電解槽面查燒板提升裝置設(shè)計應(yīng)用

祁耀山，班允濤，黃治亮

（廣西金川有色金屬有限公司電解廠，廣西防城港 538002）

0 引言

銅電解槽面因各種因素引起陰極銅短路或板面結(jié)粒增多，結(jié)粒銅板的處理需要依靠專用吊車配套的3.2 t 電葫蘆輔助吊裝處理，但專用吊車需要保障出裝陰極銅的生產(chǎn)任務(wù)，不能及時處理結(jié)粒銅板，影響產(chǎn)品質(zhì)量及各技術(shù)指標(biāo)的控制，而處理燒板時占用專用吊車，又會影響槽作業(yè)率。各冶金企業(yè)針對槽面查燒板問題開展各類技術(shù)研究，然而從現(xiàn)實(shí)情況看，目前的問題是各企業(yè)對槽面查燒板的處理方式及要求程度不同，很大程度上取決于各企業(yè)的工藝質(zhì)量管控和技術(shù)手段。槽面陰極銅板形成燒板對質(zhì)量和電耗影響很大，燒板表面結(jié)粒逐漸生長會造成其陰陽極短路，遏制銅的析出，影響企業(yè)效益。常見的冶金企業(yè)針對槽面結(jié)粒板的吊裝及處理方式有2種：一是采用手動卷揚(yáng)裝置，需要人工在槽面上處理結(jié)粒板，2 個人配合才能挪動1 塊結(jié)粒板，不僅效率低，而且人工作業(yè)強(qiáng)度大；二是受廠房吊裝設(shè)備的配置限制，只能通過長柄扁鏟在槽體內(nèi)對結(jié)粒板進(jìn)行處理，處理效果達(dá)不到生產(chǎn)質(zhì)量要求且作業(yè)效率低。因此，開展查燒板處理裝置的研究和設(shè)計應(yīng)用，充分、合理地利用現(xiàn)場工況條件，提高槽面查燒板的處理效率顯得尤為重要。本文對槽面結(jié)粒處理設(shè)備及工具的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、優(yōu)勢和劣勢等進(jìn)行綜合分析，研究這些設(shè)備及工具在提升處理質(zhì)量及效率方面的作用，提出一種電解槽面查燒板提升裝置設(shè)計，旨在解決槽面查燒板處理方式單一、效率低、人員勞動強(qiáng)度大、吊裝協(xié)調(diào)難等問題。

1 主要問題分析

通電解日常生產(chǎn)中對槽面結(jié)粒板進(jìn)行處理時存在3個方面的問題。

（1）處理槽面結(jié)粒板需占用2臺專用吊車的配套輔助3.2 t 電動葫蘆對電解槽面結(jié)粒板進(jìn)行提升處理，造成電銅出裝方時，負(fù)責(zé)出裝方的專用吊車只有2臺，影響槽作業(yè)率和剝片機(jī)組運(yùn)行效率。

（2）專用吊車在提升燒板過程中，其大車、配電柜內(nèi)的電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)均在運(yùn)行，因此耗能較高。

（3）專用吊車連續(xù)處在出裝作業(yè)和查燒板作業(yè)過程中，缺少檢修時間，檢修、出裝作業(yè)及查燒板作業(yè)的時間沖突嚴(yán)重。

綜上所述，目前的作業(yè)方式嚴(yán)重影響專用吊車?yán)寐省兤\(yùn)行效率和出裝作業(yè)率，制約了銅電解作業(yè)流程的進(jìn)一步優(yōu)化。為提升槽作業(yè)率及方便專用吊車點(diǎn)維護(hù)、檢修，銅電解廠房需要增加陰極銅查燒板專用提升裝置配合處理槽面結(jié)粒板，專用吊車則專用于電解槽出裝作業(yè)，提高機(jī)組出裝作業(yè)率和提升槽作業(yè)率。

2 改造設(shè)計方案

本次改造的總體思路是設(shè)計一種槽面結(jié)粒板的查燒板提升裝置，該裝置不會影響專用吊車高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。經(jīng)過綜合分析，決定在廠房單跨槽面各安裝1 套查燒板的提升裝置，它可以通過在廠房二樓走道板上安裝的水平軌道和小車上的懸臂提升裝置吊取槽面結(jié)粒板，方便快捷，確保查出的有問題的槽面結(jié)粒板能夠得到及時處理，達(dá)到電解工藝的要求。

