曾 勇，朱東旭，曹彥坤

(1. 東北大學(xué)設(shè)計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166；2.遼寧省石油化工規(guī)劃設(shè)計院有限公司，遼寧 沈陽 110000）

預(yù)焙陽極是現(xiàn)代鋁電解槽的“心臟”。它的質(zhì)量和工作狀況不僅影響電解生產(chǎn)的正常運行，而且對電解質(zhì)溫度、電流效率、電能消耗和鋁液質(zhì)量等經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)都有很大影響[1]。預(yù)焙陽極一般包含一組或者兩組陽極炭塊，分別稱之為單陽極和雙陽極。而陽極組裝車間則是將陽極鋁導(dǎo)桿、鋼爪和預(yù)焙陽極炭塊組合成為預(yù)焙陽極組的工藝過程，通常導(dǎo)桿和鋼爪以焊接的形式，鋼爪頭和預(yù)焙陽極炭塊以磷生鐵澆鑄的形式連接在一起。某廠預(yù)焙單陽極組如下圖所示：

圖1 預(yù)焙單陽極組

1 車間功能

陽極組裝車間主要功能包含以下幾個部分：

1)對殘極上覆蓋的電解質(zhì)進(jìn)行破碎篩分，并將破碎后的電解質(zhì)返回電解車間作為陽極覆蓋料使用。

2)完成處理電解車間換下的殘陽極（以下簡稱殘極），并組裝出新陽極組（以下簡稱新極）。

3)將殘極壓脫機壓脫下來的殘極炭塊送至殘極炭塊處理區(qū)。

4)經(jīng)磷鐵環(huán)壓脫機壓脫下來的磷生鐵經(jīng)過磷鐵環(huán)清理機清理之后返回中頻爐循環(huán)使用。

2 工藝概述

將從電解槽上卸下的殘極，放置在托盤中，由陽極拖車運輸至陽極組裝車間，經(jīng)裝卸站掛到積放式懸掛輸送機（以下簡稱懸鏈）的小車上，由懸鏈將殘極依次輸送至電解質(zhì)清理、殘極拋丸清理、殘極壓脫、磷鐵環(huán)壓脫、鋼爪拋丸清理、導(dǎo)桿/鋼爪維修、導(dǎo)桿清刷、蘸石墨、澆鑄磷生鐵等流水作業(yè)站，組裝出新極，再經(jīng)裝卸站卸下并由陽極拖車運至新極貯存區(qū)。裝卸站、電解質(zhì)清理站清理下的電解質(zhì)經(jīng)破碎系統(tǒng)破碎后貯存至貯倉中，以備返回電解車間作陽極覆蓋料使用；殘極壓脫機壓脫下的殘極炭塊經(jīng)帶式輸送機送至殘極炭塊處理區(qū)；磷鐵環(huán)壓脫機壓下的鋼爪上的磷鐵環(huán)經(jīng)清理滾筒清理后，返回中頻爐使用。

3 工藝流程

懸鏈生產(chǎn)線是本車間的主體，從電解槽上換下的殘極在裝卸站處掛到懸鏈的小車上，小車上吊著殘極，以約12m/min的速度運行，殘極在不同的作業(yè)站接受相應(yīng)的處理，最終組裝成合格的新陽極組在裝卸站下線。懸鏈輸送系統(tǒng)是自動化陽極組裝車間生產(chǎn)線上的輸送機械，是一種機械化、自動化作業(yè)、運行可靠、生產(chǎn)效率高的運載機械。它的主要作用是把殘極導(dǎo)桿組由裝卸站輸送到各崗位進(jìn)行處理，并把組裝合格的陽極炭塊輸送到裝卸站[2]。

懸鏈生產(chǎn)線的工藝流程如圖2所示：

圖2 陽極組裝車間工藝流程框圖

4 工作站概述

各工作站生產(chǎn)概述如下：

4.1 裝卸站

裝卸站主要完成殘極上鏈、新極下鏈和托盤清翻等操作。

陽極拖車將載有殘極的托盤送至裝卸站裝站工位，裝卸站上的地面升降小車升起托盤，校正導(dǎo)桿位置，使導(dǎo)桿進(jìn)入懸鏈小車上的鐘罩內(nèi)并鎖緊，小車攜帶殘極依次進(jìn)入其他各作業(yè)站。隨后地面升降車載托盤傾翻工位完成托盤的傾翻，并將空托盤運到卸站工位準(zhǔn)備接收組裝好的陽極組。組裝好的新極由懸鏈小車送至裝卸站卸站工位，裝卸站升起空托盤托起新極，釋放吊具的導(dǎo)桿鎖緊機構(gòu)卸下導(dǎo)桿，隨后陽極拖車將盛有新極的托盤送至新極貯存區(qū)。裝卸站主要設(shè)備為裝卸站和帶式輸送機。

