铝电解母线提升机安全性提升的技术改造

车占鹏

摘要：电解生产有很多工作。其中最重要的一项工作就是抬升母线，由于电解槽上安装的阳极逐步消耗。与挂装阳极组的槽两侧的阳极水平母线随之逐步下降。所以需要定期将该水平母线抬高。专用的母线提升装置就是实现母线抬高任务的。抬升阳极母线每天都在进行，需要几个工人同时协作并且速度要快，这项工作看似简单其实蕴含着极大的事故隐患。主要是在抬母线过程中电解槽来效应或母线提升机抱腿顶不紧导杆与阳极，槽电压电压升高，若不及时处理会将造成电解槽系列停电。

关键词：母线提升装置;事故隐患

1.    前言

电解槽在抬母线作业时阳极导杆和母线压接在一起，电流通过压接面进行导电。这时如果压接面脱离，便会出现系列断电。给电解生产带来重大损失。也就是说，在抬母线作业时整个电解系列的安全维系在一根气管上。

某铝厂2008年元月2 日抬母线作业时便因抬母线框架主气管断气，造成上气缸失压。引起铝导杆与母线压接面脱离，最后导致打火严重，铝导杆脱落，引起系列停电，造成重大经济损失。

2.    现状

母线提升框架提升母线，工作原理为：第一在手动控制盒上动作气动按扭，气动换向阀动作。气路给夹紧薄膜气缸供风。气缸动作压缩弹簧，夹具打开，夹具导人阳极导杆中：然后动作气动按钮，换向阀动作切断气路。弹簧涨开，阳极导杆靠弹簧弹力夹紧：第二动作另外一个气动按钮。换向阀动作。气路畅通抱紧薄膜气缸动作。推动母线提升机抱腿，松开小盒夹具抱腿抱紧阳极导杆与母线紧密接触抬升母;母线提升完后拧紧小盒夹具，动作气动按钮，换向阀动作切断气路，薄膜气缸动作排风松开抱腿，提升母线结束。这样在提升母线过程中存在一种很大安全隐患，就是抱腿在抱紧阳极导杆与母线接触时，始终要用压缩空气顶紧阳极导杆与阳极大母线紧密接触，来保证在抬升母线过程中槽电压保持平稳，但在抬母线过程中有可能会发生风管突然爆裂或停风，风源一但停止抱紧薄膜气缸迅速动作，快速排风阀迅速排风（1分钟之内全部排完），抱腿松开，阳极导杆与阳极母线接触面分离，槽电压迅速升高，这时必须尽快拧紧小盒夹具，一般情况操作工不能及时把28组小壳夹具全部扭紧，需要一些时间（大约5分钟左右），随着时间的加长槽电压升高会发生使短路口爆炸造成系列停电。

3.    改造方案

我单位母线提升装置的原设计方案，是在母线框架侧面安装齿条，通过气动马达带动齿轮在齿条上行走，然后驱动拧紧装置机架。拧紧装置起到对小盒卡具拧紧和拧松的作用。齿轮和齿条起到行走的作用，升降气缸起到拧紧装置升降的作用。薄膜气缸通气动作，抱腿抱紧阳极导杆与铝母线紧密接触，进行抬母线。而所有动作均采用气控换向阀对其控制。

所使用的拧紧装置行走马达和拧紧马达均采用英格索兰4048U2马达其在0.6MPa压力下所能提供的拧紧力仅能达到350N*M。其用在行走机构上可以完全满足需求。但若用在拧紧装置上远远达不到小盒卡具拧紧所需要的2000N*M。所以各铝厂均采用马达拧紧和人工复紧相结合的操作办法。

3.1  上部气缸更换为弹簧气缸

弹簧气缸在不通气的状态下起到压紧铝导杆和铝母线的作用，通气状态下使铝导杆夹紧装置处于自由状态。与普通气缸正好相反。故而避免了因气路故障而引起铝导杆与铝母线脱离的事故。

