電積槽陰極板吊具研發(fā)與應用

李恩龍，杜學海，崔文杰，任文明，王九策

（河南中原黃金冶煉廠有限責任公司，河南三門峽 472100）

0 引言

在銅電解精煉過程中，為維持電解液中的銅、酸及雜質離子都在規(guī)定范圍內，必須采用對電解液進行凈化和調整。凈化和調整是通過蒸發(fā)濃縮析出結晶硫酸銅、硫酸鎳和采用不溶陽極電積法脫銅、脫雜質實現的。

不溶陽極電積法就是將廢電解液或硫酸銅結晶母液中的銅基本脫除，同時除去大部分的砷、銻、鉍。這段工藝是以鉛、錫、鈣合金作為不溶陽極，以含雜硫酸和硫酸銅的混合液作為電積液。通電后，溶液中的銅離子（Cu2+）向陰極移動，到達陰極后獲得電子而在陰極析出銅，也稱電積銅。

不溶陽極電積法工藝流程第二段（共分為三段）是用陽極銅板的電解殘留（簡稱殘極）作為陰極得到黑銅板，陰、陽極板之間距離100 mm，陰極板耳朵厚度48 mm，陽極耳朵厚度28 mm，二者外耳朵平行之間的間隙只有24 mm。陰極板與陽極鉛板外耳之間縫隙太小，導致吊裝陰極板時通過鉤掛外耳的方案在使用過程下鉤困難，吊具吊鉤很容易剮蹭陽極板，使陽極板位置偏離。如果陽極板位置偏離，就需要重新擺放陽極板，導致工作量增加。顯然，采用傳統吊具不能滿足生產要求，并且安全性差，因此需要設計專用的電積槽陰極板吊具。

1 工作原理

采用鉤掛陰極板內耳的方案，即通過吊鉤平移鉤掛陰極板內耳。吊具上設計有各帶18 個鉤的移動橫梁和靜止橫梁，移動橫梁通過鏈輪、鏈條、滾珠絲杠傳動機構帶動水平移動，這樣移動橫梁和靜止橫梁上對應的每對L 形吊鉤相對位置就能增寬或收窄。使用時，兩個橫梁距離先收窄使L 形吊鉤進入陰極板內耳之間，再把兩個橫梁距離增寬，使電積陰極板的兩個內耳牢靠地掛在背靠背設置的一對L 形吊鉤上，由于在兩根梁上并排安裝18 對L 形吊鉤，每次可以同時吊起18 塊陰極板，并對其進行起吊、移動、安放[1]。

2 研發(fā)設計要點

2.1 吊具結構

吊具主要分為兩類：軟索式吊具、剛性框架式吊具[2]。

軟索式吊具為常規(guī)性吊具，主要由軟索（吊帶、吊繩、鏈條）與吊鉤配合使用，適用于被吊物裝配位置與起吊設備掛吊點之間無障礙物，即起吊過程中吊繩不會與其他物品發(fā)生干涉的場景。

剛性框架式吊具主體為剛性框架結構，適用于被吊物安裝位置與起吊設備掛吊點之間有障礙物的場景。在有障礙物的情況下，因吊繩會與障礙物干涉，軟索式吊具無法使用。

電解凈液電積陰極板吊具是一種多吊點吊具，同時具有軟索式吊具、剛性框架式吊具的二者的特點，基本組件包括：吊鏈、絕緣吊環(huán)、吊架、驅動機構，吊鏈的下端與絕緣吊環(huán)的上端相連，絕緣吊環(huán)的下端與吊架上的吊耳相連（圖1）。

圖1 電解凈液電積陰極板吊具結構

吊架包括兩個平行設置的前橫梁和后橫梁，吊架上設有驅動機構。前橫梁頂部的兩端以及后橫梁頂部的兩端分別設有和絕緣吊環(huán)相適配的吊耳，兩橫梁的兩端分別固定在左連接板和右連接板上，且后橫梁在驅動機構的驅動下可在連接板滑槽內水平移動。前橫梁和后橫梁的外側沿軸向設有前垂直板和后垂直板，前垂直板和后垂直板的下部分別設有18 根吊鉤。吊鉤為L 形吊鉤，前垂直板和后垂直板上的L 形吊鉤相背設置，

驅動機構設于前橫梁上，前垂直板和后垂直板的兩端分別設有限位板。驅動機構包括左滾珠絲桿、右滾珠絲桿、左推力軸承、右推力軸承、左鏈輪、右鏈輪、鏈條、主動鏈輪、主動鏈輪軸、搖柄。主動鏈輪軸通過軸承座固定在前橫梁的中部，左滾珠絲桿、右滾珠絲桿的固定端分別設有左鏈輪、右鏈輪，且左滾珠絲桿和右滾珠絲桿的固定端分別通過左推力軸承、右推力軸承固定在前橫梁上。左滾珠絲桿和右滾珠絲桿的螺母和后橫梁固定連接，左滾珠絲桿、右滾珠絲桿的活動端依次穿過前橫梁、后橫梁，并和固定在橫梁上的螺母螺紋連接。主動鏈輪軸上間隔設有兩個鏈輪，一個鏈輪通過鏈條和左鏈輪連接，另一個鏈輪通過鏈條和右鏈輪連接，主動鏈輪軸和搖柄連接。

