張 園，鄒 雋，李四連

(1.三峽大學(xué)科技學(xué)院，湖北宜昌 443002；2.三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院，湖北宜昌 443002；3.長陽福利錳業(yè)有限責(zé)任公司湖北宜昌 443500)

0 前言

中國是當(dāng)前電解金屬錳(以下簡稱為電解錳)生產(chǎn)的大國和強(qiáng)國，其生產(chǎn)能力、實際產(chǎn)量和出口量均已占到全球的75%以上。

從2000年到2004年，由于電解錳的用途擴(kuò)大，主要是特鋼、200系不銹鋼，以及軟磁材料對電解錳的需求增加，價格不斷上漲，高額利潤和良好的市場需求刺激了我國電解錳工業(yè)又一次高速地發(fā)展[1]。電解錳行業(yè)存在污染大、能耗高、技術(shù)相對落后等諸多問題，較多生產(chǎn)環(huán)節(jié)物料投放、消耗等計量不準(zhǔn)確，自動化水平很低，人工勞動力過于密集[2]。

目前我國電解錳生產(chǎn)中，為使電解錳脫離陰極板，普遍采用人工木槌錘擊陰極板的方式。機(jī)械剝離的方案有擺振式陰極板脫錳設(shè)備、S滾道式電解錳剝離機(jī)，但因效果不理想，應(yīng)用并不廣泛。傳統(tǒng)的手工錘擊方式存在噪音大、粉塵多、勞動環(huán)境差且工人勞動強(qiáng)度大等缺陷；由于手工錘擊的力度不易控制，力量過大時常會導(dǎo)致不銹鋼板凹凸不平，變形的陰極板置入電解槽會引起接觸隔膜布處的電解錳發(fā)黑影響品質(zhì)；同時由于極板變形造成板間距不均，形成尖端放電，使金屬錳沉積層厚度不均；造成局部導(dǎo)電而使沉積層的一面或全部變黑，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。另外，由于錳極板為不銹鋼材質(zhì)，手工錘擊方式使極板產(chǎn)生局部塑性變形、使用壽命降低，導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高。使用變形極板生產(chǎn)時，為了避免尖端放電和陰極板接觸隔膜布，通常采用增大電解槽極距的方式，但同時也增加了直流電耗。

為彌補(bǔ)以往電解錳剝離方式的不足，開發(fā)了一種機(jī)械錘擊和剪切聯(lián)合剝離的設(shè)備，用于電解錳金屬剝離回收，解決金屬錳沉積層從陰極板上剝離的問題，可提高電解錳剝離過程的機(jī)械化和自動化程度，具有良好的剝離效果和較高的剝離速度，能降低工作環(huán)境噪聲和粉塵、減輕人工勞動強(qiáng)度；同時，對極板的平整性保護(hù)較好，也有利于電解錳生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗。

1 錳極板剝離機(jī)結(jié)構(gòu)

該新型的聯(lián)合式電解錳剝離機(jī)采用了PLC程序控制方式，其機(jī)械部分由焊接機(jī)架、鏈?zhǔn)綐O板輸送裝置、剪切剝離機(jī)構(gòu)、錘擊剝離系統(tǒng)、密封與除塵系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、料倉、外殼體組成。如圖1所示。

機(jī)架通過支腿安置于地面，起支撐整機(jī)和用于其它部件的安裝定位；鏈?zhǔn)綐O板輸送裝置位于機(jī)架上部，由調(diào)速減速電機(jī)驅(qū)動，用于完成極板沿送進(jìn)軌道的輸送；沿鏈?zhǔn)捷斔脱b置的輸送方向，分別布置了準(zhǔn)備工位、錘擊剝離工位、剪切剝離工位；準(zhǔn)備工位處于鏈?zhǔn)捷斔脱b置進(jìn)口段下方，用于在剝離機(jī)工作的同時時完成送料準(zhǔn)備；隨后，極板由輸送鏈拖掛勾拖送至錘擊剝離工位并定位、停止，完成錘擊剝離，此時可完成大部分錳片的剝離；接著，極板被拖送至剪切剝離工位，由剪切輥繼續(xù)剝離極板上的少量殘錳，剝離完成后的極板隨剪切輥的轉(zhuǎn)動向前送出。錘擊剝離裝置和剪切輥均安裝于密封性較好內(nèi)罩中，剝離時的錳片從內(nèi)罩側(cè)壁滑落或直接下落后，被收集于機(jī)架下方料倉中，剝離過程產(chǎn)生的粉塵由除塵箱排出。

