7H

母线电抗XB为

整流变压器阀侧相电压Ea为

2.2 整流变压器阀侧短路

整流变压器阀侧线电流稳态短路值。

幅值:

有效值:

2.3 直流侧短路

1)稳态短路电流。

(1)直流侧短路时,整流变压器阀侧线电流稳态短路值。

幅值:

有效值:

(2)桥臂电流稳态短路值,直流侧短路时,三相桥电路由正弦全波电路转换为正弦半波。

幅值:

有效值:

每个桥臂短路电流为上述值的1/4,即80.2 k A。

2)短路电流冲击值。

式中:Kch为冲击系数[1],取1.8。

2.4 单桥臂短路

1)故障臂。

幅值:

有效值:

冲击值:

式中:Kbch为桥臂短路电流冲击系数[1],取2.35。

2)健全臂。

有较大冲击的臂:

式中:Kbch1为健全臂短路电流冲击系数[1],取2.0。

有较小冲击的臂:

式中:Kbch2为健全臂短路电流冲击系数[1],取1.4。

2.5 同相逆并联桥间短路

幅值:

有效值:

冲击值:

式中:Kbbch为桥臂短路电流冲击系数[1],取2.35。

3 功率法短路计算

系统短路容量:

3.1 阀侧短路

阀侧短路等效系统图如图5所示。调压变压器的短路容量SSCT:

整流变压器的短路容量SSCRT:

两个串联的变压器与供电系统的合并短路容量SACS C:

阀侧短路电流IACSC:

3.2 直流侧短路

根据Ferraz Shawmut公司工程经验,DC侧发生短路时,短路电流下降约15%。

直流侧短路电流IDCSC:

3.3 单桥臂短路

在此情况下,由于2条次级电路间的耦合因数原因,98.3 MV·A变压器的短路容量不再为944.3 MV·A,而是此值的90%。

单桥臂间短路等效系统图如图6所示。

两个串联的变压器与供电系统的合并短路容量Sb SC:

臂间短路电流Ib SC:

4 三相桥短路电流估算法[4]

此方法以电机工程手册所给的短路电流计算公式进行估算。

变压器短路阻抗USC%为

阀侧短路电流IACSC幅值:

有效值:

直流侧短路电流IDCSC幅值:

有效值:

5 结论

根据上述计算结果,不同短路点稳态短路电流有效值见表1。

从表1可以看出,阀侧短路时,等效变换法与功率法计算结果一致,估算法由于未计及系统阻抗和变压器电阻,计算值比实际值大;直流侧短路时,功率法中厂家根据经验取0.85倍阀侧短路电流,估算法中取0.7倍阀侧短路电流,两种方法的计算值均比等效变换法的计算值小,而且功率法单桥臂短路电流计算结果较直流侧短路电流还大,从定性分析角度出发,该数值值得商榷。

较其他两个算法而言,本文的等效变换法为同相逆并联的桥间短路电流计算提供了方法。

摘要：铝电解整流系统短路电流计算,对于调压整流变压器、整流器的设计等具有重要意义。旨在从同相逆并联系统出发,对整流系统进行等效变换,并计及阀侧母线的自感及互感,从而较为准确地对短路电流进行计算,通过与其他方法计算结果相比较,证明该方法实用、准确,可作为设备厂家的设计依据。

关键词：铝电解,整流系统,短路电流,同相逆并联

参考文献

[1]沈阳铝镁设计研究院电力室.硅整流所电力设计[M].北京:冶金工业出版社,1983.

[2]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册:电气一次部分[M].北京:中国电力出版社,1989.

[3]王洪才,陈延镖,邵成杰,等.钢铁企业电力设计手册[M].北京:冶金工业出版社,1992.