左連接板和右連接板內相對設有左長圓孔和右長圓孔，左長圓孔和右長圓孔的兩端均設有限位柱，限位柱固定在左連接板和右連接板的外側。后橫梁的兩端設有滑塊，兩滑塊分別滑動設于左長圓孔和右長圓孔內?；瑝K外端面的中部設有限位塊，限位塊的兩側設有和限位柱相適配的限位螺栓。

吊耳上的絕緣吊環(huán)由兩個相互垂直的上、下U 形卡環(huán)組成，下U 形卡環(huán)的開口端朝下，上U 形卡環(huán)的開口端朝上，下U 形卡環(huán)與吊耳相連，上U 形卡環(huán)與吊鏈下端連接。上、下兩個U 形卡環(huán)圍合的區(qū)域內設有長方體形的絕緣電木，下U 形卡環(huán)和上U 形卡環(huán)的螺栓分別穿過絕緣電木，螺栓通過膠木間隔絕緣并連接在一起。

L 形吊鉤由豎直部和水平部組成，豎直部通過螺栓螺母固定在前垂直板或后垂直板上，水平部的外端設有鋸齒狀的防滑齒，防滑齒通過沉頭螺釘固定在L 形吊鉤的水平部上。

2.2 吊點位置選擇

本吊具吊掛點必須垂直位于被吊物重心的正上方，從受力情況、使用壽命等方面考慮，吊鏈或吊繩間的夾角應在30°～90°之間。通過改變吊鏈長度和掛吊點位控制吊鏈間的夾角60°，并確保掛吊點與被吊物重心在一條豎直線上，保證被吊物平穩(wěn)、水平吊起。

2.3 安全系數確定

吊具在使用過程中必須保證使用者和被吊物的安全，因此，安全性是吊具設計過程的重中之重。吊裝時物體存在加速移動的現象，吊具所受的拉力大于物體本身的重力。如果吊裝過程中物品發(fā)生頓挫，瞬間的沖擊力甚至超過物品重力的3 倍以上。所以，在設計吊裝工具時一定要慎重考慮沖擊載荷的因素。根據JB/T 8521—2007《編織吊索安全性》規(guī)定，本吊具選用6 倍安全系數[3]。

2.4 材料選取

本吊物陰極板表面不需要保護，考慮到工作環(huán)境有硫酸腐蝕，因此選用耐腐蝕的304 不銹鋼常用型材，通過切割后組合焊接而成。

2.5 強度校核

吊具設計完成后，進行CAE 受力分析，用計算機輔助求解分析優(yōu)化吊具的結構力學性能[4]，受力后最大彈性變形在允許范圍內并達到6 倍安全系數要求。

通過類比設計和功能相似性分析的有機結合，對吊具中關鍵設計部分相似性的集中辨識，并對相似產品或不同類型產品的關鍵相似點進行比較，校核零件強度的可靠性。

3 操作方法

當電解槽陰極板吸附電解銅數量完成后，先順時針搖動搖柄，通過主動鏈輪的順時針轉動帶動左鏈輪、右鏈輪的順時針轉動，左滾珠絲桿、右滾珠絲桿轉動，再通過左推力軸承、右推力軸承和絲杠螺母推動前橫梁第二橫梁相對運動互相靠近，使背靠背成對設置的L 形吊鉤之間的距離小于電積陰極板內耳之間的距離。

利用電動葫蘆將電積陰極板吊具吊至電積陰極板上方，并慢慢下降使L 形吊鉤進入電積陰極板內耳內，工作人員一只手扶著前橫梁使其不再移動，另一只手逆時針搖動搖柄，通過主動鏈輪的逆時針轉動帶動左鏈輪、右鏈輪逆時針轉動，左滾珠絲桿、右滾珠絲桿轉動，通過左推力軸承、右推力軸承和絲杠螺母使前橫梁、后橫梁慢慢遠離，使背靠背設置的成對L 形吊鉤之間的距離慢慢增大，進而使電積陰極板的兩內耳牢牢掛在L 形吊鉤上。其中，L 形吊鉤上防滑齒的設置增大了內耳和L 形吊鉤之間的摩擦力，保證鉤掛牢靠。檢查各個鉤齒掛牢陰極板無誤后，利用電動葫蘆起吊陰極板到規(guī)定位置。

4 結論

電積槽陰極板吊具的研發(fā)成功解決了電解銅凈液工段電積槽陰極板的吊裝難題，提高了工作效率，經過一年多的實際應用，證明該吊具設計簡單實用，還可以根據需要改造成用于其他類似工況的吊具，具有推廣價值。