圖1 剝離機(jī)總體結(jié)構(gòu)

2 工作原理

2.1 聯(lián)合式剝離原理

聯(lián)合式電解錳剝離機(jī)在PLC程序的控制下，各部分協(xié)調(diào)運(yùn)行，共同完成電解錳剝離、錳片、錳粉收集和陰極板輸送等工作。

設(shè)備的工作過程為：第1片極板首先被送至準(zhǔn)備工位；隨后，輸送鏈啟動，極板被送至錘擊工位，當(dāng)極板到達(dá)定位位置時，傳感器接通，此時由 PLC控制輸送電機(jī)停止，極板完成在錘擊工位的定位，定位完成后，PLC控制擊錘工作，完成錘擊剝離；在第1片極板被輸送并錘擊的同時，第2片極板被送至準(zhǔn)備工位；錘擊完成后，第1片極板由輸送鏈向剪切工位送出，由于前后剪切輥存在差速，因此第1片極板被剪切輥向前輸送的同時其表面受到剪切剝離作用，使殘余的小面積錳片剝離，隨后該極板被輥向前送出剝離機(jī)；與此同時，第2片極板在錘擊工位進(jìn)行錘擊剝離，第3片極板被送至準(zhǔn)備工位。剝離工作按以上過程連續(xù)進(jìn)行，可以達(dá)到很高的效率。

以上的剪切輥共有兩對，呈對滾式排裝，靠近氣動擊錘的對輥線速度較低，而靠近出口的對輥線速度較高，利用速度差對極板表面的錳片形成剪切作用；兩對輥的線速度均高于鏈?zhǔn)捷斔脱b置，防止卡料；一側(cè)的剪切輥安裝在可調(diào)整的彈簧支座上，如圖2所示，當(dāng)輥面與極板間壓力過大時可自行退讓，從而保護(hù)板面不被破壞。

1上支座；2下固定支架；3剪切輥；4下浮動支架

2.2 陰極板輸送原理

鏈?zhǔn)捷斔脱b置安裝于機(jī)架的上部，由導(dǎo)軌基座、減速電機(jī)、極板導(dǎo)軌、拖掛勾、輸送鏈、掛鉤到位傳感器、鏈輪支架和從動鏈輪組成，如圖3所示。其功能為完成極板輸送，并將拖掛鉤到位信號傳給PLC控制器，供PLC產(chǎn)生相應(yīng)的控制動作。

圖3 輸送機(jī)構(gòu)

2.3 密封與除塵裝置

1密封毛刷；2右密封罩；3左密封罩

密封罩如圖4所示，安裝于鏈?zhǔn)捷斔脱b置的導(dǎo)軌下方，由左右分離的密封罩殼和密封毛刷組成，內(nèi)罩上方開有一系列小孔，以便上部空氣可以向下進(jìn)入密封罩內(nèi)，如圖4所示，形成攜帶粉塵的氣流；密封罩與下部料倉形成一個相對密閉的空間，便于除塵箱收集粉塵。除塵箱安裝于兩側(cè)的擊錘下方，左右除塵箱通過上方的共同管道和除塵風(fēng)機(jī)相連，以便將剝離過程中產(chǎn)生的粉塵收集，將其導(dǎo)入粉塵處理設(shè)備。

料倉位于密封罩下方，由料倉、振動器、料倉門組成。用于儲存剝離下來的電解錳片和粉末。當(dāng)料倉門開啟時，收集于料倉內(nèi)的錳片和錳粉下泄，同時振動器振動，以利于電解錳從料倉中向下排出。

