提高國產化大極板銅陽極機組作業效率的研究與實踐

李華武，邵曉光

（江西瑞林裝備有限公司，江西 南昌 330031）

0 引言

銅陽極機組（以下簡稱陽極機組）是銅電解車間關鍵設備之一，無論是傳統法銅電解工藝還是近幾年廣泛應用的永久不銹鋼陰極銅電解工藝，都離不開陽極機組。所以，對陽極機組進行深入的研究對提高銅電解車間的生產效率和生產水平有重要的意義。

1 陽極機組的發展狀況

自動化陽極機組作為一種復雜的銅電解設備，其領先技術一直由國外少數幾家公司掌握。從1984年我國從日本引進第一套自動化 “傳統法” 工藝的陽極機組，至今我國已經引進約30 套自動化陽極機組。隨著國內研發、制造水平的提高，國產化陽極機組也越來越完善，并在國內市場形成了和國外品牌競爭的格局。無論進口陽極機組還是國產化陽極機組，近年都想著兩個大的方面發展： 一是速度不斷提高，這是因為國內新投產銅電解廠年產量普遍在20 萬噸以上，同時又為了減少工人勞動時間；二是陽極機組的功能在不斷增強，電解工藝對陽極板的質量要求越來越高，陽極板機組處理功能也需要隨之增強，例如極板檢測和廢板自動剔除，由于排板及專用吊具吊裝的需要，自動化的側銑耳功能也愈發重要。

在生產實踐中，陽極機組工作效率至關重要，本文將根據調試實踐著重對陽極機組效率進行分析。

2 影響陽極機組作業效率的主要因素分析

（1）機構運行本身造成時序過緊。陽極機組作為聯動線，其中每個機構的動作必須緊緊相扣，如果某個機構執行一個動作的時間過長，則下一個機構必然要提高運行速度才能不至于影響整個機組的效率。影響陽極機組運行效率的機構主要有橫移裝置、壓力機、底銑耳裝置與移載裝置。

橫移裝置橫向貫穿整個陽極機組，其動作必須與至少三個機構聯動。所以橫移裝置的運行速度也至少會影響三個機構的運行效率。而橫移裝置為鏈運機構，依靠鏈條轉運陽極板，如果運行速度太高陽極板在轉運過程中容易傾倒甚至卡住，而較高的運行速度也會造成停位不準、重復精度低，這樣就不利于其它機構從橫移裝置上取放陽極板。

壓力機安裝在橫移裝置中間位置，其運行速度影響橫移裝置的動作時間。壓力機為液壓壓緊機構，需要極大的壓力對陽極板進行擠壓，以消除其變形和表面缺陷。由于壓力高，油缸缸徑大，需要很大的液壓油流量才可以滿足機構高速工作。之前由于液壓系統設計和控制方面的原因，液壓系統流量的提高很有限。

底銑耳機構結構復雜，動作繁多，需要執行極板輸送、銑耳等一連串動作。其中極板輸送又包含了升降和水平行走等動作，原有機構升降和水平行走時間偏長，造成了銑耳機構時序過緊。

移載裝置安裝在底銑耳裝置兩端，負責將陽極板從橫移鏈轉運至底銑耳裝置和將陽極板從底銑耳裝置運出，原有移載裝置由于結構原因，轉運一次陽極板時間過長，造成橫移鏈和底銑耳裝置時序過緊。

（2）機構設計與精度造成故障頻發。由于設計方案原因，某些機構可靠性不高，運行時間長、可靠性不高，在使用中頻發故障致使整個陽極機組效率偏低。另外，制造精度的也對機組的運行效率影響較大，精度不高會使機構重復精度低、陽極板位置精度低，在運行中機組會因此出現故障與不必要的停頓。例如陽極板對中精度低會使陽極板在以后的轉運中位置不合理，影響其它機構對其轉運。原有移載裝置運行中故障較多，且某些零件易于損壞，直接影響機組效率。

（3）檢測元件、檢測裝置的設置和選型不合理造成不發訊或誤動作。由于檢測元件選型和設置不合理，在某些情況下回出現不發訊或誤發訊的現象，這時機組將會停止動作，必須由人工來查找原有，耽誤了機組運行。有些檢測裝置的設置位置和方式也會帶來類似問題。根據原有設備運行情況統計，機組在運行過程中有近一半的停頓是因為信號不正常而造成的。

（4）物料外形、物理規格參數變化大造成機組作業不穩定。在有些銅冶煉企業，其陽極板來源有自產和外購兩種形式。自產陽極板由于澆鑄原因會有極板外形不標準、尺寸偏差大的現象，而企業為了降低生產成本又不會將這些陽極板回爐，直接將這些陽極板加載在陽極機組上在運行過程中會出現卡板、掉板以及檢測不可靠等現象。而很多外購陽極板其尺寸會和機組的設計條件有偏差，導致運行不可靠。

（5）自動控制連鎖多，造成時序的延長。組成陽極機組的機構較多，為了實現聯動和保護設備的需要，很多機構之間有連鎖關系，機構直接的相互影響較大，機構之間的等待時間較長，直接導致的后果是延長了機組的時序，降低了運行效率。

3 提高陽極機組效率的優化

針對以上所分析影響陽極機組效率的因素，在后期對設備進行了整改、完善和重新設計。主要優化如下：

（1）機械結構改進。之前的移載裝置為齒輪驅動，轉移一塊陽極板需要運轉兩圈，時間長。改進后的移載裝置采用傾轉裝置，一次即可將一塊陽極板轉移到位。而繼續保留使用的移載裝置也進行了優化，更換了齒輪和齒輪軸材質，使其可以承受更高的沖擊載荷。改進了對中裝置油缸座，使其位置更加準確，提高了陽極板最終精度。

（2）液壓系統的改進。陽極機組作為機電液一體的全自動聯動線，液壓系統對機組效率影響甚重。對壓力機油缸控制閥組進行了改進，將電液換向閥更換為流量更大的插裝式換向閥，提高壓力機運行速度。

（3）電氣控制系統的改進。電氣控制系統作為陽極機組的 “大腦”，其對機組運行效率的影響深度是不言而喻的。電氣系統的改進主要包括控制程序和檢測裝置兩方面。在控制程序上優化了原有的機構互鎖關系，使互鎖關系更簡單、可靠。同時優化了相鄰機構的動作控制，使動作銜接更緊湊。動作銜接的改進不會增加任何成本，不需提高單體部件的速度，是最經濟有效的優化措施。原有機組上某些光電開關只檢測陽極板的一個耳朵，當極板位置不正時將造成動作錯誤甚至卡板、掉板。改進后使用兩個光電開關分別兩側的陽極板耳朵，提高了可靠性。同時也對一些光電開關的位置進行了重新布置，使其能準確的檢測每一塊陽極板，減少甚至杜絕了因檢測不準造成的機組停機甚至故障。機組整改前后對比詳見表1。

表1 陽極機組進行效率優化前后對比表

4 展望

經過多年研發與應用實踐，國產化陽極機組效率得到大幅提升，滿足了當前電解廠的生產需求。但和進口設備比起來仍然有差距，主要體現在加工質量、運行穩定性和外觀方面。隨著新技術、新裝置的不斷出現與應用，陽極機組的效率還有很大的提升空間。近年，工業機器人已經在銅電解車間剝片機組上得到了成功運用，將其應用在陽極機組上以提高效率也是值得研究的。