本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種用于石墨質陰極碳塊磷生鐵澆鑄工藝前的陰極預熱工作站，其功能是將組合好的陰極和鋼棒通過絕緣處理后，采用通電方式對鋼棒加熱。

背景技術：

電解鋁行業(yè)是能源消耗量相當大的行業(yè)之一。我國的電解鋁產(chǎn)量在世界排名第一，并且是鋁材料的消費大國，因此電解鋁行業(yè)急需低能耗的生產(chǎn)工藝和設備，以達到降低生產(chǎn)成本，節(jié)約人力和節(jié)能環(huán)保的國家發(fā)展要求。

在電解鋁的過程中，需要對石墨制備陰極?，F(xiàn)有技術中，通常使用搗制方法。如果使用鋼棒與陰極碳塊之間添加磷鐵，就必須對陰極碳塊進行預熱。此工藝能夠有效加大現(xiàn)有技術中電解鋁效率底的問題，具有降低陰極碳塊壓降的效果；節(jié)能高效。為了實現(xiàn)該先進工藝的實施，需要設計一種陰極組裝預熱站，對陰極碳塊進行加熱，以實現(xiàn)陰極碳塊澆鑄磷鐵的工藝。該陰極組裝預熱站的研發(fā)，符合當下國家節(jié)能減排的號召。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的技術問題，本發(fā)明創(chuàng)造提供適用于全新工藝要求的陰極組裝預熱站。

本發(fā)明創(chuàng)造的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的：陰極組裝預熱站，其特征在于：包括框架主體、控制系統(tǒng)、平臺小車、保溫防護罩、加熱電極、加熱變壓器、高壓斷路器、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)；

所述的框架主體采用龍門框架，在龍門框架上設有卷揚升降機構及氣動升降機構；

所述的控制系統(tǒng)包括操作臺、PLC電控柜；操作臺位于龍門框架的一側，PLC電控柜緊鄰龍門框架；

在龍門框架的外側地面上設置軌道，軌道兩端分別設有平臺小車，在軌道上安裝激光測距傳感器，由PLC電控柜控制平臺小車在地面軌道上行走；每輛平臺小車上置有若干組陰極碳塊，每組陰極碳塊設有兩個槽，每個槽內放置2根鋼棒，相鄰2根鋼棒中間預留間隙，鋼棒與陰極碳塊中間做絕緣處理；

所述的加熱電極分布于龍門框架兩側和中間位置，與平臺小車上的陰極碳塊數(shù)量相匹配，每組陰極碳塊對應設置5組加熱電極，所述的加熱電極由氣動升降機構驅動升降，PLC電控柜控制氣動升降機構動作，進而實現(xiàn)加熱電極與鋼棒夾緊或松開；由PLC電控柜控制高壓斷路器通電，經(jīng)加熱變壓器為加熱電極提供高壓電，實現(xiàn)陰極預熱；

所述的保溫防護罩安裝在龍門框架上，由卷揚升降機構驅動升降，當平臺小車移動到完全置于龍門框架內，PLC電控柜控制卷揚升降機構帶動保溫防護罩落下，與平臺小車構成一個密閉的空間，在保溫防護罩內側與鋼棒、陰極碳塊對應的位置設有溫度傳感器，用于采集鋼棒及陰極碳塊的溫度；

所述的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)包括水泵、壓力傳感器、溫度傳感器、流量計，控制閥門及冷卻管路，所述的冷卻管路分布于龍門框架的保溫防護罩上，并與加熱電極連接，在冷卻管路上設有壓力傳感器、溫度傳感器及流量計，由PLC電控柜控制冷卻水流量對預熱站的加熱電級和電纜進行冷卻。

每個平臺小車上放置6組陰極碳塊，每組陰極碳塊共設置4根鋼棒，組裝后的每組陰極碳塊上對應設置5組加熱電極。

一種前述的陰極組裝預熱站的使用方法，其步驟如下：

1）將陰極碳塊放到1個臺平臺車上，將陰極鋼棒與陰極碳塊組裝，在鋼棒與陰極碳塊中間填充絕緣材料；

2）由PLC電控柜控制平臺車進入陰極組裝預熱站，當平臺小車移動到完全置于龍門框架內，放下保溫防護罩，氣缸工作，龍門框架兩側加熱電極將鋼棒夾持；龍門框架中間的加熱電極將陰極碳塊上的鋼棒壓緊，形成電流回路；

3）啟動加熱程序，控制系統(tǒng)根據(jù)預設的加熱溫度，對陰極碳塊和陰極鋼棒進行預熱；預熱完成后，加熱變壓器自動停電，加熱電極張開，防護罩升起，平臺車開回初始位置，將另一臺平臺車駛入，開始下一循環(huán)。

