鋁電解母線提升機安全性提升的技術改造

車占鵬

摘要：電解生產有很多工作。其中最重要的一項工作就是抬升母線，由于電解槽上安裝的陽極逐步消耗。與掛裝陽極組的槽兩側的陽極水平母線隨之逐步下降。所以需要定期將該水平母線抬高。專用的母線提升裝置就是實現母線抬高任務的。抬升陽極母線每天都在進行，需要幾個工人同時協作并且速度要快，這項工作看似簡單其實蘊含著極大的事故隱患。主要是在抬母線過程中電解槽來效應或母線提升機抱腿頂不緊導桿與陽極，槽電壓電壓升高，若不及時處理會將造成電解槽系列停電。

關鍵詞：母線提升裝置;事故隱患

1.??? 前言

電解槽在抬母線作業時陽極導桿和母線壓接在一起，電流通過壓接面進行導電。這時如果壓接面脫離，便會出現系列斷電。給電解生產帶來重大損失。也就是說，在抬母線作業時整個電解系列的安全維系在一根氣管上。

某鋁廠2008年元月2 日抬母線作業時便因抬母線框架主氣管斷氣，造成上氣缸失壓。引起鋁導桿與母線壓接面脫離，最后導致打火嚴重，鋁導桿脫落，引起系列停電，造成重大經濟損失。

2.??? 現狀

母線提升框架提升母線，工作原理為：第一在手動控制盒上動作氣動按扭，氣動換向閥動作。氣路給夾緊薄膜氣缸供風。氣缸動作壓縮彈簧，夾具打開，夾具導人陽極導桿中：然后動作氣動按鈕，換向閥動作切斷氣路。彈簧漲開，陽極導桿靠彈簧彈力夾緊：第二動作另外一個氣動按鈕。換向閥動作。氣路暢通抱緊薄膜氣缸動作。推動母線提升機抱腿，松開小盒夾具抱腿抱緊陽極導桿與母線緊密接觸抬升母;母線提升完后擰緊小盒夾具，動作氣動按鈕，換向閥動作切斷氣路，薄膜氣缸動作排風松開抱腿，提升母線結束。這樣在提升母線過程中存在一種很大安全隱患，就是抱腿在抱緊陽極導桿與母線接觸時，始終要用壓縮空氣頂緊陽極導桿與陽極大母線緊密接觸，來保證在抬升母線過程中槽電壓保持平穩，但在抬母線過程中有可能會發生風管突然爆裂或停風，風源一但停止抱緊薄膜氣缸迅速動作，快速排風閥迅速排風（1分鐘之內全部排完），抱腿松開，陽極導桿與陽極母線接觸面分離，槽電壓迅速升高，這時必須盡快擰緊小盒夾具，一般情況操作工不能及時把28組小殼夾具全部扭緊，需要一些時間（大約5分鐘左右），隨著時間的加長槽電壓升高會發生使短路口爆炸造成系列停電。

3.??? 改造方案

我單位母線提升裝置的原設計方案，是在母線框架側面安裝齒條，通過氣動馬達帶動齒輪在齒條上行走，然后驅動擰緊裝置機架。擰緊裝置起到對小盒卡具擰緊和擰松的作用。齒輪和齒條起到行走的作用，升降氣缸起到擰緊裝置升降的作用。薄膜氣缸通氣動作，抱腿抱緊陽極導桿與鋁母線緊密接觸，進行抬母線。而所有動作均采用氣控換向閥對其控制。

所使用的擰緊裝置行走馬達和擰緊馬達均采用英格索蘭4048U2馬達其在0.6MPa壓力下所能提供的擰緊力僅能達到350N*M。其用在行走機構上可以完全滿足需求。但若用在擰緊裝置上遠遠達不到小盒卡具擰緊所需要的2000N*M。所以各鋁廠均采用馬達擰緊和人工復緊相結合的操作辦法。

3.1? 上部氣缸更換為彈簧氣缸

彈簧氣缸在不通氣的狀態下起到壓緊鋁導桿和鋁母線的作用，通氣狀態下使鋁導桿夾緊裝置處于自由狀態。與普通氣缸正好相反。故而避免了因氣路故障而引起鋁導桿與鋁母線脫離的事故。

目前我單位所采用上部氣缸為薄膜氣缸缸徑為160mm，在額定壓力0.6MPa，其可以提供的壓力為：

F0.6×106×3.14×（0.16÷2）2≈12200（N）（1—1）

改造為彈簧氣缸后為了保障彈簧彈力能滿足要求，所提供額定彈簧力為：

12200×120%=14600（N）（1—2）

將彈簧氣缸缸徑增加到180mm。其可提供的恢復力為：F0.6×106×3.14×（0.18÷2）2≈15200（N）（1—3）

大于額定彈簧力，其中F為活塞桿提供的壓力、為氣體壓強、為活塞面積、為活塞半徑。

3.2? 增加增壓設備

鑒于目前我單位地面風壓力最高只有0.48Mpa，達不到彈簧氣缸使用的額定壓力0.6Mpa，所以設計增加1 臺增壓器。

增壓器是采用大直徑氣體驅動活塞與小直徑加壓活塞連接在一起的結構，利用兩個活塞的面積比產生壓力比，可以使原有壓力增加1 倍以上，可以滿足我們的使用要求。

3.3? 改裝風炮扳手

風炮扳手是結合原有裝置的優點，并根據風炮的工作原理，把原有擰緊裝置靠馬達的擰緊力，改為靠旋轉沖擊力來完成小盒卡具的擰緊工作。其最大擰緊力矩可達到3200N*M（0.6MPa壓力）。遠超小盒卡具擰緊所需要的2000N*M。

