劉兵

生陽極炭塊編組機(jī)組的探討

劉兵

(貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州貴陽550081)

通過對(duì)生陽極炭塊編組機(jī)組發(fā)展歷程的追蹤，闡述了各階段生陽極炭塊編組機(jī)組的基本組成、順序及對(duì)影響該機(jī)組適應(yīng)性的關(guān)鍵設(shè)備的創(chuàng)新。

生陽極炭塊;炭塊編組;編組機(jī)組設(shè)計(jì)

0 引言

在電解鋁行業(yè)中，陽極擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色。最初焙燒爐內(nèi)生陽極炭塊采用臥式的放置方式，由焙燒天車將放置在爐間輸送機(jī)上的炭塊夾持放入焙燒爐內(nèi);炭塊焙燒好后，再由焙燒天車將炭塊夾出焙燒爐放在爐間輸送機(jī)上。20世紀(jì)90年代末，隨著焙燒爐內(nèi)生陽極炭塊由臥裝改為豎裝，誕生了地面編解組機(jī)組。該生產(chǎn)線是豎裝陽極焙燒爐生產(chǎn)作業(yè)所需的專有大型機(jī)組，1997年由GAMI開發(fā)設(shè)計(jì)完成了地面編解組機(jī)組，具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，國產(chǎn)化率達(dá)到100%。用于國內(nèi)幾乎所有的新建陽極焙燒系統(tǒng)和改造工程，其中有:貴州鋁廠、白銀鋁廠、青海鋁廠、青銅峽鋁廠等工程。并由于在貴州鋁廠項(xiàng)目中的初次成功運(yùn)用，獲得1999年度有色金屬建設(shè)協(xié)會(huì)首次優(yōu)秀非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)創(chuàng)新二等獎(jiǎng)。

生陽極炭塊編組機(jī)組為了適應(yīng)炭塊轉(zhuǎn)運(yùn)倉庫存儲(chǔ)的需要發(fā)生了革命性的變化，其具體表現(xiàn)在炭塊出倉庫的方式由縱向輸送變?yōu)闄M向輸送。

1 生陽極炭塊編組機(jī)組的設(shè)計(jì)

生陽極炭塊編組機(jī)組是對(duì)來自炭塊倉庫的生陽極炭塊進(jìn)行編組操作，完成兩組陽極炭塊(7塊/組)豎裝編組。編組生產(chǎn)工藝原理見圖1。

生陽極炭塊編組機(jī)組中相關(guān)設(shè)備的中心距與焙燒多功能機(jī)組中雙聯(lián)夾具中心間距保持一致，從而配合了焙燒多功能機(jī)組的雙聯(lián)夾具的高效運(yùn)行，一次操作可夾取14塊陽極塊，從而減少了焙燒多功能機(jī)組的雙聯(lián)夾具重復(fù)運(yùn)行的操作時(shí)間，提高了陽極塊對(duì)爐室的定位精度，大大減少了爐口面的破損。

生陽極炭塊編組機(jī)組中，采用了步進(jìn)輸送編組方式，從而縮短了陽極塊直立后的物料流程，提高了工作效率，同時(shí)減少了陽極塊傾翻的可能，完成兩組陽極炭塊的編組時(shí)間≤10 min，提高了工作效率，完全滿足新型陽極焙燒系統(tǒng)高效節(jié)能的生產(chǎn)工藝要求。

采用了先進(jìn)的控制技術(shù)，整個(gè)機(jī)組通過PLC可編程控制器，可在全自動(dòng)的狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)便于故障的查找和排除;對(duì)于炭塊在整個(gè)操作過程中的定位問題，采用“三合一”電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓傳動(dòng)相結(jié)合的方式，提高了操作定位的精度。

