某石墨化车间填充料装卸与运输系统的研究与应用

2015-02-23李双珠张英丽李逢春

现代矿业 2015年10期

关键词：碳素天车行车

李双珠张英丽李逢春

(1.中钢集团新型材料(浙江)有限公司；2.常州大学信息科学与工程学院；3.中钢集团安徽天源科技股份有限公司)

某石墨化车间填充料装卸与运输系统的研究与应用

李双珠1张英丽2李逢春3

(1.中钢集团新型材料(浙江)有限公司；2.常州大学信息科学与工程学院；3.中钢集团安徽天源科技股份有限公司)

某碳素企业石墨化车间原使用传统的“行车-抓斗”系统进行填充料的装卸与运输。在装卸与运输过程中，碳素粉尘易从抓斗向下跌落，使车间内粉尘密布，造成严重的粉尘污染。为改善石墨化车间的工作环境，实现人性化生产，通过分析碳素粉尘的产生过程，设备技术组决定采用先进的自动化或半自动化填充料装卸和运输系统。系统研究与分析结果表明，与分体“独立料仓”方案相比，集成“吸料天车”系统更适合该车间，并实现了国产化。实际生产应用结果表明，集成“吸料天车”系统大幅度改善了石墨化车间的碳素粉尘污染情况，减少了粉尘导致的设备和仪器的损坏，降低了车间运行的人力成本，实现了公司对车间生产环境人性化的要求。系统的研究应用具有一定的创新性，对国内类似石墨化车间填充料装卸与运输系统的改进具有参考作用。

碳素粉尘填充料装卸与运输系统吸料天车集成

某碳素企业石墨化车间普遍使用“行车-抓斗”系统进行石墨化炉填充料的装卸与运输。在此过程中，碳素粉尘容易从抓斗中落下，导致车间内粉尘飞扬，污染严重。工作人员大量吸入粉尘，增加了粉尘职业病发生的概率，危害健康。因此，公司新型石墨材料项目部要求改善石墨化车间的生产、工作环境，最大程度地减少碳素粉尘污染。

公司的设备技术团队(以下简称为设备技术组)根据项目部要求，对石墨化车间石墨化炉装出料的生产过程进行分析，发现了车间粉尘产生的工艺环节。观察上海碳素厂的石墨化车间内的环境状态发现：车间地面上有一层厚厚的石墨粉；在填充料装出炉过程中，整个车间里粉尘密布，好像车间局部空间范围内的沙尘暴天气。石墨化车间的粉尘是在使用抓斗装卸与运输填充料的过程中产生的。抓斗在提起、行走过程中，粉尘易从抓斗的缝隙中落向地面，下落过程中产生大量飞扬的碳素粉尘。

设备技术组据此认为：要改善石墨化车间的粉尘污染，需要对填充料装卸与运输的作业系统进行技术改造，配置先进的填充料装卸与运输系统，实现装卸与运输过程的自动化或半自动化，将劳动密集型生产工序转化为技术密集型的生产工序。另外在装卸与运输过程中使用除尘系统，减少粉尘排放，可实现工作环境粉尘污染最小化。

由于国内大部分碳素企业几乎所有石墨化车间都存在严重的粉尘污染现象，所以对石墨化炉填充料的装卸与运输系统进行技术研究与应用，具有重要意义。

1 国外同行系统的技术状态

国外石墨化炉的填充料的装卸与运输采用了先进的吸放料系统，实现了半自动化操作。基于两种方案的技术背景，设备技术组将目光转向国外，跟踪了解国外同行石墨化炉的填充料的装卸与运输系统的技术状态。

设备技术组对日本同行使用的独立料仓系统进行了研究。日本独立料仓系统使用的是分体技术。它是在石墨化炉位置架设导轨，小车在导轨上运动，料斗安放在小车上，实现石墨化炉填充料的装卸工作；车间的行车完成料斗和小车的移动。优点是：料斗可以小些，但小车需要在每次使用时进行安装连接。设备技术组也研究了美国同行使用的集成的吸料天车系统。吸料天车料仓跟随小车运动，没有配置独立的料仓移动系统。集成的吸料天车系统实现石墨化炉填充料的装卸和运输，使用吸料天车不需要石墨化车间另外配置相关的生产人员。

设备技术组还详细研究了填充料出炉时的状态，对填充料的卸料过程、系统的冷却要求等有了进一步的认识。

2 系统研究与分析阶段

对石墨化炉填充料装卸与运输系统进行研究，实现自动化或半自动化操作，是一个全新的技术创新项目。设备技术组提出了设想，并进行一步步的推进。

在研究了填充料的装卸与运输过程后发现：如果配置一个可移动的料仓，并为料仓配备相应的吸放料装置、除尘装置、冷却装置、电气与控制系统，就可以实现装卸过程的自动化或半自动化；如果该料仓还可以在石墨化车间内自由移动，那么就可以实现运输的自动化或半自动化。保证该料仓的实施运用，就可以改善石墨化车间的工作环境。

根据设想，提出了两个技术方案，一个是集成的“吸料天车”方案，另一个是分体的“独立料仓”方案。

2.1 集成的“吸料天车”方案分析

设备技术组首先分析了集成的“吸料天车”方案。“吸料天车”方案主要是把填充料料仓与移动装置(如行车，行业内俗称为“天车”)集成到一起，核心是将填充料的料仓安装到行车上。

