氧化铝厂立盘过滤机的升级改造

路光远，张盼龙，宋 虎，张晓峰

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039

从 20 世纪 90 年代开始，立盘过滤机作为氧化铝厂品种过滤的关键设备，应用广泛。随着原材料铝矿品位的变化及生产工艺的改变，原有立盘过滤机越来越不能适应现有的生产需要，需要对原过滤机进行升级改造，提高其生产产能及自动化程度。现以国内某大型氧化铝厂 120 m2立盘过滤机改造为例，进行详细说明。

1 改造前情况

某氧化铝厂目前在用 120 m2立盘过滤机 8 台，用 6 备 2，运行 10 余年，由于原材料铝矿品位的变化及生产工艺的改变，现有产能不能满足生产需要。原立盘过滤机自动化程度低，个别设备存在槽体漏料、轴密封漏料及扇形板变形等问题，现场运行维护工作量较大。

2 升级改造

针对上述问题，综合考虑成本及施工工期等因素，选择在原设备基础上进行升级改造，以满足提产目的。为了提高其产能，升级改造后的立盘过滤机过滤面积为 180 m2，过滤面积提高 50%。针对目前立盘过滤机运行中出现的问题，利用原设备的基础，对槽体、中心轴、分配头、轴密封和扇形板等关键部件进行升级改造，同时对部分部件进行创新设计，以提高设备的整体自动化程度。

2.1 槽体装置的升级改造

由于过滤面积增加，扇形板直径变大，需要对原槽体进行加大，经过计算，单槽半径增加了 660 mm(见图 1)。为利用原槽体及设备基础，将原槽体外径、下料口、进料口、溢流口下移 660 mm，防止因槽体外径变大而影响其强度，同时对单槽焊缝处进行加固处理。为了提高自动化程度，在槽体踏板侧增加液位检测装置，可在主控室观测过滤机的实时运行情况。

图1 槽体改造简图

2.2 中心轴的改造

原 120 m2立盘过滤机 1 盘扇形板数量为 30 块，每块扇形板的角度为 12°，中心轴的流道为 30 个；改造后，扇形板数量增加到 60 块，每块扇形板的角度为 6°，如图 2 所示。

图2 改造后的扇形板布置

利用原中心轴，创新性地采取 1 个流道供 2 块扇形板一拖二结构，故需要对原中心轴支架套进行改造。改造方案：把原支架套整体切掉，每个流道都进行加高，做成一个下圆上方的结构，上面变宽，相对于圆心的中心角为 12°，流道与支架套进行圆周焊接，保证每个流道的密封性；把支架套加工出 60 个固定扇形板的圆孔，扇形板用 S 钩螺栓固定，固定可靠，拆卸方便[1]。改造后中心轴支架套的应用如图 3所示。

图3 改造后中心轴支架套

此种改造方案不但节省了成本，而且缩短了施工工期，改造后结构强度和刚度均满足实际使用要求，过滤面积提高了 50%。

2.3 分配头装置的改造

在立盘过滤机运行过程中，分配头处于静止状态，与中心轴上 (转动) 的分配垫配合将中心轴自然分区，把中心轴依次分为吸液区、吸干区、过渡区、吹风卸料区等区域[2]。原设备分配头在运行过程中油路堵塞，润滑不良，设备拆解后分配头表面及扇形块磨损严重，起不到密封和分区的作用。改造时，对原分配头表面进行整体加工、研磨，达到设计要求的平面度和粗糙度，并与分配垫进行配合检查，达到设计要求的精度，防止漏料情况出现；对油槽进行重新优化，以保证润滑脂能充分润滑分配头与分配垫，同时加工新的扇形块对原来的进行更换，防止分配头在工作过程中出现窜风现象；在分配头的内圈和外圈增加自润滑耐磨材料，有效延长分配头使用寿命；为了保持现场环境卫生，在分配头与分配垫结合处增加了分配头护罩。

2.4 轴封的改造

轴封在立盘过滤机运行过程中的主要作用是保证供料液位，一般情况下中心轴下半部分需要没入料浆中，对中心轴没入料浆部分进行密封。原轴封是机械式的，因长期运行而磨损严重。此次改造采用一种新式密封方式 (见图 4)，在中心轴与槽体接触处用 L 型法兰与槽体焊接，采用一定厚度的橡胶圆环板，橡胶圆环板圆孔直径小于中心轴直径，用压紧法兰通过压紧螺栓固定在 L 型法兰上，依靠橡胶板的弹性变形包裹住中心轴而起到密封作用，在使用过程中通过调节螺栓可以补偿橡胶板的磨损。此种密封结构具有结构简单[3]、维护方便、成本低等优点，现场使用情况良好，满足生产要求。

图4 新式轴密封结构

2.5 扇形板装置的改造

原扇形板为碳钢边框+高分子材料，质量为 20 kg，不便于拆卸，且此种结构在高温情况下容易出现变形。改造时，采用全碳钢扇形板 (见图 5)，其内部采用中空结构，设置多道加强肋板，两面用冲网孔钢板。此种结构可以控制单个扇形板质量低于 15 kg，方便拆卸，减小了换布的工作强度，且不易变形，过滤性能好。扇形板顶部导轨外圈由特制槽钢卷成，整圈分成 4 节，节与节之间用螺栓和工艺块连接 (见图6)，该结构具有刚度大、运行稳定的优点。扇形板与导轨采用新的连接方式 (见图 7)，在更换扇形板和滤布时，只需要把顶紧螺栓松开，取下弹簧夹和 U 形夹，松开扇形板根部固定螺栓，旋转一下即可取出扇形板，不需要拆导轨，大幅度缩短了更换扇形板和滤布的时间，提高了检修效率和运行效率。实践证明，该方案简单、可靠、实用性强。

图5 改造后的扇形板

图6 导轨和导轨间的连接方式

图7 扇形板和导轨连接方式简图

2.6 其他部件的改造

传动装置仍然利用大小齿轮、滑动轴承支撑结构，用原电动机，同时对大小齿轮进行维修处理，将原轴瓦换成了耐磨性更好的铜瓦；在过滤机上增加集气罩，以收集碱蒸汽及氧化铝粉尘，保证车间环境卫生良好。

3 实践应用

改造后，过滤机带料运行，在相同转速下，滤饼厚度约为 25 mm，真空度为 0.03 MPa，和改造前滤饼厚度基本一样；在运行过程中，传动电动机电流为60 A，额定电流为 75 A，满足使用要求；滤饼含水率为 13%～ 15%，满足生产要求。由此可见，通过对原120 m2立盘槽体、中心轴、分配头、扇形板、轴密封及其他部件的改造，过滤面积增加为 180 m2，在相同转速下，滤饼厚度保持不变，产能提高近 50%，同时对整个真空系统影响不大，设备运行稳定，使用效果良好，达到了升级改造的目的。

4 结语

立盘过滤机的升级改造是在不改变原有基础的情况下，对关键部件进行改造，同时对某些部件进行创新性设计改造。改造后，过滤面积增加了 50%，通过带料后滤饼产能的对比，产能增加 50%，各项指标满足生产要求。一台设备改造工期 50 d 内完成，相对新设备可减少一半的工期，在不影响生产的情况下，改造工期短；且此种改造不到新设备费用的一半，费用低，具有很好的经济效益。

综上所述，此次改造达到了预期目的，投资少，工期短，节能降耗，符合可持续发展的理念，为氧化铝厂用大型立盘过滤机的升级改造积累了一定的经验。