該機(jī)組是一條生產(chǎn)線，是由鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、輥式輸送機(jī)、推料機(jī)1#、推料機(jī)2#、水平回轉(zhuǎn)臺(tái)、垂直翻轉(zhuǎn)裝置、步進(jìn)機(jī)、液壓系統(tǒng)等組成，其工藝配置見圖2。這種配置的生陽極炭塊編組機(jī)組是為了適應(yīng)長方向輸送炭塊而設(shè)置的。當(dāng)時(shí)碳素廠的產(chǎn)能比較小，所以在18 m寬跨度的炭塊倉庫中陽極炭塊是縱向10塊堆存，每臺(tái)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的長度與廠房的寬度相同，這樣每次可將10塊炭塊放在鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)上。在這些設(shè)備中生陽極炭塊輸送機(jī)(鏈?zhǔn)胶洼伿?、水平回轉(zhuǎn)臺(tái)和垂直翻轉(zhuǎn)裝置是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，推料機(jī)1#、推料機(jī)2#和步進(jìn)移動(dòng)臺(tái)車是由液壓缸推動(dòng)。

圖2 生陽極炭塊編組機(jī)組(原)Fig.2 Green Anode Carbon Block Organizing Unit(Original)

此生陽極炭塊編組機(jī)組的動(dòng)作順序如下:當(dāng)倉庫內(nèi)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)(一)，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)(二)和鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)(三)(一般情況下，炭塊倉庫有三跨廠房)上無炭塊時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)(蜂鳴及信號(hào)指示)，通知倉庫內(nèi)堆垛天車操作人員及時(shí)夾放生陽極炭塊組(十塊/組)，待三臺(tái)輸送機(jī)上放入炭塊后輸送機(jī)處于等待狀態(tài)。

當(dāng)編組機(jī)組啟動(dòng)后，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)(一)運(yùn)行，炭塊組運(yùn)行至輥式輸送機(jī)前時(shí)，啟動(dòng)編組機(jī)組中的輥式輸送機(jī)，通過PLC的控制，炭塊被間斷輸送進(jìn)入編組機(jī)組。當(dāng)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)(一)上最后一塊炭塊離開后，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)(二)運(yùn)行，炭塊組通過鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)(一)，運(yùn)行至輥式輸送機(jī)前，再通過PLC的控制，炭塊被間斷輸送進(jìn)入編組機(jī)組。同理鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)(三)。當(dāng)三個(gè)炭塊組的最后一塊炭塊進(jìn)入輥式輸送機(jī)后，三條鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的電機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出信號(hào)，通知倉庫內(nèi)堆垛天車操作人員及時(shí)夾放炭塊組。

當(dāng)炭塊到達(dá)輥式輸送機(jī)末端，1#推料裝置油缸動(dòng)作，將輥式輸送機(jī)上的炭塊推至水平回轉(zhuǎn)臺(tái)上，油缸到位后即返回。當(dāng)水平回轉(zhuǎn)臺(tái)上檢測到有炭塊后，水平回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)90°后停止，則2#推料裝置油缸動(dòng)作，將炭塊推至入口平臺(tái)處，并將垂直翻轉(zhuǎn)裝置中已翻轉(zhuǎn)好的炭塊推入步進(jìn)機(jī)入口端，垂直翻轉(zhuǎn)裝置電機(jī)啟動(dòng)，垂直翻轉(zhuǎn)裝置作±90°旋轉(zhuǎn)到位后停止。

當(dāng)垂直翻轉(zhuǎn)裝置中已翻轉(zhuǎn)好的炭塊被推入步進(jìn)機(jī)到位后，步進(jìn)機(jī)升降油缸伸出，活動(dòng)軌道上升，然后軌道水平移動(dòng)油缸動(dòng)作，活動(dòng)軌道水平前進(jìn)，到位后，升降油缸縮回，軌道下降到位，水平移動(dòng)油缸返回到位。按上述動(dòng)作循環(huán)操作7次，直到步進(jìn)移動(dòng)臺(tái)車末端有炭塊，即完成7塊炭塊的豎裝編組操作。

