某石墨化車間填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

李雙珠 張英麗 李逢春

(1.中鋼集團(tuán)新型材料(浙江)有限公司；2.常州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院；3.中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司)

某石墨化車間填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

李雙珠1張英麗2李逢春3

(1.中鋼集團(tuán)新型材料(浙江)有限公司；2.常州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院；3.中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司)

某碳素企業(yè)石墨化車間原使用傳統(tǒng)的“行車-抓斗”系統(tǒng)進(jìn)行填充料的裝卸與運(yùn)輸。在裝卸與運(yùn)輸過程中，碳素粉塵易從抓斗向下跌落，使車間內(nèi)粉塵密布，造成嚴(yán)重的粉塵污染。為改善石墨化車間的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人性化生產(chǎn)，通過分析碳素粉塵的產(chǎn)生過程，設(shè)備技術(shù)組決定采用先進(jìn)的自動(dòng)化或半自動(dòng)化填充料裝卸和運(yùn)輸系統(tǒng)。系統(tǒng)研究與分析結(jié)果表明，與分體“獨(dú)立料倉”方案相比，集成“吸料天車”系統(tǒng)更適合該車間，并實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果表明，集成“吸料天車”系統(tǒng)大幅度改善了石墨化車間的碳素粉塵污染情況，減少了粉塵導(dǎo)致的設(shè)備和儀器的損壞，降低了車間運(yùn)行的人力成本，實(shí)現(xiàn)了公司對(duì)車間生產(chǎn)環(huán)境人性化的要求。系統(tǒng)的研究應(yīng)用具有一定的創(chuàng)新性，對(duì)國內(nèi)類似石墨化車間填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)的改進(jìn)具有參考作用。

碳素粉塵 填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng) 吸料天車 集成

某碳素企業(yè)石墨化車間普遍使用“行車-抓斗”系統(tǒng)進(jìn)行石墨化爐填充料的裝卸與運(yùn)輸。在此過程中，碳素粉塵容易從抓斗中落下，導(dǎo)致車間內(nèi)粉塵飛揚(yáng)，污染嚴(yán)重。工作人員大量吸入粉塵，增加了粉塵職業(yè)病發(fā)生的概率，危害健康。因此，公司新型石墨材料項(xiàng)目部要求改善石墨化車間的生產(chǎn)、工作環(huán)境，最大程度地減少碳素粉塵污染。

公司的設(shè)備技術(shù)團(tuán)隊(duì)(以下簡稱為設(shè)備技術(shù)組)根據(jù)項(xiàng)目部要求，對(duì)石墨化車間石墨化爐裝出料的生產(chǎn)過程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了車間粉塵產(chǎn)生的工藝環(huán)節(jié)。觀察上海碳素廠的石墨化車間內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)發(fā)現(xiàn)：車間地面上有一層厚厚的石墨粉；在填充料裝出爐過程中，整個(gè)車間里粉塵密布，好像車間局部空間范圍內(nèi)的沙塵暴天氣。石墨化車間的粉塵是在使用抓斗裝卸與運(yùn)輸填充料的過程中產(chǎn)生的。抓斗在提起、行走過程中，粉塵易從抓斗的縫隙中落向地面，下落過程中產(chǎn)生大量飛揚(yáng)的碳素粉塵。

設(shè)備技術(shù)組據(jù)此認(rèn)為：要改善石墨化車間的粉塵污染，需要對(duì)填充料裝卸與運(yùn)輸?shù)淖鳂I(yè)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，配置先進(jìn)的填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)裝卸與運(yùn)輸過程的自動(dòng)化或半自動(dòng)化，將勞動(dòng)密集型生產(chǎn)工序轉(zhuǎn)化為技術(shù)密集型的生產(chǎn)工序。另外在裝卸與運(yùn)輸過程中使用除塵系統(tǒng)，減少粉塵排放，可實(shí)現(xiàn)工作環(huán)境粉塵污染最小化。

由于國內(nèi)大部分碳素企業(yè)幾乎所有石墨化車間都存在嚴(yán)重的粉塵污染現(xiàn)象，所以對(duì)石墨化爐填充料的裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)研究與應(yīng)用，具有重要意義。

1 國外同行系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)