铝电解电容器 篇8

1 铝电解槽破损的原因

1.1 侧部破损原因

电解槽侧部是比较容易发生破损的部位, 出现这一现象的原因主要是侧部的炉帮面积比较小, 其他部位都有炭块形成的炉帮, 而电解槽的形状由于比较特殊, 在侧面不易形成炉帮, 溶解后的电解质会逐渐渗透炭块, 铝电解生产中, 由于会产生钠离子, 而钠离子与碳离子比较容易结合, 会出现碳化反应, 聪聪碳-钠化合物, 这会使炭块更容易疏松, 还会使电解槽侧部炭块更容易被侵蚀, 据调查显示, 铝电解生产的过程中, 每天会侵蚀厚度为1mm的炭块, 会使电解槽出现磨损, 还会造成槽壳过热现象, 有的槽壳会出现烧红, 还会发生漏槽事故, 造成停槽问题的发生, 缩短了电解槽的寿命。电解槽侧部炉帮不易形成是造成电解槽破损的主要原因, 而侧部炉帮不易形成的原因主要有三点:首先, 电解槽侧部散热能力在槽壳温度基本恒定的情况下, 决定于周围环境温度和空气流动情况。虽然电解槽设计采用侧部散热型, 即侧部只有一层碳化硅砖的结构, 目的是保证在电解槽四周形成自然炉帮。然而, 我国绝大多数200KA、300KA电解槽槽壳仍采用了传统带二翼板的结构, 并且槽壳与地面的距离较短, 不利于散热通风, 严重影响侧部炉帮的形成。其次, 使用的氧化铝原料质量不均匀及打料系统缺陷, 造成效应受控率低。电解槽打料系统故障等原因, 阳极效应受控率较低, 效应系数高, 导致槽温在短时间内骤然上升30℃~40℃, 实践表明, 槽温升高越多, 恢复到正常生产温度所需时间越长。

1.2 电解槽底部出现破损

电解槽在焙烧的过程中, 由于电流分布不够均匀, 所以炭块局部会出现过热或过冷现象, 在电流分布比较密集的地方, 一般温度比较高, 电流分布不均匀会导致电解槽裂缝。在铝电解生产的过程中, 阴极会产生较多的钠离子, 其通过裂缝渗透到炭块中, 会与碳离子结合, 形成新的化合物, 这会增加碳缝的大小, 还会在磁场的影响下出现漩涡反应, 会增加铝液渗漏的速度, 容易造成电解槽破损等重大质量问题。当裂缝与电解槽阴极相通后, 必须做停槽处理, 这会缩短电解槽的寿命。电解槽底部破损主要是由温差原因及磁场设计两个方面引起的, 当焙烧温度没有得到有效控制, 会导致底部出现裂缝, 而裂缝与阴极炭块相通后, 有会导致铝液渗漏。电解槽磁场设计不合理, 会导致电流分布不均匀, 或者不平衡等问题, 会使炉帮不易形成, 导致电解槽出现严重的破损问题。

2 铝电解生产中延长电解槽寿命的新措施

2.1 优化焙烧流程, 提高加工工艺

铝电解槽在焙烧的过程中, 要科学的优化焙烧流程, 还要提高加工工艺, 这对电解槽的寿命有着较大的影响作用。电解槽焙烧一般采用的是焦粒法, 这与铝液焙烧法相比, 可以降低温度对焙烧质量的影响。在高温的影响下, 铝液会与碳素结合, 温度骤降后, 会使碳素出现裂缝, 当铝水侵入碳素裂缝处, 会大大缩减电解槽的寿命。为了避免这一问题的发生, 必须对焙烧过程进行严格的控制, 要合理调节阳极电流分布, 还要保证炉底均匀受热, 在焙烧的过程中不能出现温度突变等现象。要在恰当的时间启动电解槽, 还要采取有效的措施防止碳块脱落等现象出现。

2.2 严格控制生产技术条件, 保持稳定的热平衡和槽膛内形

电解槽的技术条件主要有电流强度、铝水平、电解质水平、电解槽温度、项技术条件选定后, 只有在运行中严格控制, 才能确保电解槽具有良好的热平衡和物料平衡。当槽温过高, 炉帮会熔化, 破坏槽膛内形;若槽温过低, 和电解质水平、铝液水平保持不好, 会造成炉底沉淀, 电流分布不均匀, 槽况恶化, 引发病槽。无论是降低电流还是增加电流生产, 都会影响电解槽的热收入, 原有的炉膛会发生较大的变化, 从而破坏电解槽原有的热平衡, 所以必须调整其它技术条件, 如电压、铝水平、分子比等才能适应新电流条件下的热平衡, 来维持电解槽的平稳运行。另外, 降低电流生产时会使得先前渗入阴极炭块中的电解质凝固, 导致阴极炭块产生裂缝, 促使炭块破损;而增加电流后, 由于增加了阴极炭块表面的电流密度, 阴极炭块本身温度会升高, 将会缩短已经破损炭块的寿命。