當(dāng)完成一組炭塊的編組操作后，步進(jìn)機(jī)橫向移動(dòng)油缸前進(jìn)，該線入口端移至垂直翻轉(zhuǎn)裝置出口處，完成相同的操作步驟，此時(shí)該線編組操作完成。整個(gè)生塊編組生產(chǎn)線操作全部停止，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知焙燒多功能機(jī)組夾取兩組共14塊炭塊。當(dāng)焙燒多功能機(jī)組進(jìn)入編組區(qū)內(nèi)夾取炭塊時(shí)，焙燒多功能機(jī)組端梁上安裝的感應(yīng)開關(guān)與焙燒廠房內(nèi)天車軌道上安裝的感應(yīng)開關(guān)(由焙燒多功能機(jī)組配帶)對(duì)位復(fù)合后，地面編組設(shè)備不能進(jìn)行操作;待焙燒多功能機(jī)組離開后，感應(yīng)開關(guān)解除對(duì)位，生陽極炭塊編組機(jī)組設(shè)備方可運(yùn)行。

2 生陽極炭塊編組機(jī)組的發(fā)展

隨著碳素廠產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，要求相同的炭塊倉庫中可以擺放更多的陽極炭塊，因此炭塊的擺放方式也發(fā)生了革命性的變化。即將縱向擺放的炭塊旋轉(zhuǎn)90°變?yōu)闄M向擺放，這樣在18 m寬跨度的范圍內(nèi)，擺放的炭塊就由10塊變成了18～21塊，庫容量增大了許多。所以生陽極炭塊編組機(jī)組的配置也相應(yīng)發(fā)生了一些變化，見圖3。

圖3 生陽極炭塊編組機(jī)組(改進(jìn)后)Fig.3 Green Anode Carbon Block Organizing Unit(Improved)

在圖3的配置之中由于陽極炭塊是橫向輸送過來的，因此取消了水平回轉(zhuǎn)臺(tái)這個(gè)設(shè)備，而把垂直翻轉(zhuǎn)裝置入口處進(jìn)行了一些變動(dòng)來適應(yīng)這個(gè)配置上的變化。

由于近幾年隨著電解鋁廠產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，有很多電解鋁廠的各個(gè)車間是在不同時(shí)期建成的，其電解槽的規(guī)格也不盡相同，也因此造成所需陽極炭塊的尺寸各不相同。所以作為焙燒車間主要設(shè)備的生陽極炭塊編組機(jī)組就要適應(yīng)這種變化，即要從滿足單一尺寸規(guī)格炭塊到滿足多規(guī)格尺寸炭塊需求。

根據(jù)不斷的發(fā)展形勢，我們對(duì)生陽極炭塊編組機(jī)組的配置進(jìn)行了一些比較大的改進(jìn)，見圖4。

新機(jī)組是由鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、輥式輸送機(jī)、炭塊輸送機(jī)(帶十字轉(zhuǎn)向)、推料機(jī)1#、推料機(jī)2#、傾翻裝置、回轉(zhuǎn)裝置、步進(jìn)機(jī)、液壓系統(tǒng)等組成。鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)和輥式輸送機(jī)圖中沒有表示，與原配置一樣鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)位于炭塊倉庫內(nèi)，輥式輸送機(jī)承接鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)和炭塊輸送機(jī)。當(dāng)炭塊橫向輸送到炭塊輸送機(jī)上時(shí)，其上的十字轉(zhuǎn)向裝置將炭塊旋轉(zhuǎn)90°變?yōu)榭v向擺放，當(dāng)炭塊到達(dá)炭塊輸送機(jī)末端，傾翻裝置上的電機(jī)啟動(dòng)，將炭塊用輥?zhàn)訋У絻A翻裝置的端部，傾翻裝置上的油缸動(dòng)作，將炭塊傾翻變?yōu)橹绷?，然?#推料機(jī)油缸動(dòng)作，將傾翻裝置上的炭塊推至回轉(zhuǎn)裝置上，接著回轉(zhuǎn)裝置上的電機(jī)啟動(dòng)，回轉(zhuǎn)裝置作±90°回轉(zhuǎn)。當(dāng)步進(jìn)機(jī)入口端空位時(shí)，則步進(jìn)機(jī)上的電機(jī)和2#推料機(jī)油缸動(dòng)作，將炭塊推至步進(jìn)機(jī)入口端空位，然后炭塊在步進(jìn)機(jī)上的輥?zhàn)拥膸?dòng)下繼續(xù)前進(jìn)一個(gè)工位。按上述動(dòng)作循環(huán)操作7次，即完成7塊炭塊的豎裝編組操作。

