一种热铝渣回收设备的研究与设计

论文摘要

铝是一种重要的战略金属,铝工业是我国的优势产业,近年来我国铝工业取得了长足发展,原铝产量和消耗量已稳居世界第一位。然而,铝工业又是典型的高能耗产业,随着我国乃至世界能源供应的日趋紧张和我国环境压力的增大,铝工业面临节能降耗的紧迫任务,对铝渣的回收是其中一个环节。我国铝渣的回收工艺比较落后,主要是手工操作,劳动强度大,没有专业的处理厂和专用的设备。国外则相对成熟,有热铝渣回收设备和专业化的处理厂。国外的设备如果被购进国内,用户不仅要承担高昂的价格,而且易损零部件不易更换,维修费用高,为原铝和铝加工厂量身打造低廉、高效的国产铝渣回收设备很有意义。本文从概述铝的用途、性质入手,简要介绍了铝渣产生的根源和特性,对国内外铝渣回收的工艺作了回顾和对比,介绍了国外相应的处理设备,尤其是热铝渣处理中的挤压法(“the press”法),并以该法为工艺基础,依照某铝厂的生产情况,通过实验模拟压榨工艺,摸清了压榨压力与回收率之间的关系,确定了设计参数,进而提出了一种热铝渣压榨机的设计方案和评价方法。本机采用机电一体化设计,包含了机械本体、液压传动和电气控制三大部分。文中给出了机械结构,主要包括机架、压头、渣箱、冷却系统等部分,对其中主要的尺寸参数给出了分析和计算过程,对受热部分等重要部位的材料选择进行了分析。同时,设计了一套采用齿轮和蜗轮—蜗杆传动的倾翻清理装置与之相配合,大大方便了在熔炼场地对铝渣的一次处理。液压传动部分采用双油路液压锁保压和蓄能器保压两种方案进行设计,造价不同,取舍由专家和用户根据模糊评价法确定。泵、液压缸、蓄能器等液压元件的型号和参数选取均给出了分析步骤和计算方法。用仿真软件AMESim对液压系统运行过程中的速度、位移等参数进行了模拟,结果表明,达到了设计目标。文中设计的电气控制方案与液压传动相匹配,包括了控制系统原理和控制面板的配置。介绍了可编程控制器的原理和结构,给出了该机电气控制系统PLC改造的方法。该机具有较高的自动化作业能力,整套系统的工作压力和压榨工作时间均可调整,并有仪表显示,较好的满足了工艺要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 金属铝的战略意义
• 1.1.2 我国铝工业的现状及特点
• 1.1.3 加强铝工业相关设备的研究开发与技术创新力度对节能减排具有战略意义
• 1.2 铝渣产生的根源及其分类
• 1.3 国内外铝渣处理的过程与设备
• 1.3.1 铝渣处理的历史与“Press”处理设备的提出
• 1.3.2 我国与日本铝渣处理回收方法的比较
• 1.3.3 国内外铝渣处理的几种设备及其工艺概况
• 1.4 课题的研究目标、内容和本文的组织
• 1.4.1 研究的目标和内容
• 1.4.2 本文的组织
• 第2章 热铝渣压榨设备的总体设计
• 2.1 热铝渣压榨设备的工作要求及性能指标
• 2.2 用鱼骨法进行方案设计
• 2.3 设计方案的模糊评价方法
• 2.4 热铝渣压榨设备的总体方案概述
• 2.4.1 压榨机的性能与工作流程设想
• 2.4.2 重要设计参数的确定
• 2.4.2.1 压榨参数的获取与确定
• 2.4.2.2 压头外形及受力状况分析
• 2.4.3 总体结构的设计示意图
• 2.5 机械本体的设计与制造的关键点
• 2.5.1 机架的设计
• 2.5.2 压头与渣箱的设计
• 2.5.2.1 材料的选择
• 2.5.2.2 结构设计与制造工艺
• 2.5.3 压头与液压缸之间的连接设计
• 2.6 配套倾翻装置的设计
• 第3章 液压系统的设计与实现
• 3.1 液压系统的总体设计与工作原理剖析
• 3.1.1 油路系统的组成与工作机理分析
• 3.1.2 工作机理分析
• 3.1.3 系统设计特点
• 3.1.4 压榨保压的其它设计方案探讨
• 3.2 两套液压方案的比较
• 3.3 液压系统主要元件参数的设计与选用
• 3.3.1 系统工作压力的确定
• 3.3.2 液压泵与电机的选取过程
• 3.3.3 液压缸的选取及计算
• 3.3.4 油箱的设计与计算
• 3.3.5 蓄能器的设计与计算
• 3.3.6 管路的设计与选用
• 3.3.7 液压控制装置的集成
• 3.4 液压系统的仿真
• 3.4.1 液压系统仿真的优点以及AMESim仿真软件简介
• 3.4.2 设计方案的仿真
• 第4章 电气控制部分的设计与实现
• 4.1 总述
• 4.2 热铝渣压榨设备的继电器控制系统
• 4.2.1 液压系统方案一的电气控制方案
• 4.2.2 液压系统方案二的电气控制系统设计
• 4.3 可编控制器的原理及本装置控制部分的编程实现
• 4.3.1 可编程控制器原理
• 4.3.2 本套装置的PLC改造
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录