2.3 阳极质量的稳定性

阳极是铝电解槽的心脏, 只有良好的炭块质量才能保证电解槽长期稳定运行。质量羞的炭块用到后期容易出现开裂现象, 更为严重的是在更换阳极时出现炭块脱落情况;表面存在裂纹的炭块用于电解时, 高温电解质渗入裂纹中, 炭块就会出现断裂、局部掉块现象, 这些碎块不及时捞出, 它们将随着电解质运动到炭块底掌下, 影响阳极电流分布;或是由于炭块抗氧化性差出现掉渣现象, 据资料介绍, 当电解质中碳含量达到0.6%时, 电导率约降低10%, 并且由于大量炭渣与电解质分离不好, 不仅增加电解质的粘度, 而且促使电解槽增加效应, 因此可以说, 优良的阳极是电解槽稳定生产的重要因素, 也是降低效应系数的重要条件。

3 结论

电解槽在焙烧的过程中, 焙烧流程以及工艺对其使用寿命有着较大影响, 为了延长电解槽的寿命, 必须针对我国电解槽焙烧及使用过程中存在的问题进行处理。电解槽的寿命还与材料的材质有着较大的关系, 在焙烧时, 要注意控制生产条件, 操作要规范, 还要优化筑炉工艺, 这样才能保证铝电解生产的效率与效益。铝电解槽的寿命与企业的经济效益有着密切的关系, 本文对延长电解槽寿命的建议与对策进行了探讨, 希望对相关企业提供一定帮助, 正确使用电解槽, 避免其出现破损。

参考文献

[1]黄贵平, 马波.铝电解整流装置保护配置及信号采集和控制理念改进[J].中国高新技术企业, 2014 (30) .

[2]韩伟.合理调整稳流深度确保电解系统平稳经济节能运行[J].电子世界, 2014 (14) .

铝电解行业节能降耗应用分析 篇9

关键词：铝电解行业,节能降耗,应用分析

1 铝电解行业宏观概述

2009年哥本哈根气候会上, 我国政府承诺至2020年, GDP的能效减排目标每单位减少40%~45%, 并提高能源的使用效率。“十一五”所确定20%减排目标已经基本实现, 并努力在2015年实现单位工业增加能耗和CO2排放量比“十一五”末分别降低16%左右, 其中铝电解行业等有色金属高产低耗和节能减排行业是目标实现的重点行业。铝电解行业属于高能耗行业, 其节能减排是经济发展的重点。在铝价低迷的情况下, 很多铝电解的厂家致力于挖掘生产, 节能减排的潜能, 在技术装备和工艺技术等方面取得了一定的成绩, 已经开始撕下“高能耗”、“高污染”的标签。而且在全球经济日益紧张和环境问题日益突出的大背景下, 铝电解行业使用原辅材料、电解槽等生产控制技术, 对行业成本控制做出了有效的贡献。

2 铝电解行业技术节能降耗的应用

2.1 计算机控制技术

物料平衡和热平衡是铝电解技术控制的重要方面, 为了达到物料和热量的最佳平衡, 铝电解行业开始应用计算机控制技术, 旨在投入最少的热量和物料, 换取最大的行业产出。关于计算机控制技术的应用, 在铝电解行业中体现为“自适应控制技术”“模糊控制技术”“中温寻优控制技术”“专家系统”等, 这些技术在铝电解行业中的整体水平明显得以提高, 尤其是“双平衡控制系统”, 解决了铝电解行业的“能量平衡”问题。计算机控制技术在铝电解行业中的实践应用面临三大问题: (1) 自动加料控制技术应用时, 氧化铝低浓度的稳定性保持依然是难点; (2) 电阻控制技术尚未将电阻和热度控制整体结合起来, 操控机的智能化水平有待进一步提高; (3) 其他计算机辅助控制技术提高了安全生产的保障, 但并没有实现绝对的平衡, 距离真正的节能降耗目标, 尚存一定的上升空间。为此, 笔者认为铝电解行业对计算机控制技术的实践应用, 需要深入以上问题, 研究如何让铝电解物料平衡和热平衡达到最佳状态, 以提高电流的效率和降低电能的耗用, 同时争取在电解槽阳极效应方面取得更好的效果。

