摘要：液壓劈裂機劈裂力大、體積小、重量輕、操作方便，工作時無振動、無噪音、無粉塵，在鋁廠電解槽大修過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)用及效果評價。
1. 前言
目前國內(nèi)電解鋁廠的電解槽壽命一般為1,100-1,500 天。即經(jīng)過 3-5 年的使用，電解槽陰極碳塊受到電解熔液的侵蝕，陰極壓降增加，能耗加大，甚至會產(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，需要定期對電解槽進行刨槽大修：即將陰極碳塊和槽內(nèi)襯全部拆除掉，重新砌筑新的陰極碳塊和槽內(nèi)襯。而陰極碳塊經(jīng)過長時間的高溫和壓力作用，會產(chǎn)生復(fù)雜的化學、物理變化，被燒結(jié)陶瓷化、合金化，異常的堅硬，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) 使用風鎬“干刨” 拆除，像“螞蟻啃骨頭”一樣，作業(yè)條件差，勞動強度大，噪聲高，震動沖擊和粉塵污染嚴重，有害身體健康，工作效率低，大修費用高，停爐時間長。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碳塊，然后用吊車起出。這種方式，容易將鋼棒頂彎，損傷電解槽，通常車間內(nèi)吊車的起重能力也有限。特別對大型電解槽來說，效果差強人意。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的。中國鋁業(yè)青海分公司以及國內(nèi)其它的一些大中型電解鋁廠采用液壓劈裂機刨槽新工藝，能大塊大塊地劈裂、破碎、拆除陰極碳塊和爐襯，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，其操作方便、簡單，安全環(huán)保，可以極大地降低刨槽成本和工人的勞動強度，改善工作環(huán)境。
2. 液壓劈裂機的工作原理及技術(shù)性能
2.1 工作原理
常規(guī)的機械破碎方法，如風鎬、破碎錘等，是通過外力的作用來破壞物體的結(jié)構(gòu)。但通常需要被破碎的一些脆性物體的抗壓強度很高，相對而言，其抗拉強度卻相當?shù)?。如燒結(jié)后的陰極炭塊和爐襯的抗壓強度象花崗巖一樣，高達60-250Mpa，而抗拉強度卻通常只有 3-10Mpa，即抗拉強度遠遠低于其抗壓強度。液壓劈裂機正是利用脆性材料抗拉強度低的這一特性，運用楔塊組的力學原理及液壓機理開發(fā)出來的：
首先，在被劈裂的物體上鉆一些特定直徑和深度的孔，將劈裂機的楔塊組插入鉆好的孔中。液壓動力站產(chǎn)生高壓液壓油，通過劈裂機上的液壓缸，驅(qū)動楔塊組中的中間楔塊向前駛出，并將兩個反向楔塊向兩邊撐開。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)被劈裂的物體就會產(chǎn)生 10-40 毫米的裂紋并被劈裂開來。
2.2 液壓劈裂機的組成
一套液壓劈裂機通常由三部分組成：液壓動力站、液壓劈裂機和高低壓液壓連接管。
液壓動力站
液壓動力站主要由動力源（電動機、內(nèi)燃機、氣動馬達等），液壓泵，限壓閥，液壓油箱等部分組成。動力源產(chǎn)生動力，驅(qū)動液壓泵，從而通過高低壓連接管向劈裂機提供高壓、小流量的液壓油。同時，為了工作安全，液壓系統(tǒng)由一個限壓閥控制，壓力極限為63Mpa。
液壓動力站有便攜式和移動式兩種。根據(jù)液壓泵的功率不同，一臺液壓動力站可以同時驅(qū)動多臺劈裂機。
液壓劈裂機
液壓劈裂機主要由控制閥、液壓缸、楔塊組（包括一個中間楔塊和兩個成對反向楔塊）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)劈裂機和液壓動力站，加上分配器可將多個劈裂機與一套液壓動力系統(tǒng)相連起來。而快速接頭可以在數(shù)秒鐘內(nèi)十分方便地將整個系統(tǒng)連接完畢并開始工作，或拆開以便于運輸。
2.3 典型的配置：
適用于電解鋁廠刨槽中的液壓劈裂機系統(tǒng)典型配置如下：
配置：1 臺移動式液壓動力站，2-3臺劈裂機，高低壓液壓連接管，以及相應(yīng)的快速接頭、擴大襯塊、特殊潤滑脂等。
3. 液壓劈裂機的施工方法
首先，清理完電解槽陰極上沉積的電解質(zhì)及周邊碳糊后，使陰極碳塊與槽殼間留有距離。然后用鑿巖機在陰極碳塊上每隔 20-50cm 左右，鉆一排直徑為 42-44 mm 的孔，其深度不低于430 mm。
啟動液壓動力站。將一臺或多臺劈裂機放入鉆好的孔中。插入的孔深要確保劈裂機的中間楔塊完全伸出后至少還有2cm 的多余空間。