圖4 新生陽極炭塊編組機(jī)組Fig.4 New Green Anode Carbon Block Organizing Unit

2.1 單體設(shè)備的改變

隨著炭塊規(guī)格的多樣化，垂直翻轉(zhuǎn)裝置已不能滿足生產(chǎn)的要求，為此設(shè)計(jì)了傾翻裝置和回轉(zhuǎn)裝置取代垂直翻轉(zhuǎn)裝置。

垂直翻轉(zhuǎn)裝置的作用是將從倉庫里輸送出來的生陽極炭塊翻轉(zhuǎn)90°，從平放(碳碗面水平)變成立放(碳碗面垂直于地面)，見圖5。由于垂直翻轉(zhuǎn)裝置本身的局限性，整個(gè)機(jī)組的輸送設(shè)備(從倉庫的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)到垂直翻轉(zhuǎn)裝置前的輥式輸送機(jī))的炭塊底標(biāo)高為1 750 mm，而焙燒爐內(nèi)炭塊的底標(biāo)高才1 235 mm。另外由于翻轉(zhuǎn)架的尺寸一定，能放入的炭塊最大尺寸就確定了。如果炭塊長度大了，炭塊就放不進(jìn)翻轉(zhuǎn)架裝炭塊的框。如果炭塊長度比翻轉(zhuǎn)架裝炭塊的框的尺寸小得比較多，當(dāng)炭塊從水平翻轉(zhuǎn)到垂直的過程中，炭塊會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，炭塊的端部就會(huì)與翻轉(zhuǎn)架發(fā)生碰撞。如果碰撞經(jīng)常發(fā)生，會(huì)令設(shè)備本身造成損壞。另外此設(shè)備翻轉(zhuǎn)架的翻轉(zhuǎn)是由小齒輪和大齒圈完成的，這種尺寸下的大齒圈的價(jià)格是非常昂貴的。

圖5 垂直翻轉(zhuǎn)裝置Fig.5 Vertical Overturning Device

傾翻裝置的功能與垂直翻轉(zhuǎn)裝置的一樣，都是令炭塊從水平傾翻到垂直位置。但其結(jié)構(gòu)完全不同，傾翻裝置的炭塊翻轉(zhuǎn)工作位置見圖6。傾翻裝置主要由機(jī)架1、機(jī)架2、傾翻架、油缸以及電機(jī)減速機(jī)等組成。翻轉(zhuǎn)架與機(jī)架1鉸鏈連接;一端與油缸推頭鉸鏈連接;另一端自由，自由端可平放在機(jī)架2上;油缸與機(jī)架2上的油缸支座鉸鏈連接，活塞桿推頭與翻轉(zhuǎn)架一端鉸鏈連接。機(jī)架1和機(jī)架2固定于地面。傾翻架用于裝載炭塊，其上有輥?zhàn)樱佔(zhàn)佑呻姍C(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，油缸的作用是帶動(dòng)傾翻架傾翻90°，油缸的動(dòng)力來自生陽極炭塊編組機(jī)組中的液壓站。

傾翻裝置的工作原理:初始狀態(tài)，翻轉(zhuǎn)架平放于機(jī)架2上，炭塊進(jìn)入傾翻架后由電機(jī)帶動(dòng)輥?zhàn)訉⑵漭斔偷絻A翻架端部。油缸活塞桿收回，翻轉(zhuǎn)架翻轉(zhuǎn)，使炭塊立放。然后，在生陽極炭塊編組機(jī)組中的1#推料機(jī)的作用下，將炭塊推出翻轉(zhuǎn)架框架。接著，油缸活塞桿伸出，翻轉(zhuǎn)架直立翻轉(zhuǎn)回到水平狀態(tài)，完成一個(gè)工作循環(huán)。

