摘要：液壓劈裂機(jī)劈裂力大、體積小、重量輕、操作方便，工作時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)粉塵，在鋁廠電解槽大修過(guò)程中的拆除陰極炭塊和爐襯工作中，效果顯著，效率高，環(huán)保好。本文論述了液壓劈裂機(jī)的工作原理，技術(shù)性能，使用方法及在電解槽刨槽中的具體應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)。

1. 前言

　　目前國(guó)內(nèi)電解鋁廠的電解槽壽命一般為1,100-1,500 天。即經(jīng)過(guò) 3-5 年的使用，電解槽陰極碳?jí)K受到電解熔液的侵蝕，陰極壓降增加，能耗加大，甚至?xí)a(chǎn)生電解槽破損，使原鋁的產(chǎn)量和質(zhì)量大幅度地降低。因此，需要定期對(duì)電解槽進(jìn)行刨槽大修：即將陰極碳?jí)K和槽內(nèi)襯全部拆除掉，重新砌筑新的陰極碳?jí)K和槽內(nèi)襯。而陰極碳?jí)K經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的高溫和壓力作用，會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)、物理變化，被燒結(jié)陶瓷化、合金化，異常的堅(jiān)硬，并且互相粘連，比鋼筋混凝土還難拆除。

目前，傳統(tǒng)的電解槽刨槽方法有以下兩種：

　　i)  使用風(fēng)鎬“干刨” 拆除，像“螞蟻啃骨頭”一樣，作業(yè)條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，噪聲高，震動(dòng)沖擊和粉塵污染嚴(yán)重，有害身體健康，工作效率低，大修費(fèi)用高，停爐時(shí)間長(zhǎng)。不能滿足生產(chǎn)要求和環(huán)保要求。

　　ii) 使用液壓千斤頂在陰極鋼棒之間頂開(kāi)碳?jí)K，然后用吊車(chē)起出。這種方式，容易將鋼棒頂彎，損傷電解槽，通常車(chē)間內(nèi)吊車(chē)的起重能力也有限。特別對(duì)大型電解槽來(lái)說(shuō)，效果差強(qiáng)人意。而且不安全，容易引發(fā)事故。

　　傳統(tǒng)的刨槽方法的弊病是顯而易見(jiàn)的。中國(guó)鋁業(yè)青海分公司以及國(guó)內(nèi)其它的一些大中型電解鋁廠采用液壓劈裂機(jī)刨槽新工藝，能大塊大塊地劈裂、破碎、拆除陰極碳?jí)K和爐襯，效果十分顯著，效率高，可以縮短電解槽大修周期三分之一。同時(shí)，其操作方便、簡(jiǎn)單，安全環(huán)保，可以極大地降低刨槽成本和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境。

2. 液壓劈裂機(jī)的工作原理及技術(shù)性能

2.1 工作原理

　　常規(guī)的機(jī)械破碎方法，如風(fēng)鎬、破碎錘等，是通過(guò)外力的作用來(lái)破壞物體的結(jié)構(gòu)。但通常需要被破碎的一些脆性物體的抗壓強(qiáng)度很高，相對(duì)而言，其抗拉強(qiáng)度卻相當(dāng)?shù)?。如燒結(jié)后的陰極炭塊和爐襯的抗壓強(qiáng)度象花崗巖一樣，高達(dá)60-250Mpa，而抗拉強(qiáng)度卻通常只有 3-10Mpa，即抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其抗壓強(qiáng)度。液壓劈裂機(jī)正是利用脆性材料抗拉強(qiáng)度低的這一特性，運(yùn)用楔塊組的力學(xué)原理及液壓機(jī)理開(kāi)發(fā)出來(lái)的：

　　首先，在被劈裂的物體上鉆一些特定直徑和深度的孔，將劈裂機(jī)的楔塊組插入鉆好的孔中。液壓動(dòng)力站產(chǎn)生高壓液壓油，通過(guò)劈裂機(jī)上的液壓缸，驅(qū)動(dòng)楔塊組中的中間楔塊向前駛出，并將兩個(gè)反向楔塊向兩邊撐開(kāi)。從而產(chǎn)生巨大劈裂力將被劈裂的物體結(jié)構(gòu)內(nèi)部破壞掉，數(shù)秒鐘內(nèi)被劈裂的物體就會(huì)產(chǎn)生 10-40 毫米的裂紋并被劈裂開(kāi)來(lái)。

