自動化泡沫鋁設備結構特點及運行方案

本文設計開發出一種集預熱、攪拌、發泡、冷卻過程于一體的泡沫鋁生產設備，在吸收借鑒傳統井式爐的基礎上，增加了提升、推送等結構，優化生產節拍，在保證產品質量的前提下，提高了生產速度，大大降低了泡沫鋁的生產成本。

基本工藝參數：

在自動化泡沫鋁生產線研制過程中，首先進行充分的市場調研，結合建筑材料的技術要求，將泡沫鋁板材尺寸定型為1200mm×600mm，并以此作為技術基礎，將設備基本參數設計如下：

產能：1800t/a;
生產節拍：25min/爐;
攪拌工位：1個;
預熱工位：2個;
冷卻工位：1個;
爐內控溫精度：±5℃;
鋁液控溫精度：±5℃;
發泡槽尺寸：1560mm×6500mm×800mm;
攪拌桶尺寸：500mm×300mm×1000mm;
爐體外形尺寸：4880mm×2610mm×3600mm。

自動化泡沫鋁生產線主要結構特點：

自動化泡沫鋁生產線主要由加熱爐、攪拌桶、攪拌器、發泡模具及提升裝置、推板式步進輸送機、爐外輥道式輸送機以及溫度控制柜組成。


1、加熱爐


加熱爐體主要由Q345及310S型鋼制造。爐殼經防銹處理后，噴涂W61系列有機硅耐溫漆，爐體底部預留爐內輥道機架及發泡模具提升裝置的接口[2]。加熱爐設發泡槽預熱區域、發泡加熱區域，兩區域分別控制溫度，設有爐內循環風機使得加熱單元充分受熱，爐襯采用陶瓷纖維模塊，錨固在爐壁上及底部，加熱元件為0Cr25Al5電阻合金帶，電阻帶繞成波紋形，波峰及波谷分別采用陶瓷丁錨固在爐墻上。為了避免隔熱絮狀材料及雜物進入發泡鋁模具內，設計過程中在爐膛頂部采用316材質制作的防護套進行有效隔絕。


2、攪拌裝置

發泡攪拌器安裝在爐頂部位，攪拌器采用310S空心軸，發泡攪拌器采用三角皮帶傳動、三片式攪棍棒連續旋轉攪拌，以保證受熱不引起變形。攪拌器采用變頻器無極調速（100～3000rmp），通過力矩傳感器精準控制攪拌力矩。按工藝要求，在攪拌過程中的降溫階段，采用風冷裝置進行強制降溫，攪拌過程中能夠控制鋁液溫度下降速率為10～20℃/min[3]。

攪拌桶采用厚壁無縫鋼管制成，以確保在高溫狀態下不變形。采用快速卡套固定在爐體位，方便快速檢修、更換密封件。攪拌桶底部設置機械加工成型的密封槽，攪拌桶頂部設有吊環方便更換石墨密封件。攪拌桶連續使用8爐次無須吊出更換密封，攪拌桶更換密封件時能夠達到20min/次。



3、發泡模具及提升裝置


發泡凹槽和支架全部為殼模型，如圖1所示，凹槽和支架之間的連接采用bonded的方式，凹槽厚2mm，支架厚3mm，材料為Q345碳鋼，凹槽四邊通過螺栓固定在支架上。凹槽、支架、輪滑裝配成小車，其中倒入90kg的800℃高溫鋁液。經過5min的保溫過程，在凹槽兩側噴灑冷水對凹槽進行冷卻，過程約10min。


模具提升采用兩臺電液拉桿機將發泡模具提升到需要的工位。調整油缸的壓力及調整導柱位的彈簧，已達到攪拌桶與發泡模具密封的松緊度。調整油缸的流量，以同步提升發泡模具及平穩提升速度，故障率低于1/5000。電液拉桿機設置在加熱爐的側墻位，方便檢修及調整。


4、推送裝置

爐內輥道式輸送機采用推板步進式輸送，保證精確定位。兩側加被動輪輸送定位，防止發泡槽跑偏。爐外入口輥道式輸送機無動力，出口輥道輸送機采用電機、減速機驅動輥軸，出口輥軸采用310S材質的構件，確保不發生變形和故障，避免發泡模具在運行過程中出現卡澀現象[4]。


5、溫度控制

溫度控制的精準與否是決定泡沫鋁產品質量好壞至關重要的條件，該設備溫控系統技術要求如下：

①電控柜由電壓表、電流表、指示燈、溫度控制儀表、溫度記錄儀、功率輸出模塊、空氣開關、交流接觸器等組合而成。
②溫控系統采用智能控溫儀表，PID自整定，自動升溫、保溫，調節輸出功率，并可實現超溫報警。
③溫度記錄儀配三通道無紙記錄儀一套，最長儲存時間可達3年。
④全套設備的機電動作由電控柜設置的電器元件控制。

自動化泡沫鋁生產線運行情況

該設備已投入運行生產，目前具備日產1.5t泡沫鋁的能力，達到35min出一個成品，攪拌桶底部的石墨密封材料更換方便，PLC控制器自動控制，溫度控制滿足工藝要求，產品重復性好。整套系統滿負荷運行時，故障率小于2次/月。

長期以來，在泡沫鋁材料的生產上，國內生產商基本采用粗放的、人工間歇式的生產模式，產品差異性大、能耗高，而自動化連續生產技術一直被發達國家占有。



隨著自動化泡沫鋁設備的研制并成功投入使用，使得我國泡沫鋁生產技術邁上新臺階，打破了該項技術的壁壘，填補國內空白，這些問題的解決必將推動國內泡沫鋁材料的應用范圍進一步擴大。