張 園，鄒 雋，李四連

(1.三峽大學(xué)科技學(xué)院，湖北宜昌 443002；2.三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院，湖北宜昌 443002；3.長(zhǎng)陽(yáng)福利錳業(yè)有限責(zé)任公司湖北宜昌 443500)

0 前言

中國(guó)是當(dāng)前電解金屬錳(以下簡(jiǎn)稱為電解錳)生產(chǎn)的大國(guó)和強(qiáng)國(guó)，其生產(chǎn)能力、實(shí)際產(chǎn)量和出口量均已占到全球的75%以上。

從2000年到2004年，由于電解錳的用途擴(kuò)大，主要是特鋼、200系不銹鋼，以及軟磁材料對(duì)電解錳的需求增加，價(jià)格不斷上漲，高額利潤(rùn)和良好的市場(chǎng)需求刺激了我國(guó)電解錳工業(yè)又一次高速地發(fā)展[1]。電解錳行業(yè)存在污染大、能耗高、技術(shù)相對(duì)落后等諸多問(wèn)題，較多生產(chǎn)環(huán)節(jié)物料投放、消耗等計(jì)量不準(zhǔn)確，自動(dòng)化水平很低，人工勞動(dòng)力過(guò)于密集[2]。

目前我國(guó)電解錳生產(chǎn)中，為使電解錳脫離陰極板，普遍采用人工木槌錘擊陰極板的方式。機(jī)械剝離的方案有擺振式陰極板脫錳設(shè)備、S滾道式電解錳剝離機(jī)，但因效果不理想，應(yīng)用并不廣泛。傳統(tǒng)的手工錘擊方式存在噪音大、粉塵多、勞動(dòng)環(huán)境差且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺陷；由于手工錘擊的力度不易控制，力量過(guò)大時(shí)常會(huì)導(dǎo)致不銹鋼板凹凸不平，變形的陰極板置入電解槽會(huì)引起接觸隔膜布處的電解錳發(fā)黑影響品質(zhì)；同時(shí)由于極板變形造成板間距不均，形成尖端放電，使金屬錳沉積層厚度不均；造成局部導(dǎo)電而使沉積層的一面或全部變黑，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。另外，由于錳極板為不銹鋼材質(zhì)，手工錘擊方式使極板產(chǎn)生局部塑性變形、使用壽命降低，導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高。使用變形極板生產(chǎn)時(shí)，為了避免尖端放電和陰極板接觸隔膜布，通常采用增大電解槽極距的方式，但同時(shí)也增加了直流電耗。

為彌補(bǔ)以往電解錳剝離方式的不足，開(kāi)發(fā)了一種機(jī)械錘擊和剪切聯(lián)合剝離的設(shè)備，用于電解錳金屬剝離回收，解決金屬錳沉積層從陰極板上剝離的問(wèn)題，可提高電解錳剝離過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化程度，具有良好的剝離效果和較高的剝離速度，能降低工作環(huán)境噪聲和粉塵、減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)，對(duì)極板的平整性保護(hù)較好，也有利于電解錳生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能降耗。

1 錳極板剝離機(jī)結(jié)構(gòu)

該新型的聯(lián)合式電解錳剝離機(jī)采用了PLC程序控制方式，其機(jī)械部分由焊接機(jī)架、鏈?zhǔn)綐O板輸送裝置、剪切剝離機(jī)構(gòu)、錘擊剝離系統(tǒng)、密封與除塵系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、料倉(cāng)、外殼體組成。如圖1所示。

機(jī)架通過(guò)支腿安置于地面，起支撐整機(jī)和用于其它部件的安裝定位；鏈?zhǔn)綐O板輸送裝置位于機(jī)架上部，由調(diào)速減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于完成極板沿送進(jìn)軌道的輸送；沿鏈?zhǔn)捷斔脱b置的輸送方向，分別布置了準(zhǔn)備工位、錘擊剝離工位、剪切剝離工位；準(zhǔn)備工位處于鏈?zhǔn)捷斔脱b置進(jìn)口段下方，用于在剝離機(jī)工作的同時(shí)時(shí)完成送料準(zhǔn)備；隨后，極板由輸送鏈拖掛勾拖送至錘擊剝離工位并定位、停止，完成錘擊剝離，此時(shí)可完成大部分錳片的剝離；接著，極板被拖送至剪切剝離工位，由剪切輥繼續(xù)剝離極板上的少量殘錳，剝離完成后的極板隨剪切輥的轉(zhuǎn)動(dòng)向前送出。錘擊剝離裝置和剪切輥均安裝于密封性較好內(nèi)罩中，剝離時(shí)的錳片從內(nèi)罩側(cè)壁滑落或直接下落后，被收集于機(jī)架下方料倉(cāng)中，剝離過(guò)程產(chǎn)生的粉塵由除塵箱排出。

