李雙珠 張英麗 李逢春

(1.中鋼集團新型材料(浙江)有限公司；2.常州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院；3.中鋼集團安徽天源科技股份有限公司)

某石墨化車間填充料裝卸與運輸系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

李雙珠1張英麗2李逢春3

(1.中鋼集團新型材料(浙江)有限公司；2.常州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院；3.中鋼集團安徽天源科技股份有限公司)

某碳素企業(yè)石墨化車間原使用傳統(tǒng)的“行車-抓斗”系統(tǒng)進行填充料的裝卸與運輸。在裝卸與運輸過程中，碳素粉塵易從抓斗向下跌落，使車間內(nèi)粉塵密布，造成嚴重的粉塵污染。為改善石墨化車間的工作環(huán)境，實現(xiàn)人性化生產(chǎn)，通過分析碳素粉塵的產(chǎn)生過程，設(shè)備技術(shù)組決定采用先進的自動化或半自動化填充料裝卸和運輸系統(tǒng)。系統(tǒng)研究與分析結(jié)果表明，與分體“獨立料倉”方案相比，集成“吸料天車”系統(tǒng)更適合該車間，并實現(xiàn)了國產(chǎn)化。實際生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果表明，集成“吸料天車”系統(tǒng)大幅度改善了石墨化車間的碳素粉塵污染情況，減少了粉塵導(dǎo)致的設(shè)備和儀器的損壞，降低了車間運行的人力成本，實現(xiàn)了公司對車間生產(chǎn)環(huán)境人性化的要求。系統(tǒng)的研究應(yīng)用具有一定的創(chuàng)新性，對國內(nèi)類似石墨化車間填充料裝卸與運輸系統(tǒng)的改進具有參考作用。

碳素粉塵 填充料裝卸與運輸系統(tǒng) 吸料天車 集成

某碳素企業(yè)石墨化車間普遍使用“行車-抓斗”系統(tǒng)進行石墨化爐填充料的裝卸與運輸。在此過程中，碳素粉塵容易從抓斗中落下，導(dǎo)致車間內(nèi)粉塵飛揚，污染嚴重。工作人員大量吸入粉塵，增加了粉塵職業(yè)病發(fā)生的概率，危害健康。因此，公司新型石墨材料項目部要求改善石墨化車間的生產(chǎn)、工作環(huán)境，最大程度地減少碳素粉塵污染。

公司的設(shè)備技術(shù)團隊(以下簡稱為設(shè)備技術(shù)組)根據(jù)項目部要求，對石墨化車間石墨化爐裝出料的生產(chǎn)過程進行分析，發(fā)現(xiàn)了車間粉塵產(chǎn)生的工藝環(huán)節(jié)。觀察上海碳素廠的石墨化車間內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)發(fā)現(xiàn)：車間地面上有一層厚厚的石墨粉；在填充料裝出爐過程中，整個車間里粉塵密布，好像車間局部空間范圍內(nèi)的沙塵暴天氣。石墨化車間的粉塵是在使用抓斗裝卸與運輸填充料的過程中產(chǎn)生的。抓斗在提起、行走過程中，粉塵易從抓斗的縫隙中落向地面，下落過程中產(chǎn)生大量飛揚的碳素粉塵。

設(shè)備技術(shù)組據(jù)此認為：要改善石墨化車間的粉塵污染，需要對填充料裝卸與運輸?shù)淖鳂I(yè)系統(tǒng)進行技術(shù)改造，配置先進的填充料裝卸與運輸系統(tǒng)，實現(xiàn)裝卸與運輸過程的自動化或半自動化，將勞動密集型生產(chǎn)工序轉(zhuǎn)化為技術(shù)密集型的生產(chǎn)工序。另外在裝卸與運輸過程中使用除塵系統(tǒng)，減少粉塵排放，可實現(xiàn)工作環(huán)境粉塵污染最小化。