2.2 液壓劈裂機(jī)的組成

　　一套液壓劈裂機(jī)通常由三部分組成：液壓動(dòng)力站、液壓劈裂機(jī)和高低壓液壓連接管。

液壓動(dòng)力站

　　液壓動(dòng)力站主要由動(dòng)力源（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)等），液壓泵，限壓閥，液壓油箱等部分組成。動(dòng)力源產(chǎn)生動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)液壓泵，從而通過(guò)高低壓連接管向劈裂機(jī)提供高壓、小流量的液壓油。同時(shí)，為了工作安全，液壓系統(tǒng)由一個(gè)限壓閥控制，壓力極限為63Mpa。

　　液壓動(dòng)力站有便攜式和移動(dòng)式兩種。根據(jù)液壓泵的功率不同，一臺(tái)液壓動(dòng)力站可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)劈裂機(jī)。

液壓劈裂機(jī)

　　液壓劈裂機(jī)主要由控制閥、液壓缸、楔塊組（包括一個(gè)中間楔塊和兩個(gè)成對(duì)反向楔塊）構(gòu)成。液壓缸是由優(yōu)質(zhì)合金制成，重量輕且極其耐用。反向楔塊的表面鍍有一層特殊的硬質(zhì)合金，具有很高的抗壓強(qiáng)度和耐磨性能，可以提高其使用壽命10 倍以上。

高低壓液壓連接管和快速接頭

　　高、低壓連接管用于聯(lián)結(jié)劈裂機(jī)和液壓動(dòng)力站，加上分配器可將多個(gè)劈裂機(jī)與一套液壓動(dòng)力系統(tǒng)相連起來(lái)。而快速接頭可以在數(shù)秒鐘內(nèi)十分方便地將整個(gè)系統(tǒng)連接完畢并開(kāi)始工作，或拆開(kāi)以便于運(yùn)輸。

2.3 典型的配置：

　　適用于電解鋁廠刨槽中的液壓劈裂機(jī)系統(tǒng)典型配置如下：

　　配置：1 臺(tái)移動(dòng)式液壓動(dòng)力站，2-3臺(tái)劈裂機(jī)，高低壓液壓連接管，以及相應(yīng)的快速接頭、擴(kuò)大襯塊、特殊潤(rùn)滑脂等。

3. 液壓劈裂機(jī)的施工方法
 
　　首先，清理完電解槽陰極上沉積的電解質(zhì)及周邊碳糊后，使陰極碳?jí)K與槽殼間留有距離。然后用鑿巖機(jī)在陰極碳?jí)K上每隔 20-50cm 左右，鉆一排直徑為 42-44 mm 的孔，其深度不低于430 mm。

　　啟動(dòng)液壓動(dòng)力站。將一臺(tái)或多臺(tái)劈裂機(jī)放入鉆好的孔中。插入的孔深要確保劈裂機(jī)的中間楔塊完全伸出后至少還有2cm 的多余空間。

　　※操縱劈裂機(jī)上的操作手柄，使中間楔塊伸出。十幾秒鐘以后，在最高可達(dá)63Mpa 液壓力的推動(dòng)下，強(qiáng)迫夾在兩邊的一對(duì)反向楔塊向孔的兩壁撐開(kāi)，產(chǎn)生 290 噸（單臺(tái)劈裂機(jī)）的力使得陰極碳?jí)K出現(xiàn)裂紋，并被劈裂、分離開(kāi)。

　　※ 搬動(dòng)操作手柄，縮回中間楔塊，拔出劈裂機(jī)。完成一個(gè)工作循環(huán)。

　　※重復(fù)以上劈裂過(guò)程，將陰極碳?jí)K劈裂成可以搬動(dòng)或天車(chē)可以吊動(dòng)的大塊。然后將其搬開(kāi)或吊出。 
 
　　施工技巧主要掌握兩點(diǎn)：劈裂方向要有臨空面，使抵抗力最??；鉆孔的間隔距離合適，以提高工效。

4. 劈裂機(jī)工作特點(diǎn)

　　環(huán)保好：采用非爆破技術(shù)，清潔、靜音作業(yè)，沒(méi)有震動(dòng)、沖擊擾動(dòng)，不產(chǎn)生粉塵、噪聲。在廠房?jī)?nèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備附近作業(yè)互不干擾，對(duì)槽體和鋼結(jié)構(gòu)件無(wú)損傷。