圖1 剝離機(jī)總體結(jié)構(gòu)

2 工作原理

2.1 聯(lián)合式剝離原理

聯(lián)合式電解錳剝離機(jī)在PLC程序的控制下，各部分協(xié)調(diào)運(yùn)行，共同完成電解錳剝離、錳片、錳粉收集和陰極板輸送等工作。

設(shè)備的工作過(guò)程為：第1片極板首先被送至準(zhǔn)備工位；隨后，輸送鏈啟動(dòng)，極板被送至錘擊工位，當(dāng)極板到達(dá)定位位置時(shí)，傳感器接通，此時(shí)由 PLC控制輸送電機(jī)停止，極板完成在錘擊工位的定位，定位完成后，PLC控制擊錘工作，完成錘擊剝離；在第1片極板被輸送并錘擊的同時(shí)，第2片極板被送至準(zhǔn)備工位；錘擊完成后，第1片極板由輸送鏈向剪切工位送出，由于前后剪切輥存在差速，因此第1片極板被剪切輥向前輸送的同時(shí)其表面受到剪切剝離作用，使殘余的小面積錳片剝離，隨后該極板被輥向前送出剝離機(jī)；與此同時(shí)，第2片極板在錘擊工位進(jìn)行錘擊剝離，第3片極板被送至準(zhǔn)備工位。剝離工作按以上過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，可以達(dá)到很高的效率。

以上的剪切輥共有兩對(duì)，呈對(duì)滾式排裝，靠近氣動(dòng)擊錘的對(duì)輥線速度較低，而靠近出口的對(duì)輥線速度較高，利用速度差對(duì)極板表面的錳片形成剪切作用；兩對(duì)輥的線速度均高于鏈?zhǔn)捷斔脱b置，防止卡料；一側(cè)的剪切輥安裝在可調(diào)整的彈簧支座上，如圖2所示，當(dāng)輥面與極板間壓力過(guò)大時(shí)可自行退讓，從而保護(hù)板面不被破壞。

1上支座；2下固定支架；3剪切輥；4下浮動(dòng)支架

2.2 陰極板輸送原理

鏈?zhǔn)捷斔脱b置安裝于機(jī)架的上部，由導(dǎo)軌基座、減速電機(jī)、極板導(dǎo)軌、拖掛勾、輸送鏈、掛鉤到位傳感器、鏈輪支架和從動(dòng)鏈輪組成，如圖3所示。其功能為完成極板輸送，并將拖掛鉤到位信號(hào)傳給PLC控制器，供PLC產(chǎn)生相應(yīng)的控制動(dòng)作。

圖3 輸送機(jī)構(gòu)

2.3 密封與除塵裝置

1密封毛刷；2右密封罩；3左密封罩

密封罩如圖4所示，安裝于鏈?zhǔn)捷斔脱b置的導(dǎo)軌下方，由左右分離的密封罩殼和密封毛刷組成，內(nèi)罩上方開(kāi)有一系列小孔，以便上部空氣可以向下進(jìn)入密封罩內(nèi)，如圖4所示，形成攜帶粉塵的氣流；密封罩與下部料倉(cāng)形成一個(gè)相對(duì)密閉的空間，便于除塵箱收集粉塵。除塵箱安裝于兩側(cè)的擊錘下方，左右除塵箱通過(guò)上方的共同管道和除塵風(fēng)機(jī)相連，以便將剝離過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵收集，將其導(dǎo)入粉塵處理設(shè)備。

料倉(cāng)位于密封罩下方，由料倉(cāng)、振動(dòng)器、料倉(cāng)門(mén)組成。用于儲(chǔ)存剝離下來(lái)的電解錳片和粉末。當(dāng)料倉(cāng)門(mén)開(kāi)啟時(shí)，收集于料倉(cāng)內(nèi)的錳片和錳粉下泄，同時(shí)振動(dòng)器振動(dòng)，以利于電解錳從料倉(cāng)中向下排出。

外殼體通過(guò)螺釘安裝于機(jī)架上，便于檢修時(shí)拆卸；外殼上開(kāi)孔，用于固定安裝控制箱及操作開(kāi)關(guān)元件，起安全防護(hù)和美觀作用。

