电解槽面查烧板提升装置设计应用

祁耀山，班允涛，黄治亮

（广西金川有色金属有限公司电解厂，广西防城港 538002）

0 引言

铜电解槽面因各种因素引起阴极铜短路或板面结粒增多，结粒铜板的处理需要依靠专用吊车配套的3.2 t 电葫芦辅助吊装处理，但专用吊车需要保障出装阴极铜的生产任务，不能及时处理结粒铜板，影响产品质量及各技术指标的控制，而处理烧板时占用专用吊车，又会影响槽作业率。各冶金企业针对槽面查烧板问题开展各类技术研究，然而从现实情况看，目前的问题是各企业对槽面查烧板的处理方式及要求程度不同，很大程度上取决于各企业的工艺质量管控和技术手段。槽面阴极铜板形成烧板对质量和电耗影响很大，烧板表面结粒逐渐生长会造成其阴阳极短路，遏制铜的析出，影响企业效益。常见的冶金企业针对槽面结粒板的吊装及处理方式有2种：一是采用手动卷扬装置，需要人工在槽面上处理结粒板，2 个人配合才能挪动1 块结粒板，不仅效率低，而且人工作业强度大；二是受厂房吊装设备的配置限制，只能通过长柄扁铲在槽体内对结粒板进行处理，处理效果达不到生产质量要求且作业效率低。因此，开展查烧板处理装置的研究和设计应用，充分、合理地利用现场工况条件，提高槽面查烧板的处理效率显得尤为重要。本文对槽面结粒处理设备及工具的特点、应用范围、优势和劣势等进行综合分析，研究这些设备及工具在提升处理质量及效率方面的作用，提出一种电解槽面查烧板提升装置设计，旨在解决槽面查烧板处理方式单一、效率低、人员劳动强度大、吊装协调难等问题。

1 主要问题分析

通电解日常生产中对槽面结粒板进行处理时存在3个方面的问题。

（1）处理槽面结粒板需占用2台专用吊车的配套辅助3.2 t 电动葫芦对电解槽面结粒板进行提升处理，造成电铜出装方时，负责出装方的专用吊车只有2台，影响槽作业率和剥片机组运行效率。

（2）专用吊车在提升烧板过程中，其大车、配电柜内的电气系统、液压系统、空调系统均在运行，因此耗能较高。

（3）专用吊车连续处在出装作业和查烧板作业过程中，缺少检修时间，检修、出装作业及查烧板作业的时间冲突严重。

综上所述，目前的作业方式严重影响专用吊车利用率、剥片运行效率和出装作业率，制约了铜电解作业流程的进一步优化。为提升槽作业率及方便专用吊车点维护、检修，铜电解厂房需要增加阴极铜查烧板专用提升装置配合处理槽面结粒板，专用吊车则专用于电解槽出装作业，提高机组出装作业率和提升槽作业率。

2 改造设计方案

本次改造的总体思路是设计一种槽面结粒板的查烧板提升装置，该装置不会影响专用吊车高效、稳定地运行。经过综合分析，决定在厂房单跨槽面各安装1 套查烧板的提升装置，它可以通过在厂房二楼走道板上安装的水平轨道和小车上的悬臂提升装置吊取槽面结粒板，方便快捷，确保查出的有问题的槽面结粒板能够得到及时处理，达到电解工艺的要求。

槽面上的查烧板提升装置的安装方式为大梁横跨、单跨4 组电解槽，大车在厂房二楼走道板安装的水平轨道上东西向运行，大梁上的小车南北向运行，并且小车上的悬臂提升装置可180°旋转［1］，具备所有槽面结粒板的吊取功能。总馈供电采用“专业通用工业快插接头组合电源箱+可收缩卷筒固定软电缆”的方式接入电源箱，并采用高柔性防酸碱拖链电缆导电；此外，小车上配备220 V 和380 V 的防爆插座，满足槽面结粒板在板身结粒面积占比大、电锤作业和槽面温度高、作业时间长、人员轴流风机降温等条件下的需求。具体安装布置和结构安装方式如图1和图2 所示。

图1 提升机布置图

图2 槽面查烧板提升装置设计［2］示意图 （单位：mm）

3 方案实施

3.1 机械组件设计［2］

3.1.1 金属结构

（1）门架由箱形主梁、端梁及门腿等组成，采用Q235-B 板材，考虑到现场酸雾腐蚀性环境会对机架造成腐蚀，采用喷丸除锈并涂底漆进行防锈处理，钢板表面的除锈效果达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923）标准中的Sa2.5级。