所述的步驟3）的加熱過程中， 由PLC電控柜采集鋼棒及陰極碳塊溫度，當鋼棒及陰極碳塊溫度達到溫度門限值時，控制變壓器通/斷電。

本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果：本發(fā)明創(chuàng)造采用上述方案，其設計構思是將組合好的陰極碳塊和鋼棒通過絕緣處理后，兩側與中間的加熱電極在氣缸的帶動下夾緊鋼棒，使其接觸，由變壓器供電，加熱電極與鋼棒經(jīng)變壓器構成回路，此時鋼棒成為電阻，對鋼棒進行預熱，預熱陰極碳塊后澆筑磷鐵；該陰極組裝預熱工作站可同時加熱6組組合好的石墨質陰極碳塊和鋼棒組合體，分低溫段和高溫段兩段加熱、保溫。爐內氣氛氧含量控制在14%以內，通過預熱后澆鑄的陰極碳塊有效降低陰極鐵碳壓降，降低鋁電解直流電耗，提高電流效率，成品合格率達99%以上，達到低成本、低電耗、高效率的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明創(chuàng)造的結構示意圖。

圖2是圖1的左視圖。

圖3是圖1的俯視圖。

具體實施方式

陰極組裝預熱站，如圖1所示，包括框架主體、控制系統(tǒng)、平臺小車7、保溫防護罩3、加熱電極11、加熱變壓器5、高壓斷路器15、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)1。

框架主體采用龍門框架4，在龍門框架4上設有卷揚升降機構12及氣動升降機構13。

所述的控制系統(tǒng)包括操作臺9、PLC電控柜6；操作臺9位于龍門框架4的一側，PLC電控柜6緊鄰龍門框架。

在龍門框架4的外側地面上設置軌道，軌道兩端分別設有平臺小車7，在軌道上安裝激光測距傳感器，由PLC電控柜6控制平臺小車7在地面軌道上行走；每輛平臺小車7上置有6組陰極碳塊8，陰極碳塊8設有兩個槽，每個槽內放置2根鋼棒10，相鄰2根鋼棒10中間預留間隙，鋼棒10與陰極碳塊8中間做絕緣處理。

加熱電極11分布于龍門框架4的兩側和中間位置，與平臺小車7上的陰極碳塊數(shù)量相匹配，每組陰極碳塊8對應設置5組加熱電極11，如圖所示，本示例中龍門框架4的兩側和中間位置分別放置6組加熱電極，加熱電極11由氣動升降機構13驅動升降，氣動升降機構包括氣缸、氣動閥和三聯(lián)件，加熱電極與氣動升降機構的氣缸桿連接，PLC電控柜控制氣動升降機構動作，在氣動升降機構氣缸桿的帶動下，加熱電極11實現(xiàn)與鋼棒18的夾緊或松開。由PLC電控柜6控制高壓斷路器15通斷，經(jīng)加熱變壓器5及電纜為加熱電極11提供高壓電，實現(xiàn)陰極預熱。

保溫防護罩3安裝在龍門框架4上，由卷揚升降機構12驅動升降，當平臺小車7移動到完全置于龍門框架4內，PLC電控柜6控制卷揚升降機構12帶動保溫防護罩3落下，與平臺小車7構成一個密閉的空間，在保溫防護罩3內側與鋼棒、陰極碳塊對應的位置設有溫度傳感器，用于采集鋼棒及陰極碳塊的溫度.

冷卻循環(huán)水系統(tǒng)1包括水泵、壓力傳感器、溫度傳感器、流量計，控制閥門及冷卻管路，冷卻管路分布于龍門框架的保溫防護罩3上，并與加熱電極12連接，在冷卻管路上設有壓力傳感器、溫度傳感器及流量計，由PLC電控柜6控制冷卻水流量，對預熱站的加熱電級11和電纜進行冷卻。防止加熱溫度高電極融化，冷卻管路內的冷卻水為軟化水或蒸餾水，不含任何雜質，不導電。

該陰極組裝預熱站的使用方法，其步驟如下：

1）將陰極碳塊放到1個臺平臺車上，將陰極鋼棒與陰極碳塊組裝，在鋼棒與陰極碳塊中間填充絕緣材料；

2）由PLC電控柜控制平臺車進入陰極組裝預熱站，當平臺小車移動到完全置于龍門框架內，放下保溫防護罩，氣動升降機構的氣缸動作，龍門框架兩側的加熱電極將鋼棒夾持；龍門框架中間加熱電極將陰極碳塊的兩個鋼棒壓緊，形成電流回路；

3）啟動加熱程序，控制系統(tǒng)根據(jù)預設的加熱溫度，對陰極碳塊和陰極鋼棒進行預熱；整個工作周期通常為2-3小時，根據(jù)不同規(guī)格陰極碳塊加熱時間有所不同，預熱完成后，加熱變壓器自動停電，加熱電極張開，防護罩升起，平臺車開回初始位置，將另一臺平臺車駛入，開始下一循環(huán)；（員工將陰極碳塊和鋼棒按工藝要求擺放在一個臺車上后，操作臺車自動進入預熱站，完成一個加熱周期后，澆筑磷鐵，兩車交替工作，節(jié)省時間）

在步驟3）的加熱過程中， 由PLC電控柜采集鋼棒及陰極碳塊溫度，當鋼棒及陰極碳塊溫度達到溫度門限值時，控制變壓器通/停電。