2.2 低电压技术

低电压铝电解节能技术, 是通过升级工艺控制技术, 实现低电压节能的效果, 在铝电解行业中, 通过相关理论研究和工业生产实践, 笔者发现铝电解节能减排的实现, 需要采用“零效应”等低电压电解工艺技术。铝电解炼铝成本费用极高, 尤其是电费, 大约占总成本的45%左右, 针对该现状, 我们应该采用低电压电解工艺技术, 适当强化电流, 以达到更好效果的热平衡。关于这种技术的实践应用, 表明将电压降到3.8 V~3.9 V的范围内, 阳极电流的密度可以强化到0.79~0.83 A/cm2, 可获得理想的热平衡。为此, 在工艺技术条件的设置方面, 要尽可能降低电解温度、过热度、氧化铝浓度、阳极效应系数、槽电压, 同时提高阳极电流密度, 即我们常说的“五低一高”。值得注意的是, “高”和“低”都并非绝对的数值, 需要针对具体的电解系列相关条件, 进行针对性的设计。鉴于铝电解的电解质组成容易受到氧化铝杂质含量的影响, 所以Li F、KF、Mg F2含量比较低的电解系列, 应该采用相对较低的分子比, 而Li F、KF、Mg F2含量比较高的电解系列, 应采用相对较高的分子比。除此之外, 为了追求最大程度降低槽电压, 以在临界状态获得高电流效率, 我们需要将热平衡、物料平衡、磁流体稳定性的波动控制在较窄的范围内, 形成窄物料工作区、窄热平衡工作区、窄磁流体稳定性调节区, 作为三维变量, 并应用控制系统分析这些变量, 以实现热平衡、物料平衡、磁流体稳定性“三窄”目标。

2.3 新型阴极结构技术

阴极潜能的挖掘, 是铝电解节能减排的致力方向之一。通过增加阴极使用周期和降低阴极压降, 延长电解槽的寿命和减少废气阴极对环境的污染。在这个层面上, 笔者认为需要采用新型阴极结构技术, 一方面是提升阴极质量水平, 可采用30%~80%石墨比的石墨质阴极炭块, 以降低阴极压降, 譬如某铝厂应用30%石墨比的阴极炭块, 将平均炉底压降降低到20 m V。除了需要控制石墨比, 还要求综合考虑石墨的抗热震和抗钠侵蚀性能, 以及注重阴极炭块的质量水平。在实践应用中, 石墨化阴极炭块普遍存在导电不均匀等情况, 为此笔者认为阴极炭块的未来发展技术方向, 应该倾向于“炭块局部选择”和“炭块拼节”等。另一方面是回收利用废弃阴极, 因为阴极当中含量氟化物和氰化物, 这些物质是污染地下水资源的罪魁祸首, 而且造成人体骨骼的极大毒害, 同时还会影响自然生态平衡。关于废弃阴极的回收利用, 要求铝电解厂要设置处置的设施和场所, 将其变废为宝, 譬如可将废弃阴极作为水泥制造的补充燃料、作为化铁炉溶剂、作为铝电解生产添加剂等。

3 结语

铝电解行业是高产低耗和节能减排的目标行业, 在铝价低迷的情况下, 很多铝电解厂家致力于挖掘生产, 节能减排的潜能, 在技术装备和工艺技术等方面取得了一定的成绩。为了提高该行业节能减排水平, 我们需要计算机控制技术, 达到物料和热量的最佳平衡, 提高电流的效率和降低电能的耗用, 同时还可以应用低电压技术和新型阴极机构技术, 这些都是铝电解行业节能减排致力的技术应用方向之一。

参考文献