國外石墨化爐的填充料的裝卸與運(yùn)輸采用了先進(jìn)的吸放料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化操作?；趦煞N方案的技術(shù)背景，設(shè)備技術(shù)組將目光轉(zhuǎn)向國外，跟蹤了解國外同行石墨化爐的填充料的裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)。

設(shè)備技術(shù)組對(duì)日本同行使用的獨(dú)立料倉系統(tǒng)進(jìn)行了研究。日本獨(dú)立料倉系統(tǒng)使用的是分體技術(shù)。它是在石墨化爐位置架設(shè)導(dǎo)軌，小車在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，料斗安放在小車上，實(shí)現(xiàn)石墨化爐填充料的裝卸工作；車間的行車完成料斗和小車的移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是：料斗可以小些，但小車需要在每次使用時(shí)進(jìn)行安裝連接。設(shè)備技術(shù)組也研究了美國同行使用的集成的吸料天車系統(tǒng)。吸料天車料倉跟隨小車運(yùn)動(dòng)，沒有配置獨(dú)立的料倉移動(dòng)系統(tǒng)。集成的吸料天車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)石墨化爐填充料的裝卸和運(yùn)輸，使用吸料天車不需要石墨化車間另外配置相關(guān)的生產(chǎn)人員。

設(shè)備技術(shù)組還詳細(xì)研究了填充料出爐時(shí)的狀態(tài)，對(duì)填充料的卸料過程、系統(tǒng)的冷卻要求等有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

2 系統(tǒng)研究與分析階段

對(duì)石墨化爐填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化操作，是一個(gè)全新的技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目。設(shè)備技術(shù)組提出了設(shè)想，并進(jìn)行一步步的推進(jìn)。

在研究了填充料的裝卸與運(yùn)輸過程后發(fā)現(xiàn)：如果配置一個(gè)可移動(dòng)的料倉，并為料倉配備相應(yīng)的吸放料裝置、除塵裝置、冷卻裝置、電氣與控制系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)裝卸過程的自動(dòng)化或半自動(dòng)化；如果該料倉還可以在石墨化車間內(nèi)自由移動(dòng)，那么就可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化或半自動(dòng)化。保證該料倉的實(shí)施運(yùn)用，就可以改善石墨化車間的工作環(huán)境。

根據(jù)設(shè)想，提出了兩個(gè)技術(shù)方案，一個(gè)是集成的“吸料天車”方案，另一個(gè)是分體的“獨(dú)立料倉”方案。

2.1 集成的“吸料天車”方案分析

設(shè)備技術(shù)組首先分析了集成的“吸料天車”方案?！拔咸燔嚒狈桨钢饕前烟畛淞狭蟼}與移動(dòng)裝置(如行車，行業(yè)內(nèi)俗稱為“天車”)集成到一起，核心是將填充料的料倉安裝到行車上。

對(duì)于吸料天車上的料倉位置是選擇固定式的還是移動(dòng)式的，設(shè)備技術(shù)組進(jìn)行了假設(shè)與分析。

如果吸料天車上料倉的位置固定，那么吸放料裝置就需要移動(dòng)方便。這將導(dǎo)致吸放料過程不順暢，對(duì)其產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而降低工作效率。如果出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，將無法滿足車間生產(chǎn)人員與公司主管部門的要求。因此，在吸料天車上固定料倉的位置，達(dá)不到原設(shè)想的目的。

如果料倉位置不固定，可以使用行車上的小車移動(dòng)料倉，或者根據(jù)需要增加一套驅(qū)動(dòng)裝置，方便料倉移動(dòng)。由于料倉的容積不能太小，自重較大，滿載后重量很可能非常大，另外安裝一套驅(qū)動(dòng)填充料料倉平面運(yùn)動(dòng)的行走設(shè)備，會(huì)增加較高的設(shè)備成本，經(jīng)濟(jì)上不可行，也缺乏必要性。因此可以直接使用行車上的小車，以移動(dòng)填充料的料倉，實(shí)現(xiàn)無死角裝卸填充料。