• 　　力量大：單臺(tái)劈裂機(jī)的實(shí)際劈裂力可達(dá)290 噸。數(shù)臺(tái)劈裂機(jī)同時(shí)使用，實(shí)際總劈裂力則數(shù)倍增加。
• 　　工效高：十幾秒鐘就可完成一個(gè)劈裂作業(yè)周期。
• 　　質(zhì)量好：工作可靠，劈裂、拆除效果好。
• 　　成本低：運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，極少維修、保養(yǎng)。
• 　　便于操作：結(jié)構(gòu)輕巧，一個(gè)人即可在狹窄的場(chǎng)地操作。

5. 劈裂機(jī)在國(guó)內(nèi)電解槽大修中刨槽的應(yīng)用效果及評(píng)價(jià)

　　中國(guó)鋁業(yè)青海分公司現(xiàn)在共有 520 臺(tái)160KA 和 108 臺(tái) 200KA 中間下料預(yù)焙電解槽。自 1987 年 12 月投產(chǎn)以來(lái)，至 2003 年6 月 30 日止，青海分公司共計(jì)停槽 1299臺(tái)，大修電解槽 1291 臺(tái)，期間的電解槽的平均使用壽命在1200-1400 天之間徘徊。

　　電解槽清刨槽的時(shí)間長(zhǎng)短，取決于電解槽使用壽命的長(zhǎng)短。實(shí)踐表明，電解槽壽命超過(guò) 1500 天以上的電解槽，清刨槽的時(shí)間明顯延長(zhǎng)。

　　在電解槽大修過(guò)程中，如果采用傳統(tǒng)的方法的話，清刨槽的時(shí)間幾乎需要占有整個(gè)大修周期的二分之一。2002 年青海分公司大修電解槽 126 臺(tái)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，從電解槽停槽冷卻到能夠進(jìn)入清刨時(shí)間平均為 8 天，槽殼修理及上部結(jié)構(gòu)就位平均為 6 天，砌筑電解槽陰極炭塊及爐襯平均為 9 天。即不包括清刨槽時(shí)間的其它大修時(shí)間共計(jì)需要23 天。

　　如果采用傳統(tǒng)的風(fēng)鎬清刨槽的話，清刨槽的時(shí)間需要 22 天，電解槽大修周期一般需要45天左右。 而如果采用液壓劈裂機(jī)的新工藝，清刨槽的時(shí)間可以縮短到 7 天。即從電解槽停槽到大修完畢的電解槽大修周期可以從原來(lái)的 45 天，縮短到 30 天。在清刨槽的7 天時(shí)間里，其中有 6 天時(shí)間花在清理電解槽陰極上沉積的電解質(zhì)及爐襯，真正使用液壓劈裂機(jī)用于破碎槽底陰極炭塊的時(shí)間僅一個(gè)工作日即可。

　　從十四年的使用效果上看，液壓劈裂機(jī)的優(yōu)越性是十分明顯的。1990 年之前，電解槽采用風(fēng)鎬進(jìn)行清刨，作業(yè)條件差、勞動(dòng)強(qiáng)度大，噪聲及粉塵污染嚴(yán)重，工作效率低，停爐時(shí)間長(zhǎng)。自采用液壓劈裂機(jī)后，電解槽大修周期由原來(lái)的 45天降至目前的 30 天。由于采用了先進(jìn)的液壓劈裂設(shè)備，極大地提高了工作效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工人的工作環(huán)境，縮短了電解槽大修周期三分之一，從而為鋁廠的提產(chǎn)增效創(chuàng)造了條件，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　同時(shí)，中國(guó)鋁業(yè)貴州分公司、中州分公司（上街鋁廠）、焦作萬(wàn)方鋁業(yè)等大中型電解鋁廠也陸續(xù)地引進(jìn)購(gòu)置了液壓劈裂機(jī)，用于刨槽工作，取得了可喜的經(jīng)驗(yàn)和效益。
 
　　一個(gè)大中型電解鋁廠通常有數(shù)百臺(tái)電解槽。經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的運(yùn)行后，需要定期地進(jìn)行電解槽的大修刨槽工作。“工欲善其事，必先利其器”。隨著改革開(kāi)放的深入，我國(guó)鋁工業(yè)的發(fā)展在注意提高工作效率的同時(shí)更加重視職工勞動(dòng)條件的改善，液壓劈裂機(jī)在電解槽的大修刨槽工作中必將得到迅速推廣和普及。