由于國內(nèi)大部分碳素企業(yè)幾乎所有石墨化車間都存在嚴重的粉塵污染現(xiàn)象，所以對石墨化爐填充料的裝卸與運輸系統(tǒng)進行技術(shù)研究與應(yīng)用，具有重要意義。

1 國外同行系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)

國外石墨化爐的填充料的裝卸與運輸采用了先進的吸放料系統(tǒng)，實現(xiàn)了半自動化操作。基于兩種方案的技術(shù)背景，設(shè)備技術(shù)組將目光轉(zhuǎn)向國外，跟蹤了解國外同行石墨化爐的填充料的裝卸與運輸系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)。

設(shè)備技術(shù)組對日本同行使用的獨立料倉系統(tǒng)進行了研究。日本獨立料倉系統(tǒng)使用的是分體技術(shù)。它是在石墨化爐位置架設(shè)導(dǎo)軌，小車在導(dǎo)軌上運動，料斗安放在小車上，實現(xiàn)石墨化爐填充料的裝卸工作；車間的行車完成料斗和小車的移動。優(yōu)點是：料斗可以小些，但小車需要在每次使用時進行安裝連接。設(shè)備技術(shù)組也研究了美國同行使用的集成的吸料天車系統(tǒng)。吸料天車料倉跟隨小車運動，沒有配置獨立的料倉移動系統(tǒng)。集成的吸料天車系統(tǒng)實現(xiàn)石墨化爐填充料的裝卸和運輸，使用吸料天車不需要石墨化車間另外配置相關(guān)的生產(chǎn)人員。

設(shè)備技術(shù)組還詳細研究了填充料出爐時的狀態(tài)，對填充料的卸料過程、系統(tǒng)的冷卻要求等有了進一步的認識。

2 系統(tǒng)研究與分析階段

對石墨化爐填充料裝卸與運輸系統(tǒng)進行研究，實現(xiàn)自動化或半自動化操作，是一個全新的技術(shù)創(chuàng)新項目。設(shè)備技術(shù)組提出了設(shè)想，并進行一步步的推進。

在研究了填充料的裝卸與運輸過程后發(fā)現(xiàn)：如果配置一個可移動的料倉，并為料倉配備相應(yīng)的吸放料裝置、除塵裝置、冷卻裝置、電氣與控制系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)裝卸過程的自動化或半自動化；如果該料倉還可以在石墨化車間內(nèi)自由移動，那么就可以實現(xiàn)運輸?shù)淖詣踊虬胱詣踊?。保證該料倉的實施運用，就可以改善石墨化車間的工作環(huán)境。

根據(jù)設(shè)想，提出了兩個技術(shù)方案，一個是集成的“吸料天車”方案，另一個是分體的“獨立料倉”方案。

2.1 集成的“吸料天車”方案分析

設(shè)備技術(shù)組首先分析了集成的“吸料天車”方案。“吸料天車”方案主要是把填充料料倉與移動裝置(如行車，行業(yè)內(nèi)俗稱為“天車”)集成到一起，核心是將填充料的料倉安裝到行車上。

對于吸料天車上的料倉位置是選擇固定式的還是移動式的，設(shè)備技術(shù)組進行了假設(shè)與分析。

如果吸料天車上料倉的位置固定，那么吸放料裝置就需要移動方便。這將導(dǎo)致吸放料過程不順暢，對其產(chǎn)生不利影響，進而降低工作效率。如果出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，將無法滿足車間生產(chǎn)人員與公司主管部門的要求。因此，在吸料天車上固定料倉的位置，達不到原設(shè)想的目的。

如果料倉位置不固定，可以使用行車上的小車移動料倉，或者根據(jù)需要增加一套驅(qū)動裝置，方便料倉移動。由于料倉的容積不能太小，自重較大，滿載后重量很可能非常大，另外安裝一套驅(qū)動填充料料倉平面運動的行走設(shè)備，會增加較高的設(shè)備成本，經(jīng)濟上不可行，也缺乏必要性。因此可以直接使用行車上的小車，以移動填充料的料倉，實現(xiàn)無死角裝卸填充料。