外殼體通過螺釘安裝于機(jī)架上，便于檢修時拆卸；外殼上開孔，用于固定安裝控制箱及操作開關(guān)元件，起安全防護(hù)和美觀作用。

2.4 傳感器及PLC電氣控制原理

為了協(xié)調(diào)剝離機(jī)的各工序安全順暢運(yùn)行，設(shè)置送料到位、拉鉤到位、工作點到位和操作安全等4個傳感器。本機(jī)具有較高的自動化程度，正常運(yùn)行時，PLC控制設(shè)備按預(yù)定節(jié)拍連續(xù)工作；當(dāng)送料不能及時到位或操作人員處于危險區(qū)域時，設(shè)備運(yùn)行會產(chǎn)生中斷，同時報警等待處理，報警解除后本機(jī)自動恢復(fù)運(yùn)行。

另外，本機(jī)還設(shè)有對電機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)的熱繼電器及短路和漏電保護(hù)裝置，在操作人員附近設(shè)置了緊急開關(guān)，用于確保設(shè)備運(yùn)行安全和人身安全。

3 工作流程

1)開啟空壓機(jī)，待其儲氣罐氣壓達(dá)到工作壓力0.8 MPa后，開啟剝離機(jī)電源，PLC自檢，并處于工作等待狀態(tài)；剪切輥電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)；最后，開啟除塵風(fēng)機(jī)，除塵系統(tǒng)開始運(yùn)行。

2)送料到位，且操作人員不處于危險區(qū)域時，輸送鏈在PLC的控制下運(yùn)行，至工作點到位傳感器位置，送料停止。

3)PLC控制沖擊錘按預(yù)定間隔時間順序沖擊陰極板，并延時，待極板擺動回復(fù)后，控制輸送電機(jī)啟動，將錘擊剝離完成后的極板向剪切剝離工位送出，錘擊產(chǎn)生的錳片落入料倉，錳粉則由除塵系統(tǒng)收集處理。

4)由輸送鏈運(yùn)送的陰極板接觸剪切輥時，由于剪切輥的線速度高于輸送鏈的運(yùn)行速度，陰極板被加速輸送，脫離輸送鏈拖掛勾。

5)陰極板在被第1對剪切輥向前輸送至接觸第2對剪切輥處，由于第2對剪切輥表面線速度高于第1對剪切輥，剪切輥表面的縱紋棱邊對極板表面殘余錳片產(chǎn)生剪切作用，將殘錳剝離；剝離完成后極板被剪切輥向前送出剝離機(jī)。

6)剪切剝離產(chǎn)生的錳片也落入料倉，錳粉經(jīng)由除塵系統(tǒng)收集處理。

4 工藝特點

1)該設(shè)備采用PLC程序控制，自動化程度高、安全高效、工藝柔性好。

2)每分鐘能剝離電解錳板22～32片，與同類產(chǎn)品[3]相比剝離效果好，便于實現(xiàn)電解錳剝離工序的自動化、規(guī)?；?。

3)提高了剝離效果、降低能耗、改善工作環(huán)境、減輕勞動強(qiáng)度。

5 結(jié)語

本文對電解錳剝離機(jī)進(jìn)行了設(shè)計和改進(jìn)，其為立式布置，占地面積??；送料便利，減輕了工人勞動強(qiáng)度；改進(jìn)了輸送裝置，提高了輸送速度，降低了整機(jī)功率，具有較好節(jié)能效果；剪切輥可以對小面積的殘余錳片起到一定的剝離作用，剪切輥彈簧支承浮動的設(shè)計有利于保護(hù)陰極板表面不被軋傷；采用PLC程序控制，使本剝離機(jī)可靠性高、具有良好的工作性能和安全性，且工作速度可通過程序的修改進(jìn)行變更，對生產(chǎn)線應(yīng)用具有較好的適應(yīng)性。本設(shè)計具有自動化程度高、高效、節(jié)能的特點，具有顯著經(jīng)濟(jì)效益?？梢灶A(yù)測，該剝離機(jī)將在電解錳行業(yè)有較好的應(yīng)用前景。

[1]劉廷軍，譚中堅，廖勝群.中國電解錳產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢分析[J].中國錳業(yè)，2006，24(1)：9-12.

[2]段寧，但智鋼，宋丹娜.中國電解錳行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和方向[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報，2011，1(1)：75-81.

[3]萬曉林.電解陰極板上沉積錳的脫板剝離機(jī)在湘錳問世[J].中國錳業(yè)，1992，10(2/3)：18.