目前我单位所采用上部气缸为薄膜气缸缸径为160mm，在额定压力0.6MPa，其可以提供的压力为：

F0.6×106×3.14×（0.16÷2）2≈12200（N）（1—1）

改造为弹簧气缸后为了保障弹簧弹力能满足要求，所提供额定弹簧力为：

12200×120%=14600（N）（1—2）

将弹簧气缸缸径增加到180mm。其可提供的恢复力为：F0.6×106×3.14×（0.18÷2）2≈15200（N）（1—3）

大于额定弹簧力，其中F为活塞杆提供的压力、为气体压强、为活塞面积、为活塞半径。

3.2  增加增压设备

鉴于目前我单位地面风压力最高只有0.48Mpa，达不到弹簧气缸使用的额定压力0.6Mpa，所以设计增加1 台增压器。

增压器是采用大直径气体驱动活塞与小直径加压活塞连接在一起的结构，利用两个活塞的面积比产生压力比，可以使原有压力增加1 倍以上，可以满足我们的使用要求。

3.3  改装风炮扳手

风炮扳手是结合原有装置的优点，并根据风炮的工作原理，把原有拧紧装置靠马达的拧紧力，改为靠旋转冲击力来完成小盒卡具的拧紧工作。其最大拧紧力矩可达到3200N*M（0.6MPa压力）。远超小盒卡具拧紧所需要的2000N*M。

4.    结束语

通过技术改造提升了母线提升作业的安全性，母线提升作业时电解槽槽电压更稳定（由于上部摆紧弹簧气缸抱紧力更稳定），有效防止了抬母线时宊发效应;母线提升过程中上部摆紧弹簧气缸处于断气状态，有效解决了因天车空压机宊然断气造成阳极导杆压不紧水平母线而发生重大安全事故的隱患，比改造前更加安全可靠;风炮扳手拧紧力比原有马达拧紧力大，可降低阳极导杆压降;改造后在操作及维修方面与改造前没有差别。

参考文献：

[1]梁伟，提高阳极母线提升机安全运行.科技向导，18期（卷），2012年

[2]殷华彬，电解厂母线提升机改造技术协议及方案.中铝青海分公司电解厂，2019年

车占鹏

摘要：电解生产有很多工作。其中最重要的一项工作就是抬升母线，由于电解槽上安装的阳极逐步消耗。与挂装阳极组的槽两侧的阳极水平母线随之逐步下降。所以需要定期将该水平母线抬高。专用的母线提升装置就是实现母线抬高任务的。抬升阳极母线每天都在进行，需要几个工人同时协作并且速度要快，这项工作看似简单其实蕴含着极大的事故隐患。主要是在抬母线过程中电解槽来效应或母线提升机抱腿顶不紧导杆与阳极，槽电压电压升高，若不及时处理会将造成电解槽系列停电。

关键词：母线提升装置;事故隐患

1.    前言

电解槽在抬母线作业时阳极导杆和母线压接在一起，电流通过压接面进行导电。这时如果压接面脱离，便会出现系列断电。给电解生产带来重大损失。也就是说，在抬母线作业时整个电解系列的安全维系在一根气管上。

某铝厂2008年元月2 日抬母线作业时便因抬母线框架主气管断气，造成上气缸失压。引起铝导杆与母线压接面脱离，最后导致打火严重，铝导杆脱落，引起系列停电，造成重大经济损失。

2.    现状

母线提升框架提升母线，工作原理为：第一在手动控制盒上动作气动按扭，气动换向阀动作。气路给夹紧薄膜气缸供风。气缸动作压缩弹簧，夹具打开，夹具导人阳极导杆中：然后动作气动按钮，换向阀动作切断气路。弹簧涨开，阳极导杆靠弹簧弹力夹紧：第二动作另外一个气动按钮。换向阀动作。气路畅通抱紧薄膜气缸动作。推动母线提升机抱腿，松开小盒夹具抱腿抱紧阳极导杆与母线紧密接触抬升母;母线提升完后拧紧小盒夹具，动作气动按钮，换向阀动作切断气路，薄膜气缸动作排风松开抱腿，提升母线结束。这样在提升母线过程中存在一种很大安全隐患，就是抱腿在抱紧阳极导杆与母线接触时，始终要用压缩空气顶紧阳极导杆与阳极大母线紧密接触，来保证在抬升母线过程中槽电压保持平稳，但在抬母线过程中有可能会发生风管突然爆裂或停风，风源一但停止抱紧薄膜气缸迅速动作，快速排风阀迅速排风（1分钟之内全部排完），抱腿松开，阳极导杆与阳极母线接触面分离，槽电压迅速升高，这时必须尽快拧紧小盒夹具，一般情况操作工不能及时把28组小壳夹具全部扭紧，需要一些时间（大约5分钟左右），随着时间的加长槽电压升高会发生使短路口爆炸造成系列停电。