通過以上分析，集成技術(shù)方案變得清晰：填充料的料倉安裝在行車上，料倉的位置不固定，由行車的小車驅(qū)動(dòng)。填充料的料倉用行車的大車帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其在車間長度方向上的運(yùn)動(dòng)；用行車上的小車驅(qū)動(dòng)料倉，以實(shí)現(xiàn)其沿行車方向的移動(dòng)。二者結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)石墨化車間無死角地進(jìn)行填充料的裝卸與運(yùn)輸。具體來說，當(dāng)行車的大車停止時(shí)，料倉的移動(dòng)只能沿行車方向移動(dòng)；只有大車運(yùn)動(dòng)時(shí)，料倉的移動(dòng)才具有兩個(gè)方向。在大車停止時(shí)，小車移動(dòng)驅(qū)動(dòng)料倉沿大車方向裝卸填充料；當(dāng)需要更換到其他位置時(shí)，可通過移動(dòng)行車實(shí)現(xiàn)。根據(jù)這樣的使用要求，行車的大車需頻繁啟動(dòng)，需要3級(jí)速度：一級(jí)為低速運(yùn)行狀態(tài)，用于更換裝卸填充料的位置；一級(jí)為滿載行走狀態(tài)；一級(jí)為空車行走狀態(tài)。行車上的小車移動(dòng)，也應(yīng)該有2級(jí)速度：一級(jí)為裝卸料速度；一級(jí)為空載或滿載速度?？紤]到小車是在大車?yán)镞\(yùn)行，距離較短，故允許在同一速度下運(yùn)行。另外，吸料天車的工作環(huán)境在石墨化爐的上方，工作環(huán)境的空氣溫度高，需要配備隔熱裝置，操作間需要配置空調(diào)；吸料天車是一臺(tái)中型行車，在裝卸料過程中啟動(dòng)頻繁，啟停時(shí)動(dòng)量大，對(duì)行車導(dǎo)軌及行車梁有一定的要求；使用吸料天車對(duì)石墨化車間的填充料裝出爐生產(chǎn)人員沒有特殊操作要求。

2.2 分體的“獨(dú)立料倉”方案分析

設(shè)備技術(shù)組也研究了分體的“獨(dú)立料倉”技術(shù)方案?！蔼?dú)立料倉”技術(shù)方案的核心由料倉、料倉的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、行車3個(gè)部分構(gòu)成。其中，料倉可實(shí)現(xiàn)填充料的裝卸，料倉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)料倉在石墨化爐位置附近的移動(dòng)，行車是與料倉配套使用的，可以起吊、運(yùn)輸獨(dú)立料倉，實(shí)現(xiàn)填充料的運(yùn)輸。

驅(qū)動(dòng)料倉的小車系統(tǒng)，安裝在石墨化爐附近位置。類似于高架的輕軌，每個(gè)石墨化爐兩側(cè)分別安裝導(dǎo)軌。驅(qū)動(dòng)小車的安裝有兩個(gè)方案：一是在每個(gè)石墨化爐的軌道上都安裝驅(qū)動(dòng)小車，使用多套小車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，另一個(gè)方案是只安裝一套驅(qū)動(dòng)小車，哪座石墨化爐需要時(shí)就挪到哪座石墨化爐旁使用，系統(tǒng)使用一套小車系統(tǒng)。多套系統(tǒng)需要大量的成本，且大部分時(shí)間內(nèi)設(shè)備處于閑置狀態(tài)，浪費(fèi)成本。為節(jié)省設(shè)備的采購成本，傾向于使用一套小車系統(tǒng)。但需要經(jīng)常拆裝小車系統(tǒng)，以及小車與料倉間的連接與拆卸。

因?yàn)橐鸬踹\(yùn)輸驅(qū)動(dòng)小車、填充料的料倉，分體的“獨(dú)立料倉”技術(shù)方案在車間同樣需要使用中型行車，同時(shí)每次使用時(shí)都需要對(duì)分體系統(tǒng)進(jìn)行組裝與分拆，對(duì)車間的生產(chǎn)人員的技能要求較高，甚至需要配置專業(yè)的料倉使用與管理人員。

設(shè)備技術(shù)組在研究分析了這兩個(gè)技術(shù)方案的技術(shù)特點(diǎn)、使用環(huán)境及對(duì)生產(chǎn)操作人員的技能要求和利弊后，得出集成的“吸料天車”方案更合適該公司石墨化車間裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)改造的結(jié)論，認(rèn)為在不可避免地需要使用中型行車的基礎(chǔ)上，采用集成方案的“吸料天車系統(tǒng)”更適合新型石墨材料項(xiàng)目。對(duì)國外同行的填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)使用情況的了解更堅(jiān)定了選擇集成吸料天車技術(shù)方案的信心。