4.2 電解質(zhì)清理站

電解質(zhì)清理站一般設(shè)有四個清理工位，通過振動松懈、機械鏟刮、甩鏈擊打和壓縮空氣噴吹等操作，將殘極表面95%的電解質(zhì)清理下來。殘極在各工位之間的運輸由步進(jìn)推車機完成，整個過程由PLC完成控制。電解質(zhì)清理站清理下來的電解質(zhì)塊度一般不大于300x300x300（mm），經(jīng)電解質(zhì)清理機下方的帶式輸送機送往電解質(zhì)破碎區(qū)，殘極由懸鏈送至殘極拋丸清理站。

電解質(zhì)清理站的主要設(shè)備為自動電解質(zhì)清理機、手動電解質(zhì)清理機和帶式輸送機。

4.3 殘極拋丸清理站

殘極拋丸清理站通過拋丸工藝，將殘極表面的殘余電解質(zhì)、炭塊氧化層以及其他雜質(zhì)清理掉。清理下來的雜質(zhì)廢棄，清理完的導(dǎo)桿組由懸鏈送至殘極壓脫站。殘極拋丸清理一般設(shè)置兩個工位，拋丸工位和吹掃工位，當(dāng)殘極到達(dá)拋丸工位后（由積放式懸掛輸送機上的停止器定位），PLC向系統(tǒng)發(fā)出信號，拋丸機從不同方向?qū)垬O表面噴射鋼丸（在噴射鋼丸的過程中，殘極可360°旋轉(zhuǎn)），噴射出的鋼丸經(jīng)螺旋輸送機和斗式提升機完成回收和循環(huán)利用；拋丸工作結(jié)束后殘極經(jīng)積放式懸掛輸送機上的步進(jìn)推車機送至吹掃工位，完成對殘極表面殘留的軟殘極的吹掃。因該設(shè)備需要的壓縮空氣用量比較大，為了保證設(shè)備用氣的穩(wěn)定性，故該設(shè)備一般需要單獨配置壓縮空氣儲氣罐。殘極拋丸清理下來的粉塵顆粒作廢棄處理。

殘極拋丸清理站的主要設(shè)備為殘極拋丸清理機。

4.4 殘極壓脫站

殘極壓脫站將殘極上的炭塊壓脫下來。殘極壓脫站一般并行有兩個殘極壓脫機，分別是自動普通殘極壓脫機和自動高殘極壓脫機。殘極炭塊高度不大于350mm的殘極送至自動普通殘極壓脫機壓脫，炭塊高度大于350mm的殘極以及經(jīng)檢測澆鑄不合格的新極送至自動高殘極壓脫機壓脫。目前殘極壓脫設(shè)備有3種模式，有上壓式，也有下頂式，還有一種是上下咬合式（顎式）壓脫下來的殘極炭塊由帶式輸送機送至殘極炭塊處理區(qū)，壓脫后的導(dǎo)桿組由懸鏈送至磷鐵環(huán)壓脫站。殘極壓脫站的主要設(shè)備為自動普通殘極壓脫機、自動高殘極壓脫機和殘極帶式輸送機。

4.5 磷鐵環(huán)壓脫站

磷鐵環(huán)壓脫站將導(dǎo)桿組鋼爪上的磷鐵環(huán)壓脫下來。壓脫下來的磷鐵環(huán)由帶式輸送機送至磷鐵環(huán)清理滾筒，導(dǎo)桿組由懸鏈送至鋼爪拋丸清理站。

磷鐵環(huán)壓脫站的主要設(shè)備為自動磷鐵環(huán)壓脫機和波狀擋邊帶式輸送機。

4.6 磷鐵環(huán)清理站

鐵環(huán)在滾筒內(nèi)靠轉(zhuǎn)動自磨將雜質(zhì)清理掉，除去雜質(zhì)的鐵環(huán)再送至中頻爐重熔使用，清理下來的雜質(zhì)廢棄。