（2）主梁的盖板与腹板拼接，对接焊缝全部采用埋弧自动焊，板厚δ大于10 m 并开坡口，焊后进行超声波或X射线探伤仪100%无损探伤。

（3）下料采用数控切割机切割，根据提升装置的不同跨度割出二次曲线、四次曲线，保证提升装置有良好的预制拱度。

（4）主梁和端梁的纵向焊缝采用微机控制的二氧化碳气体自动保护焊。

（5）桥架组装与焊接采用大型翻转工装，改立焊、仰焊为平焊，保证焊接质量。

（6）在主梁的上盖板上铺设轨道，供小车行走。主梁与端梁之间、支腿与主梁之间用高强度螺栓连接，以便安装与拆卸、维修；所有转动部位配置可拆除的防护罩。

3.1.2 起升机构

起升机构由YEP 傍磁式制动电动机、K2 齿轮式减速器、联轴器、传动轴、卷筒组、钢丝绳、吊钩组、定滑轮、悬臂架等组成。

（1）卷筒采用Q235-B 钢板卷制，采用齿轮盘接手卷筒联轴器与减速器连接，电机与减速器传动采用齿轮联轴器。

（2）钢丝绳采用6 W（19）型提升机械用钢丝绳，偏角小于3.5°，两端设大于2 圈的安全圈，采用压板与螺栓固定。

（3）吊钩起升机构设置极限位置限制器，采用断火限位开关的双保护装置。

（4）设备主起升机构采用傍磁式制动，安全系数为1.25 倍。

（5）小车吊臂水平回转机构、起升机构、吊臂与小车架采用回转支承连接，回转角度为180°，回转方向为长度较长的一侧。为方便吊臂在主梁的两侧极限位置起吊，回转方式采用手动回转并用卡槽方式进行固定。

为确保提升装置与专用吊车的运行安全，在提升装置结构尺寸设计上应充分考虑设备的本质安全及特种设备的运行安全要求，结合提升装置从轨道至专用吊车接酸盘的有效高度，设计提升装置各部位的尺寸（如图3 所示）。

图3 提升装置设计尺寸图 （单位：mm）

图3中，悬臂上端距离接酸盘安全距离为50 mm，此时为接酸盘打开状态，专用吊车正常运行时，接酸盘为闭合状态，悬臂上端距离接酸盘的安全距离为200 mm。

3.1.3 小车运行机构

小车运行采用集中驱动方式，车轮采用双轮缘结构，采用“特种双速电机+硬齿面减速机”的方式运行，2 挡调速，电磁抱闸，缓冲器采用聚氨酯缓冲器，小车悬臂梁随小车运行机构运行。

3.1.4 大车运行机构

大车运行采用分别驱动方式，车轮采用双轮缘结构，采用“特种双速电机+硬齿面减速机”的方式运行，2 挡调速，电磁抱闸，缓冲装置采用聚氨酯缓冲器，在大车两侧端梁的前、后均设置设备运行灯光报警器。

3.1.5 提升吊具

非标配置，具有良好的绝缘性，确保在进行吊装阴极板时不会出现导电现象；其材质满足《优质碳素结构钢号和一般技术条件》（GB 699—65）中规定的20 钢。所有旋转吊钩的旋转角度均为360°；滑轮采用铸钢滑轮，滑轮与钢丝绳直径比值不小于25 。提升吊具结构如图4所示。

图4 提升吊具结构示意图

3.2 载荷及走楼板承载核算

3.2.1 提升装置轨道安装

按照单台提升装置设计，在二楼电解槽之间走道上架设4台套1 t-28.76 m查烧板提升装置，单台提升装置最大轮压为40 kN。

提升装置轨道的安装方式如下：沿厂房C、D、E、F 轴线的二楼电解槽边走道板东西向按照轨道安装图用电钻钻ϕ16×100 mm 深的孔，安装轨道垫块和膨胀螺栓，按照提升机跨度定位敷设轨道，轨道与轨道的垫块之间通过满焊焊接加固，单条轨道保留2 条伸缩缝，轨道防腐采用煤焦油防腐，轨道表面采用黄色警示漆保护。轨道基础垫块图如图5所示。

图5 轨道基础垫块图

3.2.2 轨道支撑走道板梁柱承载能力核算［3］

二楼电解槽之间的走道为支撑在电解槽支架主结构上的现浇钢筋混凝土框架结构，走道设计跨度1.5 m，走道柱距为6 m，走道短柱高度为1.13 m，走道总建筑面积根据厂房电解槽布局调整。经过对结构承载进行专业计算及验算，得到以下结论。

（1）轨道布置在走道结构梁一侧，对走道板的影响有限。

（2）轨道荷载后走道梁截面为250 mm×380 mm，配筋面积计算得出结果，底部面积为522 mm²，顶部面积为601 mm²，实配钢筋型号均为3@16，大于计算配筋，实配的8@200 箍筋大于计算配箍。走道梁设计满足规范要求。