通過以上分析，集成技術(shù)方案變得清晰：填充料的料倉安裝在行車上，料倉的位置不固定，由行車的小車驅(qū)動。填充料的料倉用行車的大車帶動，實現(xiàn)其在車間長度方向上的運動；用行車上的小車驅(qū)動料倉，以實現(xiàn)其沿行車方向的移動。二者結(jié)合，可以實現(xiàn)石墨化車間無死角地進行填充料的裝卸與運輸。具體來說，當行車的大車停止時，料倉的移動只能沿行車方向移動；只有大車運動時，料倉的移動才具有兩個方向。在大車停止時，小車移動驅(qū)動料倉沿大車方向裝卸填充料；當需要更換到其他位置時，可通過移動行車實現(xiàn)。根據(jù)這樣的使用要求，行車的大車需頻繁啟動，需要3級速度：一級為低速運行狀態(tài)，用于更換裝卸填充料的位置；一級為滿載行走狀態(tài)；一級為空車行走狀態(tài)。行車上的小車移動，也應(yīng)該有2級速度：一級為裝卸料速度；一級為空載或滿載速度。考慮到小車是在大車里運行，距離較短，故允許在同一速度下運行。另外，吸料天車的工作環(huán)境在石墨化爐的上方，工作環(huán)境的空氣溫度高，需要配備隔熱裝置，操作間需要配置空調(diào)；吸料天車是一臺中型行車，在裝卸料過程中啟動頻繁，啟停時動量大，對行車導(dǎo)軌及行車梁有一定的要求；使用吸料天車對石墨化車間的填充料裝出爐生產(chǎn)人員沒有特殊操作要求。

2.2 分體的“獨立料倉”方案分析

設(shè)備技術(shù)組也研究了分體的“獨立料倉”技術(shù)方案。“獨立料倉”技術(shù)方案的核心由料倉、料倉的驅(qū)動系統(tǒng)、行車3個部分構(gòu)成。其中，料倉可實現(xiàn)填充料的裝卸，料倉驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)料倉在石墨化爐位置附近的移動，行車是與料倉配套使用的，可以起吊、運輸獨立料倉，實現(xiàn)填充料的運輸。

驅(qū)動料倉的小車系統(tǒng)，安裝在石墨化爐附近位置。類似于高架的輕軌，每個石墨化爐兩側(cè)分別安裝導(dǎo)軌。驅(qū)動小車的安裝有兩個方案：一是在每個石墨化爐的軌道上都安裝驅(qū)動小車，使用多套小車驅(qū)動系統(tǒng)，另一個方案是只安裝一套驅(qū)動小車，哪座石墨化爐需要時就挪到哪座石墨化爐旁使用，系統(tǒng)使用一套小車系統(tǒng)。多套系統(tǒng)需要大量的成本，且大部分時間內(nèi)設(shè)備處于閑置狀態(tài)，浪費成本。為節(jié)省設(shè)備的采購成本，傾向于使用一套小車系統(tǒng)。但需要經(jīng)常拆裝小車系統(tǒng)，以及小車與料倉間的連接與拆卸。

因為要起吊運輸驅(qū)動小車、填充料的料倉，分體的“獨立料倉”技術(shù)方案在車間同樣需要使用中型行車，同時每次使用時都需要對分體系統(tǒng)進行組裝與分拆，對車間的生產(chǎn)人員的技能要求較高，甚至需要配置專業(yè)的料倉使用與管理人員。

設(shè)備技術(shù)組在研究分析了這兩個技術(shù)方案的技術(shù)特點、使用環(huán)境及對生產(chǎn)操作人員的技能要求和利弊后，得出集成的“吸料天車”方案更合適該公司石墨化車間裝卸與運輸系統(tǒng)改造的結(jié)論，認為在不可避免地需要使用中型行車的基礎(chǔ)上，采用集成方案的“吸料天車系統(tǒng)”更適合新型石墨材料項目。對國外同行的填充料裝卸與運輸系統(tǒng)使用情況的了解更堅定了選擇集成吸料天車技術(shù)方案的信心。