槽面上的查燒板提升裝置的安裝方式為大梁橫跨、單跨4 組電解槽，大車在廠房二樓走道板安裝的水平軌道上東西向運(yùn)行，大梁上的小車南北向運(yùn)行，并且小車上的懸臂提升裝置可180°旋轉(zhuǎn)［1］，具備所有槽面結(jié)粒板的吊取功能。總饋供電采用“專業(yè)通用工業(yè)快插接頭組合電源箱+可收縮卷筒固定軟電纜”的方式接入電源箱，并采用高柔性防酸堿拖鏈電纜導(dǎo)電；此外，小車上配備220 V 和380 V 的防爆插座，滿足槽面結(jié)粒板在板身結(jié)粒面積占比大、電錘作業(yè)和槽面溫度高、作業(yè)時間長、人員軸流風(fēng)機(jī)降溫等條件下的需求。具體安裝布置和結(jié)構(gòu)安裝方式如圖1和圖2 所示。

圖1 提升機(jī)布置圖

圖2 槽面查燒板提升裝置設(shè)計［2］示意圖 （單位：mm）

3 方案實(shí)施

3.1 機(jī)械組件設(shè)計［2］

3.1.1 金屬結(jié)構(gòu)

（1）門架由箱形主梁、端梁及門腿等組成，采用Q235-B 板材，考慮到現(xiàn)場酸霧腐蝕性環(huán)境會對機(jī)架造成腐蝕，采用噴丸除銹并涂底漆進(jìn)行防銹處理，鋼板表面的除銹效果達(dá)到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB8923）標(biāo)準(zhǔn)中的Sa2.5級。

（2）主梁的蓋板與腹板拼接，對接焊縫全部采用埋弧自動焊，板厚δ大于10 m 并開坡口，焊后進(jìn)行超聲波或X射線探傷儀100%無損探傷。

（3）下料采用數(shù)控切割機(jī)切割，根據(jù)提升裝置的不同跨度割出二次曲線、四次曲線，保證提升裝置有良好的預(yù)制拱度。

（4）主梁和端梁的縱向焊縫采用微機(jī)控制的二氧化碳?xì)怏w自動保護(hù)焊。

（5）橋架組裝與焊接采用大型翻轉(zhuǎn)工裝，改立焊、仰焊為平焊，保證焊接質(zhì)量。

（6）在主梁的上蓋板上鋪設(shè)軌道，供小車行走。主梁與端梁之間、支腿與主梁之間用高強(qiáng)度螺栓連接，以便安裝與拆卸、維修；所有轉(zhuǎn)動部位配置可拆除的防護(hù)罩。

3.1.2 起升機(jī)構(gòu)

起升機(jī)構(gòu)由YEP 傍磁式制動電動機(jī)、K2 齒輪式減速器、聯(lián)軸器、傳動軸、卷筒組、鋼絲繩、吊鉤組、定滑輪、懸臂架等組成。

（1）卷筒采用Q235-B 鋼板卷制，采用齒輪盤接手卷筒聯(lián)軸器與減速器連接，電機(jī)與減速器傳動采用齒輪聯(lián)軸器。

（2）鋼絲繩采用6 W（19）型提升機(jī)械用鋼絲繩，偏角小于3.5°，兩端設(shè)大于2 圈的安全圈，采用壓板與螺栓固定。

（3）吊鉤起升機(jī)構(gòu)設(shè)置極限位置限制器，采用斷火限位開關(guān)的雙保護(hù)裝置。

（4）設(shè)備主起升機(jī)構(gòu)采用傍磁式制動，安全系數(shù)為1.25 倍。

（5）小車吊臂水平回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、吊臂與小車架采用回轉(zhuǎn)支承連接，回轉(zhuǎn)角度為180°，回轉(zhuǎn)方向為長度較長的一側(cè)。為方便吊臂在主梁的兩側(cè)極限位置起吊，回轉(zhuǎn)方式采用手動回轉(zhuǎn)并用卡槽方式進(jìn)行固定。

為確保提升裝置與專用吊車的運(yùn)行安全，在提升裝置結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計上應(yīng)充分考慮設(shè)備的本質(zhì)安全及特種設(shè)備的運(yùn)行安全要求，結(jié)合提升裝置從軌道至專用吊車接酸盤的有效高度，設(shè)計提升裝置各部位的尺寸（如圖3 所示）。

圖3 提升裝置設(shè)計尺寸圖 （單位：mm）

圖3中，懸臂上端距離接酸盤安全距離為50 mm，此時為接酸盤打開狀態(tài)，專用吊車正常運(yùn)行時，接酸盤為閉合狀態(tài)，懸臂上端距離接酸盤的安全距離為200 mm。