（3）轨道荷载后走道柱截面为250 mm×250 mm，计算配筋面积，边柱面积为813 mm²，中柱面积为422 mm²，实配钢筋型号均为4@14，小于计算配筋，实配的8@150 箍筋大于计算配箍。走道柱抗弯承载力满足规范要求。

若出现走道柱抗弯承载力及梁体不满足结构承载规范要求的问题，可经专业核算后与立柱厂家结合出具立柱加固设计施工图，开展设备安装施工前的加固工作。加固方案可采用粘贴碳纤维加固方式，具体施工流程为表面处理—修复找平—下料—胶料配置—粘贴碳纤维—检验—表面防护。同时，可按照最新版梁柱加固拉板试验破坏形式分类标准和抽检标准，抽检加固后的走道柱，判定走道柱的加固质量是否均符合施工质量要求。砼短柱加固平面布置图如图6所示。

图6 砼短柱加固平面布置图

3.3 电气系统设计

槽面查烧板提升装置的电气系统需结合现场进行设计，以满足现场各条件作业的需求。

3.3.1 供电设计

（1）提升装置总馈供电。考虑厂房为双跨设计，滑线在立柱上设计的安装高度较低，以及中间走道板区域作业人员手持各类长柄、扁铲等工具作业具有触电风险，因此提升装置的总馈供电并未采用常规的单极滑线或多级滑线，而是采用“专业通用工业快插接头组合电源箱+可收缩卷筒固定软电缆”的方式接入电源箱，并且采用高柔性防酸碱拖链电缆导电，以达到检修维护方便、安全可靠的目的。

（2）小车馈供电。悬臂装置长度为1 500～1 700 mm，在小车及大梁两侧各设计了防滚轮轨道和防滚轮装置，避免作业时小车倾倒。防滚轮装置占用了常规拖缆安装空间，因此小车馈供电采用半封闭式拖链（防酸、防油）的方式，采用高柔性防酸碱拖链电缆导电，并安装在大梁中间。

（3）电控箱。为进一步提高装置槽面作业的利用率，在小车一侧设计了可供作业人员取电的电控箱，提供AC380 V/AC220 V 检修防爆插座，并且在悬臂上和小车防滚轮装置上安装3 000 m3/h 的轴流风机和3.0 kN 的电锤，供槽面作业人员防暑降温和利用电锤处理结粒板板身结粒。

（4）互锁控制。结合厂房长度和作业使用需求，大车、提升装置和小车均设计双速接触器互锁控制，大车运行速度为40～10 m/min，起升速度为2.5～8 m/min；小车运行速度为3.0～10 m/min。

3.3.2 保护装置设计

为确保提升装置安全、可靠地运行，电气系统设置了短路、失压、急停、零位、电机过流、上下限位保护连锁等保护装置。

（1）总电源回路设置自动空气开关作为短路保护；在单独设置的综合配电柜中设置总电源接触器，防护等级为IP56，绝缘等级为F级。

（2）各机构控制启动和失压后恢复供电时，必须将控制手柄置于零位后，所有机构的电动机才能启动。

（3）起升机构设置上升、下降限位开关，大车、小车运行机构在两端设置限位开关；所有电气设备正常不带电的金属外壳、金属穿线管均有可靠接地。

（4）控制箱内配置总电源开关，分别引至各机构主回路和控制变压器；有线遥控和无线遥控器接收系统（通过快速插头）均配置在控制箱内，有线和无线遥控通过接触器进行互锁。

（5）电线、电缆敷设采用镀锌焊管或金属线槽的布置形式，线槽能方便地打开，以便检查线路和更换电线，电线管的两端设有护线嘴。

4 结论

本文的主要创新点在于将小车悬臂设计为一种可实现180°旋转的悬臂装置，小车两侧配置防倾倒的导向轮，小车上同步配置手动器具；设备整体供电摒弃常规滑线供电或轨道供电，采用结构简单、安全性高、维护成本低的可收缩性固定软电缆供电方式；为避免吊具吊装极板时出现打火问题，提高设备整体绝缘性，吊具的结构设计采用结缘方式。查烧板提升装置不仅操作简单、方便快捷，而且缩短了结粒板从槽面吊至走道板区域再处理的时间，提高了槽内结粒板的处理效率。同时，查烧板提升装置的应用有效解决了专用吊车即要出装又要处理查烧板的问题，提升了专用吊车的作业效率，能更有效地满足与机组的匹配化生产，为产能提升及挖潜增效奠定基础。