3.    改造方案

我单位母线提升装置的原设计方案，是在母线框架侧面安装齿条，通过气动马达带动齿轮在齿条上行走，然后驱动拧紧装置机架。拧紧装置起到对小盒卡具拧紧和拧松的作用。齿轮和齿条起到行走的作用，升降气缸起到拧紧装置升降的作用。薄膜气缸通气动作，抱腿抱紧阳极导杆与铝母线紧密接触，进行抬母线。而所有动作均采用气控换向阀对其控制。

所使用的拧紧装置行走马达和拧紧马达均采用英格索兰4048U2马达其在0.6MPa压力下所能提供的拧紧力仅能达到350N*M。其用在行走机构上可以完全满足需求。但若用在拧紧装置上远远达不到小盒卡具拧紧所需要的2000N*M。所以各铝厂均采用马达拧紧和人工复紧相结合的操作办法。

3.1  上部气缸更换为弹簧气缸

弹簧气缸在不通气的状态下起到压紧铝导杆和铝母线的作用，通气状态下使铝导杆夹紧装置处于自由状态。与普通气缸正好相反。故而避免了因气路故障而引起铝导杆与铝母线脱离的事故。

目前我单位所采用上部气缸为薄膜气缸缸径为160mm，在额定压力0.6MPa，其可以提供的压力为：

F0.6×106×3.14×（0.16÷2）2≈12200（N）（1—1）

改造为弹簧气缸后为了保障弹簧弹力能满足要求，所提供额定弹簧力为：

12200×120%=14600（N）（1—2）

将弹簧气缸缸径增加到180mm。其可提供的恢复力为：F0.6×106×3.14×（0.18÷2）2≈15200（N）（1—3）

大于额定弹簧力，其中F为活塞杆提供的压力、为气体压强、为活塞面积、为活塞半径。

3.2  增加增压设备

鉴于目前我单位地面风压力最高只有0.48Mpa，达不到弹簧气缸使用的额定压力0.6Mpa，所以设计增加1 台增压器。

增压器是采用大直径气体驱动活塞与小直径加压活塞连接在一起的结构，利用两个活塞的面积比产生压力比，可以使原有压力增加1 倍以上，可以满足我们的使用要求。

3.3  改装风炮扳手

风炮扳手是结合原有装置的优点，并根据风炮的工作原理，把原有拧紧装置靠马达的拧紧力，改为靠旋转冲击力来完成小盒卡具的拧紧工作。其最大拧紧力矩可达到3200N*M（0.6MPa压力）。远超小盒卡具拧紧所需要的2000N*M。

4.    结束语

通过技术改造提升了母线提升作业的安全性，母线提升作业时电解槽槽电压更稳定（由于上部摆紧弹簧气缸抱紧力更稳定），有效防止了抬母线时宊发效应;母线提升过程中上部摆紧弹簧气缸处于断气状态，有效解决了因天车空压机宊然断气造成阳极导杆压不紧水平母线而发生重大安全事故的隱患，比改造前更加安全可靠;风炮扳手拧紧力比原有马达拧紧力大，可降低阳极导杆压降;改造后在操作及维修方面与改造前没有差别。

参考文献：

[1]梁伟，提高阳极母线提升机安全运行.科技向导，18期（卷），2012年

[2]殷华彬，电解厂母线提升机改造技术协议及方案.中铝青海分公司电解厂，2019年