3 系統(tǒng)的國產(chǎn)化進程階段

針對集成的吸料天車技術(shù)方案系統(tǒng)是從國外引進還是在國內(nèi)開發(fā)的問題，設(shè)備技術(shù)組認為國內(nèi)同行大都使用“行車-抓斗”系統(tǒng)完成填充料的裝卸與運輸，國內(nèi)沒有現(xiàn)存的該類設(shè)備，也沒有相應(yīng)的供應(yīng)商。但考慮到集成的技術(shù)方案并不復(fù)雜，吸料天車系統(tǒng)完全可以在國內(nèi)開發(fā)、制造。

為此，設(shè)備技術(shù)組在全國范圍內(nèi)尋找具備這種集成能力的企業(yè)，最后篩選出3家企業(yè)。在進行實地考察與比較詳細的技術(shù)交流之后，認為這3家企業(yè)都具備這種集成能力，都可以設(shè)計制造出我們需要的吸料天車系統(tǒng)。最后，通過招標方式，選擇了合適的企業(yè)，設(shè)備技術(shù)組與設(shè)備供應(yīng)商共同開發(fā)，設(shè)計、制造出滿足要求的吸料天車。

4 系統(tǒng)應(yīng)用實踐

2010年建成的某公司石墨化車間通過配置集成的 “吸料天車”，實現(xiàn)了石墨化爐填充料的裝卸與運輸過程的自動化或半自動化操作。經(jīng)過一段時間的試用后，石墨化車間內(nèi)碳素粉塵污染現(xiàn)象明顯改善，甚至“窗明幾凈”。整潔的車間環(huán)境，不僅使工作人員的健康得到保證，還減少了設(shè)備因碳素粉塵導(dǎo)致的設(shè)備磨損、儀器儀表與電氣原件的損壞，實現(xiàn)了石墨化車間“工作環(huán)境要人性化”的目標。

通過使用“吸料天車”，減少了石墨化車間填充料裝出爐班組及其配套班組的人員。上海碳素廠的每組石墨化爐配置一個裝出爐班組及配套的行車人員共50多人。而該公司石墨化車間的二組石墨化爐共配置一個裝出爐班組，該裝出爐班組及配套的行車人員只有9人。對比可知，使用新型裝備“吸料天車”每年可節(jié)省工作人員41人，每年可節(jié)省人力資源成本超過300萬，僅需要兩年就可以節(jié)省出設(shè)備的采購和使用成本。

5 結(jié) 論

(1)某公司石墨化車間原和國內(nèi)大部分石墨化車間一樣，普遍使用傳統(tǒng)的“行車-抓斗”系統(tǒng)進行石墨化爐填充料的裝卸與運輸，易產(chǎn)生碳素粉塵污染。不僅會損壞儀器設(shè)備，還對工作人員健康產(chǎn)生危害。

(2)通過分析粉塵產(chǎn)生的原因，在了解國外同行技術(shù)狀況的基礎(chǔ)上，分析了集成的“吸料天車”方案，并與分體的“獨立料倉”方案進行比較。結(jié)合公司實際情況，最終確定采用集成“吸料天車”方案。

(3)在新型石墨材料項目建成后的石墨化車間配置“吸料天車”進行石墨化爐填充料的裝卸與運輸。生產(chǎn)實踐結(jié)果表明，“吸料天車”方案從根本上杜絕了碳素粉塵的產(chǎn)生，改善了石墨化車間的工作環(huán)境，因碳素粉塵導(dǎo)致的儀器設(shè)備的損壞率降低75%，大幅度降低了人力成本，實現(xiàn)了人性化生產(chǎn)。

2015-07-30)

李雙珠(1966— )，男，工程師，313100 浙江省湖州市長興縣雉城鎮(zhèn)中鋼大道9號。