3.1.3 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

小車運(yùn)行采用集中驅(qū)動方式，車輪采用雙輪緣結(jié)構(gòu)，采用“特種雙速電機(jī)+硬齒面減速機(jī)”的方式運(yùn)行，2 擋調(diào)速，電磁抱閘，緩沖器采用聚氨酯緩沖器，小車懸臂梁隨小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行。

3.1.4 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

大車運(yùn)行采用分別驅(qū)動方式，車輪采用雙輪緣結(jié)構(gòu)，采用“特種雙速電機(jī)+硬齒面減速機(jī)”的方式運(yùn)行，2 擋調(diào)速，電磁抱閘，緩沖裝置采用聚氨酯緩沖器，在大車兩側(cè)端梁的前、后均設(shè)置設(shè)備運(yùn)行燈光報警器。

3.1.5 提升吊具

非標(biāo)配置，具有良好的絕緣性，確保在進(jìn)行吊裝陰極板時不會出現(xiàn)導(dǎo)電現(xiàn)象；其材質(zhì)滿足《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼號和一般技術(shù)條件》（GB 699—65）中規(guī)定的20 鋼。所有旋轉(zhuǎn)吊鉤的旋轉(zhuǎn)角度均為360°；滑輪采用鑄鋼滑輪，滑輪與鋼絲繩直徑比值不小于25 。提升吊具結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 提升吊具結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 載荷及走樓板承載核算

3.2.1 提升裝置軌道安裝

按照單臺提升裝置設(shè)計，在二樓電解槽之間走道上架設(shè)4臺套1 t-28.76 m查燒板提升裝置，單臺提升裝置最大輪壓為40 kN。

提升裝置軌道的安裝方式如下：沿廠房C、D、E、F 軸線的二樓電解槽邊走道板東西向按照軌道安裝圖用電鉆鉆?16×100 mm 深的孔，安裝軌道墊塊和膨脹螺栓，按照提升機(jī)跨度定位敷設(shè)軌道，軌道與軌道的墊塊之間通過滿焊焊接加固，單條軌道保留2 條伸縮縫，軌道防腐采用煤焦油防腐，軌道表面采用黃色警示漆保護(hù)。軌道基礎(chǔ)墊塊圖如圖5所示。

圖5 軌道基礎(chǔ)墊塊圖

3.2.2 軌道支撐走道板梁柱承載能力核算［3］

二樓電解槽之間的走道為支撐在電解槽支架主結(jié)構(gòu)上的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，走道設(shè)計跨度1.5 m，走道柱距為6 m，走道短柱高度為1.13 m，走道總建筑面積根據(jù)廠房電解槽布局調(diào)整。經(jīng)過對結(jié)構(gòu)承載進(jìn)行專業(yè)計算及驗算，得到以下結(jié)論。

（1）軌道布置在走道結(jié)構(gòu)梁一側(cè)，對走道板的影響有限。

（2）軌道荷載后走道梁截面為250 mm×380 mm，配筋面積計算得出結(jié)果，底部面積為522 mm2，頂部面積為601 mm2，實(shí)配鋼筋型號均為3@16，大于計算配筋，實(shí)配的8@200 箍筋大于計算配箍。走道梁設(shè)計滿足規(guī)范要求。

（3）軌道荷載后走道柱截面為250 mm×250 mm，計算配筋面積，邊柱面積為813 mm2，中柱面積為422 mm2，實(shí)配鋼筋型號均為4@14，小于計算配筋，實(shí)配的8@150 箍筋大于計算配箍。走道柱抗彎承載力滿足規(guī)范要求。

若出現(xiàn)走道柱抗彎承載力及梁體不滿足結(jié)構(gòu)承載規(guī)范要求的問題，可經(jīng)專業(yè)核算后與立柱廠家結(jié)合出具立柱加固設(shè)計施工圖，開展設(shè)備安裝施工前的加固工作。加固方案可采用粘貼碳纖維加固方式，具體施工流程為表面處理—修復(fù)找平—下料—膠料配置—粘貼碳纖維—檢驗—表面防護(hù)。同時，可按照最新版梁柱加固拉板試驗破壞形式分類標(biāo)準(zhǔn)和抽檢標(biāo)準(zhǔn)，抽檢加固后的走道柱，判定走道柱的加固質(zhì)量是否均符合施工質(zhì)量要求。砼短柱加固平面布置圖如圖6所示。

圖6 砼短柱加固平面布置圖

3.3 電氣系統(tǒng)設(shè)計

槽面查燒板提升裝置的電氣系統(tǒng)需結(jié)合現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)計，以滿足現(xiàn)場各條件作業(yè)的需求。

