铝冶炼多功能天车的大修及改造分析

陈铁军

(株洲天桥起重机股份有限公司， 湖南 株洲 412000)

1 背景介绍

20世纪80年代以来，铝冶炼电解槽技术不断突破技术壁垒，发展迅速，电解槽电流由100～150 kA增加到21世纪的500～600 kA，且每吨铝电能能耗逐步降低至12 800 kW·h以下，电流效率逐步提高到96%以上[1]。一段时间内，部分地区政府为发展经济，采取各种优惠措施，鼓励电解铝投资项目，在诸多因素的作用下，我国电解铝新建项目迅速增加，铝冶炼多功能起重机的市场需求旺盛，铝冶炼多功能生产制造厂家应接不暇。

近些年来，随着原铝产量急速增长，造成电解铝产能已经出现阶段性过剩，为保持健康发展的电解铝工业，国家实行一系列宏观调控政策，其中确保完成任务有：“稳定国内市场，改善出口环境；严格控制总量，加快淘汰落后产能；加强技术改造，推动技术进步[1]。”此时，铝冶炼多功能生产制造厂家抓住机遇，紧跟政策调控，纷纷进军国外电解铝市场和国内维保、大修及改造板块业务，弥补市场空白。

2 铝冶炼多功能天车的日常维保

日常维护和保养是铝冶炼专用起重机可靠运行的前提，是为消除不正常状态进行的一种预防性的维护保养，是铝冶炼专用起重机在使用寿命期限内性能充分发挥的基础。日常维保主要包括交接班检查、定期检查(周检、月检、半年检、年检)、润滑油加注和更换，通常由业主的使用或维修人员完成。

维保的主要项点包括：检查传动机构是否有异响、松动；钢结构有无变形、开裂、连接和耳板、导轨、车轮等磨损腐蚀情况；接触器、控制器的接触和腐蚀情况，是否有烧焦味；绝缘是否正常；制动器闸瓦磨损情况；钢丝绳有无磨损过度现象、压板紧固情况；各仪表、指示器、指示灯是否正常；各安全装置是否正常起作用；各减速机及润滑油的油质油量；液压气动油缸气缸及油管气管接头密封、各类电磁阀动作正常；移动电缆、空调等设备或元件工作状态。

3 铝冶炼多功能天车的大修

铝冶炼多功能起重机在运行3～5年后，需要对机组进行大修，大修主要检查各重要部件磨损情况并及时做出调整，清洗更换不良件和损坏件，确保机组处于良好的工作状态。

大修的主要项点包括：校正天车构架尺寸，进行修复或更换；对传动、液压、气动(含空压机)系统及轴承进行解体清洗或更换、拆卸下大小车行走机构、出铝起升机构、葫芦升降、操纵室回转机构，清洗零部件、更换磨损件、超标钢丝绳、更换或调整制动片；拆卸下工具车的打壳机构、阳极机构、捞渣机构、下料机构、工具回转机构，检查齿轮轴承磨损、校正垂直度和平面度、更换连接螺栓及磨损件；电气系统进行彻底整修与更换(包括灭火器)，对属于淘汰的高能低效、性能差的部件、零件必须进行更新；更换绝缘件；根据实际情况和安全规范、工艺进行结构件油漆配漆刷漆。

大修还需要根据设备运行、点检记录、维护有关标准、部件使用寿命周期制定，其须制定对应的安全协议、检修方案、检修进度表；主梁、电葫芦大修需报国家质检部门检测合格。

4 铝冶炼多功能天车的改造

铝冶炼的新工艺、新技术、新设备、新材料的不断涌现和应用，使技术寿命周期愈来愈短，铝冶炼多功能天车是电解工艺中关键设备，其工作效率对铝生产环节的节能减排有着举足轻重的作用，因整个电解铝生产车间及其服务的铝冶炼多功能天车价值较高，业主通常根据生产需要进行必要的改造，达到以小成本、小改动提升设备性能，完善工艺提高整个工艺生产效率。目前铝冶炼实际改造市场中，根据改造的性质，大致可分为以下几类。

4.1 功能改造

功能改造主要将铝冶炼多功能天车在投产之初受技术水平、投资控制、生产工艺限制影响而未考虑的功能通过改造的方式增加完善，主要包括：增加捞渣功能改造(包括将葫芦升降捞渣改造成油缸升降捞渣)、单料仓改双料仓改造、增加阳极自动测高改造、精准出铝系统改造、新增揭槽盖功能改造、全功能遥控控制改造、吸卸料收尘改造等。通过以上增加的功能，可以改善操作工环境、减少操作劳动强度 ，提高控制精度和生产效率。

4.2 技术升级改造

技术升级改造主要从使用维护的经济性考虑，将铝冶炼多功能天车上落后的、性能差的、能耗高的、备件采购周期长价格高的配套的电气元件或外购设备进行升级换代，主要包括：PLC控制系统(包括通讯网络)升级改造、变频器控制改造、机械平移捞渣抓斗改造、遥控器网络通讯改造、半自动化运行改造等。

图1 淘汰控制系统

图2 改造后控制系统

4.3 提高安全性能改造

提高安全性能改造主要借鉴冶金行业发生的质量事故经验或国家或行业标准要求提高而进行的升级改造：增加安全监控系统造；起重机滑线设置专门接地极改造；增加安全制动器改造等。

4.4 政策原因引起的搬迁改造

铝冶炼行业属于高能耗、高污染行业，与国家及地方政策息息相关，由于地方政府及国家政策或企业融资并购等影响，部分企业进行设备的异地搬迁及改造。如2016年抚顺铝业项目整体搬迁到包头铝业、魏桥铝业部分系列拟搬迁改造到内蒙创元、新疆其亚铝业搬迁至云南文山、河南中孚铝业搬迁到四川广元等。