对于吸料天车上的料仓位置是选择固定式的还是移动式的，设备技术组进行了假设与分析。

如果吸料天车上料仓的位置固定，那么吸放料装置就需要移动方便。这将导致吸放料过程不顺畅，对其产生不利影响，进而降低工作效率。如果出现这样的现象，将无法满足车间生产人员与公司主管部门的要求。因此，在吸料天车上固定料仓的位置，达不到原设想的目的。

如果料仓位置不固定，可以使用行车上的小车移动料仓，或者根据需要增加一套驱动装置，方便料仓移动。由于料仓的容积不能太小，自重较大，满载后重量很可能非常大，另外安装一套驱动填充料料仓平面运动的行走设备，会增加较高的设备成本，经济上不可行，也缺乏必要性。因此可以直接使用行车上的小车，以移动填充料的料仓，实现无死角装卸填充料。

通过以上分析，集成技术方案变得清晰：填充料的料仓安装在行车上，料仓的位置不固定，由行车的小车驱动。填充料的料仓用行车的大车带动，实现其在车间长度方向上的运动；用行车上的小车驱动料仓，以实现其沿行车方向的移动。二者结合，可以实现石墨化车间无死角地进行填充料的装卸与运输。具体来说，当行车的大车停止时，料仓的移动只能沿行车方向移动；只有大车运动时，料仓的移动才具有两个方向。在大车停止时，小车移动驱动料仓沿大车方向装卸填充料；当需要更换到其他位置时，可通过移动行车实现。根据这样的使用要求，行车的大车需频繁启动，需要3级速度：一级为低速运行状态，用于更换装卸填充料的位置；一级为满载行走状态；一级为空车行走状态。行车上的小车移动，也应该有2级速度：一级为装卸料速度；一级为空载或满载速度。考虑到小车是在大车里运行，距离较短，故允许在同一速度下运行。另外，吸料天车的工作环境在石墨化炉的上方，工作环境的空气温度高，需要配备隔热装置，操作间需要配置空调；吸料天车是一台中型行车，在装卸料过程中启动频繁，启停时动量大，对行车导轨及行车梁有一定的要求；使用吸料天车对石墨化车间的填充料装出炉生产人员没有特殊操作要求。

2.2 分体的“独立料仓”方案分析

设备技术组也研究了分体的“独立料仓”技术方案。“独立料仓”技术方案的核心由料仓、料仓的驱动系统、行车3个部分构成。其中，料仓可实现填充料的装卸，料仓驱动系统实现料仓在石墨化炉位置附近的移动，行车是与料仓配套使用的，可以起吊、运输独立料仓，实现填充料的运输。

驱动料仓的小车系统，安装在石墨化炉附近位置。类似于高架的轻轨，每个石墨化炉两侧分别安装导轨。驱动小车的安装有两个方案：一是在每个石墨化炉的轨道上都安装驱动小车，使用多套小车驱动系统，另一个方案是只安装一套驱动小车，哪座石墨化炉需要时就挪到哪座石墨化炉旁使用，系统使用一套小车系统。多套系统需要大量的成本，且大部分时间内设备处于闲置状态，浪费成本。为节省设备的采购成本，倾向于使用一套小车系统。但需要经常拆装小车系统，以及小车与料仓间的连接与拆卸。

因为要起吊运输驱动小车、填充料的料仓，分体的“独立料仓”技术方案在车间同样需要使用中型行车，同时每次使用时都需要对分体系统进行组装与分拆，对车间的生产人员的技能要求较高，甚至需要配置专业的料仓使用与管理人员。

设备技术组在研究分析了这两个技术方案的技术特点、使用环境及对生产操作人员的技能要求和利弊后，得出集成的“吸料天车”方案更合适该公司石墨化车间装卸与运输系统改造的结论，认为在不可避免地需要使用中型行车的基础上，采用集成方案的“吸料天车系统”更适合新型石墨材料项目。对国外同行的填充料装卸与运输系统使用情况的了解更坚定了选择集成吸料天车技术方案的信心。

3 系统的国产化进程阶段

针对集成的吸料天车技术方案系统是从国外引进还是在国内开发的问题，设备技术组认为国内同行大都使用“行车-抓斗”系统完成填充料的装卸与运输，国内没有现存的该类设备，也没有相应的供应商。但考虑到集成的技术方案并不复杂，吸料天车系统完全可以在国内开发、制造。

为此，设备技术组在全国范围内寻找具备这种集成能力的企业，最后筛选出3家企业。在进行实地考察与比较详细的技术交流之后，认为这3家企业都具备这种集成能力，都可以设计制造出我们需要的吸料天车系统。最后，通过招标方式，选择了合适的企业，设备技术组与设备供应商共同开发，设计、制造出满足要求的吸料天车。

4 系统应用实践

2010年建成的某公司石墨化车间通过配置集成的 “吸料天车”，实现了石墨化炉填充料的装卸与运输过程的自动化或半自动化操作。经过一段时间的试用后，石墨化车间内碳素粉尘污染现象明显改善，甚至“窗明几净”。整洁的车间环境，不仅使工作人员的健康得到保证，还减少了设备因碳素粉尘导致的设备磨损、仪器仪表与电气原件的损坏，实现了石墨化车间“工作环境要人性化”的目标。

通过使用“吸料天车”，减少了石墨化车间填充料装出炉班组及其配套班组的人员。上海碳素厂的每组石墨化炉配置一个装出炉班组及配套的行车人员共50多人。而该公司石墨化车间的二组石墨化炉共配置一个装出炉班组，该装出炉班组及配套的行车人员只有9人。对比可知，使用新型装备“吸料天车”每年可节省工作人员41人，每年可节省人力资源成本超过300万，仅需要两年就可以节省出设备的采购和使用成本。