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粒增多，結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任務，不能及時處理結粒銅板，影響產品質量及各技術指標的控制，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研究，然而從現實情況看，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)的工藝質量管控和技術手段。槽面陰極銅板形成燒板對質量和電耗影響很大，燒板表面結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)針對槽面結粒板的吊裝及處理方式有2種：一是采用手動卷揚裝置，需要人工在槽面上處理結粒板，2 個人配合才能挪動1 塊結粒板，不僅效率低，而且人工作業(yè)強度大；二是受廠房吊裝設備的配置限制，只能通過長柄扁鏟在槽體內對結粒板進行處理，處理效果達不到生產質量要求且作業(yè)效率低。因此，開展查燒板處理裝置的研究和設計應用，充分、合理地利用現場工況條件，提高槽面查燒板的處理效率顯得尤為重要。本文對槽面結粒處理設備及工具的特點、應用范圍、優(yōu)勢和劣勢等進行綜合分析，研究這些設備及工具在提升處理質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計，旨在解決槽面查燒板處理方式單一、效率低、人員勞動強度大、吊裝協調難等問題。

1 主要問題分析

通電解日常生產中對槽面結粒板進行處理時存在3個方面的問題。

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

（2）專用吊車在提升燒板過程中，其大車、配電柜內的電氣系統、液壓系統、空調系統均在運行，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)的時間沖突嚴重。

綜上所述，目前的作業(yè)方式嚴重影響專用吊車利用率、剝片運行效率和出裝作業(yè)率，制約了銅電解作業(yè)流程的進一步優(yōu)化。為提升槽作業(yè)率及方便專用吊車點維護、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粒板，專用吊車則專用于電解槽出裝作業(yè)，提高機組出裝作業(yè)率和提升槽作業(yè)率。

2 改造設計方案

本次改造的總體思路是設計一種槽面結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)定地運行。經過綜合分析，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粒板，方便快捷，確保查出的有問題的槽面結粒板能夠得到及時處理，達到電解工藝的要求。

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行，大梁上的小車南北向運行，并且小車上的懸臂提升裝置可180°旋轉［1］，具備所有槽面結粒板的吊取功能?？傪伖╇姴捎谩皩I(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電；此外，小車上配備220 V 和380 V 的防爆插座，滿足槽面結粒板在板身結粒面積占比大、電錘作業(yè)和槽面溫度高、作業(yè)時間長、人員軸流風機降溫等條件下的需求。具體安裝布置和結構安裝方式如圖1和圖2 所示。

圖1 提升機布置圖

圖2 槽面查燒板提升裝置設計［2］示意圖 （單位：mm）

3 方案實施

3.1 機械組件設計［2］

3.1.1 金屬結構

（1）門架由箱形主梁、端梁及門腿等組成，采用Q235-B 板材，考慮到現場酸霧腐蝕性環(huán)境會對機架造成腐蝕，采用噴丸除銹并涂底漆進行防銹處理，鋼板表面的除銹效果達到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB8923）標準中的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，焊后進行超聲波或X射線探傷儀100%無損探傷。

（3）下料采用數控切割機切割，根據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制拱度。

（4）主梁和端梁的縱向焊縫采用微機控制的二氧化碳氣體自動保護焊。

（5）橋架組裝與焊接采用大型翻轉工裝，改立焊、仰焊為平焊，保證焊接質量。

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

3.1.2 起升機構

起升機構由YEP 傍磁式制動電動機、K2 齒輪式減速器、聯軸器、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軸器與減速器連接，電機與減速器傳動采用齒輪聯軸器。

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

（3）吊鉤起升機構設置極限位置限制器，采用斷火限位開關的雙保護裝置。

（4）設備主起升機構采用傍磁式制動，安全系數為1.25 倍。

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

為確保提升裝置與專用吊車的運行安全，在提升裝置結構尺寸設計上應充分考慮設備的本質安全及特種設備的運行安全要求，結合提升裝置從軌道至專用吊車接酸盤的有效高度，設計提升裝置各部位的尺寸（如圖3 所示）。

