炭阳极堆垛机组夹具改造的可行性分析

卢勋

摘 要：随着炭素厂生产任务的变化，针对阳极堆垛机组气动自锁夹具只能夹取固定尺寸炭阳极的特点，分析相关参数，提出改造的具体方法。

关键词：炭阳极堆垛机组；夹具；改造

1 炭阳极堆垛机组夹具改造提出背景

炭阳极是电解槽的“心脏”，在电解铝生产过程中起到导电和参与电化学反应的作用。电力成本和氧化铝成本是电解铝企业两大关键成本，随着近两年国家关于“自备电厂”政策的调整，处于河南的电解铝企业丧失了成本优势，再加上近几年鋁产品价格一直在成本线左右徘徊，神火永城铝板块一直处于亏损状态。为调结构、促转型、谋发展，根据国家关于电解铝发展的产业政策，神火集团决定将位于永城的电解铝产业整体向水电资源、氧化铝资源丰富的云南文山转移。而作为永城电解铝配套项目而存在的河南神火煤电股份有限公司炭素厂，必须提前谋划发展出路。结合市场需求和我厂设备实际情况，决定对炭素厂关键设备进行升级改造，以满足为云南神火铝业有限公司生产500KA预焙电解槽所需炭阳极的需求。

炭阳极堆垛机组是炭素生产车间用来码放、搬运阳极炭块的专用、关键设备。它的工作地点主要在炭块中转库（生块库、熟块库）。其工作效率和工作质量直接关系到整个炭素生产的稳定和效率。而夹具是阳极堆垛机组的关键部件。它的工作状态直接决定着炭阳极堆垛机组的工作效率和质量。

2 现有阳极堆垛机组夹具存在的问题

永城炭素厂现有炭阳极堆垛机组是2001年为生产200KA预焙槽所需炭阳极所配套的产品。其结构形式见图1。夹具采用气动自锁夹具，每个夹具由夹具梁和10个夹持器组成。夹持器结构见图2。

200KA电解槽所用炭阳极尺寸为长×宽×高=1500×660×550mm，重量约为825Kg。而500KA预焙电解槽炭阳极的尺寸为长×宽×高=1750×720×650mm，重量约为1260Kg。即新产品变大变重。现有堆垛机组夹具张口尺寸、中心位置均不能满足新产品的要求，需改造。弹簧锁紧力能否满足要求，需重新测算。

3 预焙阳极堆垛机组夹具改造的可行性分析

3.2 气缸推力和弹簧锁紧力测算

3.2.1 气缸推力测算

经查大连起重机器厂《阳极堆垛起重机使用说明书》和设计图纸（3432），气动自锁夹具选用QGBI-Z250×290型气缸，工作范围为0.5-0.55MPa，其理论推力见下表。即采用增加气缸缸径或增大工作压强至0.6MPa两种方式均可满足要求。

3.2.2 弹簧锁紧力测算

经查大连起重机器厂《阳极堆垛起重机使用说明书》和设计图纸（3432），气动自锁夹具选用YA28×135×340圆柱螺旋压缩弹簧，压缩弹簧压缩量≤62mm时的最小负荷为29KN。根据图4可知弹簧复位负载（弹簧锁紧力）和夹板夹持力是以动夹板曲臂支撑为支点的等力臂力矩，即弹簧锁紧力与夹板夹持力相等，最小为29KN，大于500KA炭阳极生产所需的夹持力27.44KN。

3.3 运行方式的调整

原阳极堆垛机组跨距为19.5米，采用43Kg/m轨道，起升重量为22吨，其中炭阳极重量约为10吨。为保证堆垛机组运行安全，因此生产500KA电解槽用炭阳极时，每次最多只能吊运8块炭阳极（重量：1.26×8=10.08吨；长度：1750×8=14000mm，小于夹具梁总长14420mm）。

3.4 每个夹持器张口尺寸的调整

原张口尺寸为669mm（见图4），需调整。为保证夹持器弹簧锁紧机构有效（根据杠杆原理，锁紧力应≥29KN），因此每个夹持器弹簧连杆、固定连杆、气缸安装中心线的相对位置保持不变，通过加高活动夹板曲臂支座，同方向整体平移气缸固定点、固定连杆安装固定点的方式来实现。整体同步平移量为60mm，活动夹板曲臂支座加高量也是60mm。即调整后，每个夹持器的张口尺寸可达到729mm。（见图5）

3.5 炭块中心线与夹持器夹板中心线的调整

通过调整生阳极编组输送链端头限位，确保每8块炭块为一组，每组的中心与夹具梁水平中心重合。（这样可确保每组有4块炭阳极与夹持器夹板中心偏差≤200mm，无需调整），其余4块，分两种方式调整。第一种方式是加宽动、定夹板的水平宽度（定夹板加宽200mm，动夹板加宽160mm），并且动、定夹板上各增加1列抓钉（3颗）增加摩擦系数。另一种方式是夹持器安装位置沿夹具梁方向相向移动100mm，用两个夹持器分夹炭阳极的两个端头，确保炭阳极抓牢，不脱落。

3.6 改造施工注意事项

每个夹持器改造作业时，可采用二氧化碳气体保护焊作业，尽量减少切割、焊接变形。安装结束后要确保每个夹持器动作灵活无卡阻，夹持力进行试验满足夹持宽度在729mm时，夹持力不少于29KN要求。

4 结论

通过上述分析，可知在夹具梁上通过调整夹持器安装位置，增加动夹板曲臂支撑座尺寸，完全可满足夹持500KA炭阳极所需力矩需求和夹持空间需求，可实施改造。按照特种设备使用管理规定的要求，还需专业厂家实施，并办理相关手续。

参考文献：

[1]GB/T3811-2008《起重机设计规范》.

[2]机械电子工业部大连起重机器厂《阳极炭块堆垛起重机使用说明书》和图纸.

[3]YS/T9-2008《阳极炭块堆垛机组》.