2.4 傳感器及PLC電氣控制原理

為了協(xié)調(diào)剝離機(jī)的各工序安全順暢運(yùn)行，設(shè)置送料到位、拉鉤到位、工作點(diǎn)到位和操作安全等4個(gè)傳感器。本機(jī)具有較高的自動(dòng)化程度，正常運(yùn)行時(shí)，PLC控制設(shè)備按預(yù)定節(jié)拍連續(xù)工作；當(dāng)送料不能及時(shí)到位或操作人員處于危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，設(shè)備運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生中斷，同時(shí)報(bào)警等待處理，報(bào)警解除后本機(jī)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。

另外，本機(jī)還設(shè)有對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)的熱繼電器及短路和漏電保護(hù)裝置，在操作人員附近設(shè)置了緊急開(kāi)關(guān)，用于確保設(shè)備運(yùn)行安全和人身安全。

3 工作流程

1)開(kāi)啟空壓機(jī)，待其儲(chǔ)氣罐氣壓達(dá)到工作壓力0.8 MPa后，開(kāi)啟剝離機(jī)電源，PLC自檢，并處于工作等待狀態(tài)；剪切輥電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)；最后，開(kāi)啟除塵風(fēng)機(jī)，除塵系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。

2)送料到位，且操作人員不處于危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，輸送鏈在PLC的控制下運(yùn)行，至工作點(diǎn)到位傳感器位置，送料停止。

3)PLC控制沖擊錘按預(yù)定間隔時(shí)間順序沖擊陰極板，并延時(shí)，待極板擺動(dòng)回復(fù)后，控制輸送電機(jī)啟動(dòng)，將錘擊剝離完成后的極板向剪切剝離工位送出，錘擊產(chǎn)生的錳片落入料倉(cāng)，錳粉則由除塵系統(tǒng)收集處理。

4)由輸送鏈運(yùn)送的陰極板接觸剪切輥時(shí)，由于剪切輥的線速度高于輸送鏈的運(yùn)行速度，陰極板被加速輸送，脫離輸送鏈拖掛勾。

5)陰極板在被第1對(duì)剪切輥向前輸送至接觸第2對(duì)剪切輥處，由于第2對(duì)剪切輥表面線速度高于第1對(duì)剪切輥，剪切輥表面的縱紋棱邊對(duì)極板表面殘余錳片產(chǎn)生剪切作用，將殘錳剝離；剝離完成后極板被剪切輥向前送出剝離機(jī)。

6)剪切剝離產(chǎn)生的錳片也落入料倉(cāng)，錳粉經(jīng)由除塵系統(tǒng)收集處理。

4 工藝特點(diǎn)

1)該設(shè)備采用PLC程序控制，自動(dòng)化程度高、安全高效、工藝柔性好。

2)每分鐘能剝離電解錳板22～32片，與同類產(chǎn)品[3]相比剝離效果好，便于實(shí)現(xiàn)電解錳剝離工序的自動(dòng)化、規(guī)?；?。

3)提高了剝離效果、降低能耗、改善工作環(huán)境、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)電解錳剝離機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改進(jìn)，其為立式布置，占地面積?。凰土媳憷?，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度；改進(jìn)了輸送裝置，提高了輸送速度，降低了整機(jī)功率，具有較好節(jié)能效果；剪切輥可以對(duì)小面積的殘余錳片起到一定的剝離作用，剪切輥彈簧支承浮動(dòng)的設(shè)計(jì)有利于保護(hù)陰極板表面不被軋傷；采用PLC程序控制，使本剝離機(jī)可靠性高、具有良好的工作性能和安全性，且工作速度可通過(guò)程序的修改進(jìn)行變更，對(duì)生產(chǎn)線應(yīng)用具有較好的適應(yīng)性。本設(shè)計(jì)具有自動(dòng)化程度高、高效、節(jié)能的特點(diǎn)，具有顯著經(jīng)濟(jì)效益?？梢灶A(yù)測(cè)，該剝離機(jī)將在電解錳行業(yè)有較好的應(yīng)用前景。

[1]劉廷軍，譚中堅(jiān)，廖勝群.中國(guó)電解錳產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析[J].中國(guó)錳業(yè)，2006，24(1)：9-12.

[2]段寧，但智鋼，宋丹娜.中國(guó)電解錳行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和方向[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，1(1)：75-81.

[3]萬(wàn)曉林.電解陰極板上沉積錳的脫板剝離機(jī)在湘錳問(wèn)世[J].中國(guó)錳業(yè)，1992，10(2/3)：18.