4.5 其他原因

由于铝冶炼各厂家自身生产工艺及使用维护习惯或技术擅长不一致、新车安装初期缺陷造成故障率高、业主个性化要求、环保升级等原因进行的改造。如：移动供电拖链方式改滑车方式或滑车方式改拖链方式、工具回转驱动由液压泵改电机+变频驱动、下料管改造成变频驱动、下料收尘改造等。

4.6 国内使用的国外制造设备改造

最晚进入国内市场的ECLNOLL铝冶炼设备已有十多年，结构件都面临第二次以上大修，配套设备都面临更换，而国外设备厂家备件保养和维护费用高、供货周期长(半年以上)，使用单位从使用经济性考虑，迫切需要改造。如山西华泽铝焙烧夹具改造、广西苹果铝焙烧项目改造、四川眉山电解项目改造等。

4.7 国外铝冶炼项目的改造

国外铝冶炼项目建设较早，大多数已经30年以上，受电解电流小、技术老旧、效率低下、设备已达使用寿命年限，冶炼工艺及铝冶炼设备都面临着大规模升级改造。如意大利165 kA铝冶炼电解槽及电解车项目改造、印尼170 kA铝冶炼电解槽及电解车升级改造。

图3 印尼项目现场旧设备

图4 意大利项目现场旧设备

5 铝冶炼多功能改造实施及面临风险

5.1 改造项目实施

改造项目实施阶段包括技术准备、方案设计、施工图设计、改制或新制、现场改造施工、验收等环节。因其厂房建设和设备使用时间久、资料缺失或变更、维护保养不合理等不确定因素的特点，使得在技术准备阶段尤为重要，其次施工图设计、现场改造施工环节，参与人员必须具备丰富的设计或现场安装维护使用经验，改造项目才得以安全、经济、有效的完成。

图5 改造项目实施流程

5.2 改造面临的风险

改造项目都是在已生产的厂房改造修理原有铝冶炼多功能设备或整体重新设计更换新设备，相比新建项目，改造项目在实施流程中将面临着更多的技术风险、组织风险、安全风险、合同风险，部分细节如下：施工环境恶劣时间空间受限、厂房结构及承压有限、检修平台及检修转运系统利旧受限、装机容量受限、现场改造过程中零件利旧的不确定性等不利条件。

施工环境恶劣时间空间受限：腐蚀气体及灰尘重、磁场大焊接困难、改造施工与车间工作交叉影响，作业施工难度大、施工人员组织和安排不确定性、施工周期难以控制。

厂房结构及承压受限：原有项目的厂房结构设计条件为改造前配套设备的提资(特别是原有设备为国外厂商制造的铝冶炼多功能天车)，对于改造后需要增加新功能或加大性能参数的新车，受厂房承压和尺寸限制，非标工作量大，设计困难，部分项目甚至牺牲功能及操作便利性仍无法满足要求。

检修平台、车间转运系统限制：国外项目的设计对于铝冶炼设备的维护维修考虑十分完善，在车间设置有各种周检、月检、年检的各种便利性平台，设置有专门的检修车间及转运系统，甚至配备中央空调，改造成新车后，由于设计理念及结构形式的区别，原有的各种检修平台很难利用，涉及改造平台后，成本剧增，有些分步实施改造的，新老交替周期长，给业主的检修带来很多困扰，甚至根本不接受。

装机容量受限：部分老车间增加新的铝冶炼设备后，原来车间供电滑线、变压器、车间配电线路容量不够，整体更换成本极大，严重影响业主改造的性价比。

现场改造零件利旧：判断零件利旧与否以及改造拆卸过程是否会造成新的零件损坏，是整个改造过程的难点重点，其准确性直接影响到项目的成本和改造施工进度，目前大多数改造项目采用非固定总价合同，明确改造项点内容，规避不确定性风险。

另外，出口国外的改造项目还面临铝冶炼设备配套的外购件厂家实力不强，技术更新落后，质量不稳定，问题较多，影响整体质量，且厂家自身信心不足，技术改进乏力，产品出口意愿不强烈等困难。

6 未来改造市场趋势

全世界2019年度公布数据原铝产量数据约为6 369.7万t，分布在世界各地，其中中国产量3 510.3万t，约占世界原铝总产量的55.1%。

6.1 国外市场

与中国新建的大电流电解槽项目特征相比，国外电解铝项目主要为200 kA左右电流，建设年代为20世纪70、80年代的小型槽，其生产效率已低于中国，且使用的铝冶炼设备都已超寿命周期服役，从安全和经济性考虑，都必须进行改造升级更换。按照国外总原铝产量与中国相当，单槽出铝量(单日单槽出铝量=电流效率×电化学当量×电流强度×24小时)远低于中国，其生产的电解槽数量和铝冶炼设备比国内多，推断其铝冶炼多功能存量市场至少1 500台以上，改造整体更换市场巨大。目前已签订的意大利项目改造和在谈判的印尼项目改造都属于此类改造。

6.2 国内市场

国内市场的铝冶炼设备大多服役周期短，在允许的寿命周期内，改造市场主要为局部功能改造、控制系统技术升级改造、安全性改造、搬迁改造，其中技术性升级改造和搬迁改造占比较大。虽然改造为局部改造，但因铝冶炼设备存量市场大，所以前景较好。目前主要铝冶炼设备制造厂家成立了专门的维保及改造队伍，相对于铝冶炼设备使用厂家的自备队伍，具有更专业、施工效率高、维修改造质量更可靠，其不但节约改造零件成本，同时节约改造实施时间，给铝冶炼生产带来更高的效率。