4.7 鋼爪拋丸清理站

鋼爪拋丸清理站通過拋丸工藝，將鋼爪表面的殘余石墨層、氧化層及其他雜質(zhì)清理掉。清理下來的雜質(zhì)廢棄，導(dǎo)桿組由懸鏈送至檢修站。

4.8 導(dǎo)桿/鋼爪檢修站

在檢修站對導(dǎo)桿組外觀及尺寸進(jìn)行人工檢測。根據(jù)檢測結(jié)果，由懸鏈分別送至導(dǎo)桿矯直站、鋼爪矯直站或下鏈維修，檢測合格的導(dǎo)桿組由懸鏈送至導(dǎo)桿清刷站。在導(dǎo)桿矯直站和鋼爪矯直站分別設(shè)有導(dǎo)桿矯直機和鋼爪矯直機，對使用過程中彎曲的導(dǎo)桿和鋼爪進(jìn)行矯直。如導(dǎo)桿組有損壞，或變形較大無法在線矯直的導(dǎo)桿組則由導(dǎo)桿移動升降臺車卸下修理，該修理區(qū)域設(shè)有5t電動單梁起重機、交流電弧焊機、氬弧焊機、帶鋸床、銑床、陽極鋼爪自動熔焊裝置、鋁導(dǎo)桿環(huán)縫焊裝置等設(shè)備。

4.9 導(dǎo)桿清刷站

導(dǎo)桿清刷站對導(dǎo)桿兩側(cè)不同高度的部位進(jìn)行清刷，使導(dǎo)桿兩側(cè)面呈金屬光澤以降低導(dǎo)桿與陽極母線間接觸壓降。清刷完畢后，導(dǎo)桿組由懸鏈送至磷生鐵澆鑄站。

導(dǎo)桿清刷站的主要設(shè)備為導(dǎo)桿清刷機。

4.10 蘸石墨站

蘸石墨站將鋼爪表面涂覆一層石墨，以便殘極上的磷鐵環(huán)易于壓脫。所涂石墨系天然石墨粉和煤油或者水的混合液，石墨液盛在蘸石墨機槽內(nèi)。蘸好石墨的導(dǎo)桿由懸鏈送至鋼爪烘干站。

蘸石墨站的主要設(shè)備為蘸石墨機。

4.11 鋼爪烘干站

鋼爪烘干站以天然氣或電加熱方式將導(dǎo)桿組鋼爪上的石墨烘干。烘干好的導(dǎo)桿組由懸鏈送至磷生鐵澆鑄站。

鋼爪烘干站的主要設(shè)備為鋼爪烘干機。

4.12 磷生鐵澆鑄站

磷生鐵澆鑄站將導(dǎo)桿組和新炭塊配對組合，并在炭碗中澆鑄磷生鐵，使導(dǎo)桿組與炭塊結(jié)合在一起成為新極。新炭塊從炭塊庫經(jīng)鏈板式輸送機送至澆鑄工位；中頻爐內(nèi)熔化的磷生鐵水倒入澆鑄小車上的抬包，抬包經(jīng)澆鑄小車上的軌道送至澆鑄工位；導(dǎo)桿組由懸鏈送至澆鑄工位；炭碗與導(dǎo)桿組上的鋼爪組合在一起；地面澆鑄車傾斜抬包，將磷生鐵水澆入鋼爪周圍與炭碗的空隙中。澆鑄好的新極在冷卻工位停留冷卻，之后檢測合格的新極由懸鏈送至裝卸站的卸站工位下鏈，不合格的新極送至自動高殘極壓脫機壓脫。磷生鐵澆鑄站的主要設(shè)備為中頻爐和澆鑄站。

5 結(jié)束語

陽極組裝發(fā)展至今約有三十年的歷史，我國第一條自動化陽極組裝生產(chǎn)線是貴鋁自日輕引進(jìn)的由法國ECL公司提供的成套設(shè)備[3]。近年來，我國的電解鋁技術(shù)飛躍發(fā)展，單系列產(chǎn)能達(dá)到了50萬噸及以上，配套裝備水平也在不斷提高，自動化陽極組裝車間極大提高了車間的機械化水平和自動化水平，信息化水平也得到很大的發(fā)展，同時自動化陽極組裝車間大幅降低了工人的勞動強度，但因自動化陽極組裝車間設(shè)備繁多，各工作站上下游銜接緊密，陽極組裝車間的整體生產(chǎn)效率受到多重影響，故要想提高整個車間的工作效率，在提高每個工作站生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，還需要注重上下游各工作站之間的生產(chǎn)節(jié)拍，通過總結(jié)上述各個工作站的生產(chǎn)特點，也有助于今后自動化陽極組裝車間的設(shè)計優(yōu)化。