3 系統(tǒng)的國產(chǎn)化進(jìn)程階段

針對(duì)集成的吸料天車技術(shù)方案系統(tǒng)是從國外引進(jìn)還是在國內(nèi)開發(fā)的問題，設(shè)備技術(shù)組認(rèn)為國內(nèi)同行大都使用“行車-抓斗”系統(tǒng)完成填充料的裝卸與運(yùn)輸，國內(nèi)沒有現(xiàn)存的該類設(shè)備，也沒有相應(yīng)的供應(yīng)商。但考慮到集成的技術(shù)方案并不復(fù)雜，吸料天車系統(tǒng)完全可以在國內(nèi)開發(fā)、制造。

為此，設(shè)備技術(shù)組在全國范圍內(nèi)尋找具備這種集成能力的企業(yè)，最后篩選出3家企業(yè)。在進(jìn)行實(shí)地考察與比較詳細(xì)的技術(shù)交流之后，認(rèn)為這3家企業(yè)都具備這種集成能力，都可以設(shè)計(jì)制造出我們需要的吸料天車系統(tǒng)。最后，通過招標(biāo)方式，選擇了合適的企業(yè)，設(shè)備技術(shù)組與設(shè)備供應(yīng)商共同開發(fā)，設(shè)計(jì)、制造出滿足要求的吸料天車。

4 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

2010年建成的某公司石墨化車間通過配置集成的 “吸料天車”，實(shí)現(xiàn)了石墨化爐填充料的裝卸與運(yùn)輸過程的自動(dòng)化或半自動(dòng)化操作。經(jīng)過一段時(shí)間的試用后，石墨化車間內(nèi)碳素粉塵污染現(xiàn)象明顯改善，甚至“窗明幾凈”。整潔的車間環(huán)境，不僅使工作人員的健康得到保證，還減少了設(shè)備因碳素粉塵導(dǎo)致的設(shè)備磨損、儀器儀表與電氣原件的損壞，實(shí)現(xiàn)了石墨化車間“工作環(huán)境要人性化”的目標(biāo)。

通過使用“吸料天車”，減少了石墨化車間填充料裝出爐班組及其配套班組的人員。上海碳素廠的每組石墨化爐配置一個(gè)裝出爐班組及配套的行車人員共50多人。而該公司石墨化車間的二組石墨化爐共配置一個(gè)裝出爐班組，該裝出爐班組及配套的行車人員只有9人。對(duì)比可知，使用新型裝備“吸料天車”每年可節(jié)省工作人員41人，每年可節(jié)省人力資源成本超過300萬，僅需要兩年就可以節(jié)省出設(shè)備的采購和使用成本。

5 結(jié) 論

(1)某公司石墨化車間原和國內(nèi)大部分石墨化車間一樣，普遍使用傳統(tǒng)的“行車-抓斗”系統(tǒng)進(jìn)行石墨化爐填充料的裝卸與運(yùn)輸，易產(chǎn)生碳素粉塵污染。不僅會(huì)損壞儀器設(shè)備，還對(duì)工作人員健康產(chǎn)生危害。

(2)通過分析粉塵產(chǎn)生的原因，在了解國外同行技術(shù)狀況的基礎(chǔ)上，分析了集成的“吸料天車”方案，并與分體的“獨(dú)立料倉”方案進(jìn)行比較。結(jié)合公司實(shí)際情況，最終確定采用集成“吸料天車”方案。

(3)在新型石墨材料項(xiàng)目建成后的石墨化車間配置“吸料天車”進(jìn)行石墨化爐填充料的裝卸與運(yùn)輸。生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果表明，“吸料天車”方案從根本上杜絕了碳素粉塵的產(chǎn)生，改善了石墨化車間的工作環(huán)境，因碳素粉塵導(dǎo)致的儀器設(shè)備的損壞率降低75%，大幅度降低了人力成本，實(shí)現(xiàn)了人性化生產(chǎn)。

2015-07-30)

李雙珠(1966— )，男，工程師，313100 浙江省湖州市長興縣雉城鎮(zhèn)中鋼大道9號(hào)。