3.3.1 供電設(shè)計

（1）提升裝置總饋供電?？紤]廠房為雙跨設(shè)計，滑線在立柱上設(shè)計的安裝高度較低，以及中間走道板區(qū)域作業(yè)人員手持各類長柄、扁鏟等工具作業(yè)具有觸電風(fēng)險，因此提升裝置的總饋供電并未采用常規(guī)的單極滑線或多級滑線，而是采用“專業(yè)通用工業(yè)快插接頭組合電源箱+可收縮卷筒固定軟電纜”的方式接入電源箱，并且采用高柔性防酸堿拖鏈電纜導(dǎo)電，以達(dá)到檢修維護(hù)方便、安全可靠的目的。

（2）小車饋供電。懸臂裝置長度為1 500～1 700 mm，在小車及大梁兩側(cè)各設(shè)計了防滾輪軌道和防滾輪裝置，避免作業(yè)時小車傾倒。防滾輪裝置占用了常規(guī)拖纜安裝空間，因此小車饋供電采用半封閉式拖鏈（防酸、防油）的方式，采用高柔性防酸堿拖鏈電纜導(dǎo)電，并安裝在大梁中間。

（3）電控箱。為進(jìn)一步提高裝置槽面作業(yè)的利用率，在小車一側(cè)設(shè)計了可供作業(yè)人員取電的電控箱，提供AC380 V/AC220 V 檢修防爆插座，并且在懸臂上和小車防滾輪裝置上安裝3 000 m3/h 的軸流風(fēng)機(jī)和3.0 kN 的電錘，供槽面作業(yè)人員防暑降溫和利用電錘處理結(jié)粒板板身結(jié)粒。

（4）互鎖控制。結(jié)合廠房長度和作業(yè)使用需求，大車、提升裝置和小車均設(shè)計雙速接觸器互鎖控制，大車運(yùn)行速度為40～10 m/min，起升速度為2.5～8 m/min；小車運(yùn)行速度為3.0～10 m/min。

3.3.2 保護(hù)裝置設(shè)計

為確保提升裝置安全、可靠地運(yùn)行，電氣系統(tǒng)設(shè)置了短路、失壓、急停、零位、電機(jī)過流、上下限位保護(hù)連鎖等保護(hù)裝置。

（1）總電源回路設(shè)置自動空氣開關(guān)作為短路保護(hù)；在單獨(dú)設(shè)置的綜合配電柜中設(shè)置總電源接觸器，防護(hù)等級為IP56，絕緣等級為F級。

（2）各機(jī)構(gòu)控制啟動和失壓后恢復(fù)供電時，必須將控制手柄置于零位后，所有機(jī)構(gòu)的電動機(jī)才能啟動。

（3）起升機(jī)構(gòu)設(shè)置上升、下降限位開關(guān)，大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)在兩端設(shè)置限位開關(guān)；所有電氣設(shè)備正常不帶電的金屬外殼、金屬穿線管均有可靠接地。

（4）控制箱內(nèi)配置總電源開關(guān)，分別引至各機(jī)構(gòu)主回路和控制變壓器；有線遙控和無線遙控器接收系統(tǒng)（通過快速插頭）均配置在控制箱內(nèi)，有線和無線遙控通過接觸器進(jìn)行互鎖。

（5）電線、電纜敷設(shè)采用鍍鋅焊管或金屬線槽的布置形式，線槽能方便地打開，以便檢查線路和更換電線，電線管的兩端設(shè)有護(hù)線嘴。

4 結(jié)論

本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)在于將小車懸臂設(shè)計為一種可實(shí)現(xiàn)180°旋轉(zhuǎn)的懸臂裝置，小車兩側(cè)配置防傾倒的導(dǎo)向輪，小車上同步配置手動器具；設(shè)備整體供電摒棄常規(guī)滑線供電或軌道供電，采用結(jié)構(gòu)簡單、安全性高、維護(hù)成本低的可收縮性固定軟電纜供電方式；為避免吊具吊裝極板時出現(xiàn)打火問題，提高設(shè)備整體絕緣性，吊具的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用結(jié)緣方式。查燒板提升裝置不僅操作簡單、方便快捷，而且縮短了結(jié)粒板從槽面吊至走道板區(qū)域再處理的時間，提高了槽內(nèi)結(jié)粒板的處理效率。同時，查燒板提升裝置的應(yīng)用有效解決了專用吊車即要出裝又要處理查燒板的問題，提升了專用吊車的作業(yè)效率，能更有效地滿足與機(jī)組的匹配化生產(chǎn)，為產(chǎn)能提升及挖潛增效奠定基礎(chǔ)。