圖3 提升裝置設計尺寸圖 （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 小車運行機構

小車運行采用集中驅動方式，車輪采用雙輪緣結構，采用“特種雙速電機+硬齒面減速機”的方式運行，2 擋調速，電磁抱閘，緩沖器采用聚氨酯緩沖器，小車懸臂梁隨小車運行機構運行。

3.1.4 大車運行機構

大車運行采用分別驅動方式，車輪采用雙輪緣結構，采用“特種雙速電機+硬齒面減速機”的方式運行，2 擋調速，電磁抱閘，緩沖裝置采用聚氨酯緩沖器，在大車兩側端梁的前、后均設置設備運行燈光報警器。

3.1.5 提升吊具

非標配置，具有良好的絕緣性，確保在進行吊裝陰極板時不會出現導電現象；其材質滿足《優(yōu)質碳素結構鋼號和一般技術條件》（GB 699—65）中規(guī)定的20 鋼。所有旋轉吊鉤的旋轉角度均為360°；滑輪采用鑄鋼滑輪，滑輪與鋼絲繩直徑比值不小于25 。提升吊具結構如圖4所示。

圖4 提升吊具結構示意圖

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計，在二樓電解槽之間走道上架設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，按照提升機跨度定位敷設軌道，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。軌道基礎墊塊圖如圖5所示。

圖5 軌道基礎墊塊圖

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構上的現澆鋼筋混凝土框架結構，走道設計跨度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廠房電解槽布局調整。經過對結構承載進行專業(yè)計算及驗算，得到以下結論。

（1）軌道布置在走道結構梁一側，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果，底部面積為522 mm2，頂部面積為601 mm2，實配鋼筋型號均為3@16，大于計算配筋，實配的8@200 箍筋大于計算配箍。走道梁設計滿足規(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，實配鋼筋型號均為4@14，小于計算配筋，實配的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。

若出現走道柱抗彎承載力及梁體不滿足結構承載規(guī)范要求的問題，可經專業(yè)核算后與立柱廠家結合出具立柱加固設計施工圖，開展設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—修復找平—下料—膠料配置—粘貼碳纖維—檢驗—表面防護。同時，可按照最新版梁柱加固拉板試驗破壞形式分類標準和抽檢標準，抽檢加固后的走道柱，判定走道柱的加固質量是否均符合施工質量要求。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 電氣系統設計

槽面查燒板提升裝置的電氣系統需結合現場進行設計，以滿足現場各條件作業(yè)的需求。

3.3.1 供電設計

（1）提升裝置總饋供電?？紤]廠房為雙跨設計，滑線在立柱上設計的安裝高度較低，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電，以達到檢修維護方便、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，在小車及大梁兩側各設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電，并安裝在大梁中間。

（3）電控箱。為進一步提高裝置槽面作業(yè)的利用率，在小車一側設計了可供作業(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 的軸流風機和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粒板板身結粒。

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

3.3.2 保護裝置設計

為確保提升裝置安全、可靠地運行，電氣系統設置了短路、失壓、急停、零位、電機過流、上下限位保護連鎖等保護裝置。

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

（2）各機構控制啟動和失壓后恢復供電時，必須將控制手柄置于零位后，所有機構的電動機才能啟動。

（3）起升機構設置上升、下降限位開關，大車、小車運行機構在兩端設置限位開關；所有電氣設備正常不帶電的金屬外殼、金屬穿線管均有可靠接地。

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

（5）電線、電纜敷設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，電線管的兩端設有護線嘴。

4 結論

本文的主要創(chuàng)新點在于將小車懸臂設計為一種可實現180°旋轉的懸臂裝置，小車兩側配置防傾倒的導向輪，小車上同步配置手動器具；設備整體供電摒棄常規(guī)滑線供電或軌道供電，采用結構簡單、安全性高、維護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打火問題，提高設備整體絕緣性，吊具的結構設計采用結緣方式。查燒板提升裝置不僅操作簡單、方便快捷，而且縮短了結粒板從槽面吊至走道板區(qū)域再處理的時間，提高了槽內結粒板的處理效率。同時，查燒板提升裝置的應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組的匹配化生產，為產能提升及挖潛增效奠定基礎。