※操縱劈裂機上的操作手柄，使中間楔塊伸出。十幾秒鐘以后，在最高可達63Mpa 液壓力的推動下，強迫夾在兩邊的一對反向楔塊向孔的兩壁撐開，產(chǎn)生 290 噸（單臺劈裂機）的力使得陰極碳塊出現(xiàn)裂紋，并被劈裂、分離開。
※ 搬動操作手柄，縮回中間楔塊，拔出劈裂機。完成一個工作循環(huán)。
※重復(fù)以上劈裂過程，將陰極碳塊劈裂成可以搬動或天車可以吊動的大塊。然后將其搬開或吊出。
施工技巧主要掌握兩點：劈裂方向要有臨空面，使抵抗力最小；鉆孔的間隔距離合適，以提高工效。
4. 劈裂機工作特點
環(huán)保好：采用非爆破技術(shù)，清潔、靜音作業(yè)，沒有震動、沖擊擾動，不產(chǎn)生粉塵、噪聲。在廠房內(nèi)、運轉(zhuǎn)設(shè)備附近作業(yè)互不干擾，對槽體和鋼結(jié)構(gòu)件無損傷。
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力量大：單臺劈裂機的實際劈裂力可達290 噸。數(shù)臺劈裂機同時使用，實際總劈裂力則數(shù)倍增加。
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工效高：十幾秒鐘就可完成一個劈裂作業(yè)周期。
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質(zhì)量好：工作可靠，劈裂、拆除效果好。
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成本低：運轉(zhuǎn)費用低，極少維修、保養(yǎng)。
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便于操作：結(jié)構(gòu)輕巧，一個人即可在狹窄的場地操作。
5. 劈裂機在國內(nèi)電解槽大修中刨槽的應(yīng)用效果及評價
中國鋁業(yè)青海分公司現(xiàn)在共有 520 臺160KA 和 108 臺 200KA 中間下料預(yù)焙電解槽。自 1987 年 12 月投產(chǎn)以來，至 2003 年6 月 30 日止，青海分公司共計停槽 1299臺，大修電解槽 1291 臺，期間的電解槽的平均使用壽命在1200-1400 天之間徘徊。
電解槽清刨槽的時間長短，取決于電解槽使用壽命的長短。實踐表明，電解槽壽命超過 1500 天以上的電解槽，清刨槽的時間明顯延長。
在電解槽大修過程中，如果采用傳統(tǒng)的方法的話，清刨槽的時間幾乎需要占有整個大修周期的二分之一。2002 年青海分公司大修電解槽 126 臺的統(tǒng)計結(jié)果顯示，從電解槽停槽冷卻到能夠進入清刨時間平均為 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。即不包括清刨槽時間的其它大修時間共計需要23 天。
如果采用傳統(tǒng)的風鎬清刨槽的話，清刨槽的時間需要 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的新工藝，清刨槽的時間可以縮短到 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的 45 天，縮短到 30 天。在清刨槽的7 天時間里，其中有 6 天時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用于破碎槽底陰極炭塊的時間僅一個工作日即可。
從十四年的使用效果上看，液壓劈裂機的優(yōu)越性是十分明顯的。1990 年之前，電解槽采用風鎬進行清刨，作業(yè)條件差、勞動強度大，噪聲及粉塵污染嚴重，工作效率低，停爐時間長。自采用液壓劈裂機后，電解槽大修周期由原來的 45天降至目前的 30 天。由于采用了先進的液壓劈裂設(shè)備，極大地提高了工作效率，減輕了工人的勞動強度，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)濟效益和社會效益。
同時，中國鋁業(yè)貴州分公司、中州分公司（上街鋁廠）、焦作萬方鋁業(yè)等大中型電解鋁廠也陸續(xù)地引進購置了液壓劈裂機，用于刨槽工作，取得了可喜的經(jīng)驗和效益。
一個大中型電解鋁廠通常有數(shù)百臺電解槽。經(jīng)過一段時期的運行后，需要定期地進行電解槽的大修刨槽工作。“工欲善其事，必先利其器”。隨著改革開放的深入，我國鋁工業(yè)的發(fā)展在注意提高工作效率的同時更加重視職工勞動條件的改善，液壓劈裂機在電解槽的大修刨槽工作中必將得到迅速推廣和普及。