回轉(zhuǎn)裝置的工作原理:當(dāng)?shù)谝粔K炭塊被1#推料機(jī)從傾翻裝置推到回轉(zhuǎn)裝置上后，作順時(shí)針90°水平回轉(zhuǎn)，然后再由2#推料機(jī)將炭塊從回轉(zhuǎn)裝置上推到步進(jìn)機(jī)上。當(dāng)?shù)诙K炭塊被1#推料機(jī)從傾翻裝置推到回轉(zhuǎn)裝置上后，作逆時(shí)針90°水平回轉(zhuǎn)，然后再由2#推料機(jī)將炭塊從回轉(zhuǎn)裝置上推到步進(jìn)機(jī)上?？傊畣螖?shù)塊和偶數(shù)塊是交錯(cuò)排列的。這樣做的目的是為了適應(yīng)炭塊的拔模斜度，炭塊正反靠在一起可以靠得很緊密，這樣焙燒多功能機(jī)組在夾取炭塊時(shí)就不會(huì)掉塊。

圖6 傾翻裝置Fig.6 Tipping Device

一般情況下，布置在炭塊轉(zhuǎn)運(yùn)倉庫里的輸送設(shè)備均為鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，每個(gè)倉庫根據(jù)產(chǎn)能會(huì)有2～3跨，每跨布置有一臺(tái)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，每臺(tái)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)均有一套動(dòng)力裝置，包括電機(jī)，減速機(jī)，頭輪裝置，尾輪裝置及輸送鏈。因?yàn)橛煽v向10塊輸送變?yōu)闄M向21塊輸送，電機(jī)的功率也隨之由4 kW增大到7.5 kW。為了盡可能地節(jié)約能源，所以最新的設(shè)計(jì)是將鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)改為炭塊擺放裝置，只供擺放炭塊，不需要?jiǎng)恿Γ踩∠祟^輪裝置、尾輪裝置及輸送鏈。在炭塊擺放裝置中間有一臺(tái)炭塊輸送車，每次只輸送7塊炭塊，采用軌道運(yùn)輸，所以只需1.5 kW的動(dòng)力就能滿足生產(chǎn)的要求。

2.2 新生陽極炭塊編組機(jī)組突出的特點(diǎn)

(1)能適應(yīng)目前各企業(yè)生產(chǎn)的炭塊尺寸;

(2)采用新生陽極編組機(jī)組可使炭塊底標(biāo)高降低515 mm，由1 750 mm變?yōu)? 235 mm，節(jié)省了大量的鋼材;

(3)布置在炭塊轉(zhuǎn)運(yùn)倉庫里的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)全部改為炭塊擺放裝置，節(jié)省了能源和制造、維修成本。

3 結(jié)語

20多年來，預(yù)焙陽極電解槽的電流從160 kA提高到目前的500 kA，預(yù)焙陽極的長度也從1 400 mm增加到1 750 mm。通過設(shè)備的發(fā)展和創(chuàng)新盡力滿足節(jié)能降耗、降低成本的總體要求，也能適應(yīng)電解鋁用陽極生產(chǎn)規(guī)模不斷提高的發(fā)展趨勢。

炭塊的規(guī)格尺寸發(fā)生變化時(shí)，無需更改機(jī)組中的設(shè)備配置，這個(gè)特性無論是對(duì)于新建項(xiàng)目，還是對(duì)于改造項(xiàng)目，技術(shù)經(jīng)濟(jì)上有積極的意義。

［1］殷恩生.160 kA中心下料預(yù)焙鋁電解槽生產(chǎn)工藝及管理［M］.長沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社，1997.

Probe into Green Anode Carbon Block Organizing Unit

LIU Bing
(Guiyang Aluminum－Magnesium Design＆Research Institute Co.Ltd.，Guiyang 550081，China)

By unfolding the development history of green anode carbon block organizing unit，the basic constituent and sequence of each stage green anode carbon block organizing unit，and the innovation of the key equipment influencing the unit’s adaptability were expounded.

green anode carbon block;carbon block organizing;organizing unit design

TF821

A

1004－2660(2012)02－0017－05

2012－04－13.

劉兵(1973－)，男，貴州人，高級(jí)工程師.主要研究方向:非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)與研究.E－mail:13985039156@139.com