4.??? 結束語

通過技術改造提升了母線提升作業的安全性，母線提升作業時電解槽槽電壓更穩定（由于上部擺緊彈簧氣缸抱緊力更穩定），有效防止了抬母線時宊發效應;母線提升過程中上部擺緊彈簧氣缸處于斷氣狀態，有效解決了因天車空壓機宊然斷氣造成陽極導桿壓不緊水平母線而發生重大安全事故的隱患，比改造前更加安全可靠;風炮扳手擰緊力比原有馬達擰緊力大，可降低陽極導桿壓降;改造后在操作及維修方面與改造前沒有差別。

參考文獻：

[1]梁偉，提高陽極母線提升機安全運行.科技向導，18期（卷），2012年

[2]殷華彬，電解廠母線提升機改造技術協議及方案.中鋁青海分公司電解廠，2019年

車占鵬

摘要：電解生產有很多工作。其中最重要的一項工作就是抬升母線，由于電解槽上安裝的陽極逐步消耗。與掛裝陽極組的槽兩側的陽極水平母線隨之逐步下降。所以需要定期將該水平母線抬高。專用的母線提升裝置就是實現母線抬高任務的。抬升陽極母線每天都在進行，需要幾個工人同時協作并且速度要快，這項工作看似簡單其實蘊含著極大的事故隱患。主要是在抬母線過程中電解槽來效應或母線提升機抱腿頂不緊導桿與陽極，槽電壓電壓升高，若不及時處理會將造成電解槽系列停電。

關鍵詞：母線提升裝置;事故隱患

1.??? 前言

電解槽在抬母線作業時陽極導桿和母線壓接在一起，電流通過壓接面進行導電。這時如果壓接面脫離，便會出現系列斷電。給電解生產帶來重大損失。也就是說，在抬母線作業時整個電解系列的安全維系在一根氣管上。

某鋁廠2008年元月2 日抬母線作業時便因抬母線框架主氣管斷氣，造成上氣缸失壓。引起鋁導桿與母線壓接面脫離，最后導致打火嚴重，鋁導桿脫落，引起系列停電，造成重大經濟損失。

2.??? 現狀

母線提升框架提升母線，工作原理為：第一在手動控制盒上動作氣動按扭，氣動換向閥動作。氣路給夾緊薄膜氣缸供風。氣缸動作壓縮彈簧，夾具打開，夾具導人陽極導桿中：然后動作氣動按鈕，換向閥動作切斷氣路。彈簧漲開，陽極導桿靠彈簧彈力夾緊：第二動作另外一個氣動按鈕。換向閥動作。氣路暢通抱緊薄膜氣缸動作。推動母線提升機抱腿，松開小盒夾具抱腿抱緊陽極導桿與母線緊密接觸抬升母;母線提升完后擰緊小盒夾具，動作氣動按鈕，換向閥動作切斷氣路，薄膜氣缸動作排風松開抱腿，提升母線結束。這樣在提升母線過程中存在一種很大安全隱患，就是抱腿在抱緊陽極導桿與母線接觸時，始終要用壓縮空氣頂緊陽極導桿與陽極大母線緊密接觸，來保證在抬升母線過程中槽電壓保持平穩，但在抬母線過程中有可能會發生風管突然爆裂或停風，風源一但停止抱緊薄膜氣缸迅速動作，快速排風閥迅速排風（1分鐘之內全部排完），抱腿松開，陽極導桿與陽極母線接觸面分離，槽電壓迅速升高，這時必須盡快擰緊小盒夾具，一般情況操作工不能及時把28組小殼夾具全部扭緊，需要一些時間（大約5分鐘左右），隨著時間的加長槽電壓升高會發生使短路口爆炸造成系列停電。

3.??? 改造方案

我單位母線提升裝置的原設計方案，是在母線框架側面安裝齒條，通過氣動馬達帶動齒輪在齒條上行走，然后驅動擰緊裝置機架。擰緊裝置起到對小盒卡具擰緊和擰松的作用。齒輪和齒條起到行走的作用，升降氣缸起到擰緊裝置升降的作用。薄膜氣缸通氣動作，抱腿抱緊陽極導桿與鋁母線緊密接觸，進行抬母線。而所有動作均采用氣控換向閥對其控制。

所使用的擰緊裝置行走馬達和擰緊馬達均采用英格索蘭4048U2馬達其在0.6MPa壓力下所能提供的擰緊力僅能達到350N*M。其用在行走機構上可以完全滿足需求。但若用在擰緊裝置上遠遠達不到小盒卡具擰緊所需要的2000N*M。所以各鋁廠均采用馬達擰緊和人工復緊相結合的操作辦法。

3.1? 上部氣缸更換為彈簧氣缸

彈簧氣缸在不通氣的狀態下起到壓緊鋁導桿和鋁母線的作用，通氣狀態下使鋁導桿夾緊裝置處于自由狀態。與普通氣缸正好相反。故而避免了因氣路故障而引起鋁導桿與鋁母線脫離的事故。

目前我單位所采用上部氣缸為薄膜氣缸缸徑為160mm，在額定壓力0.6MPa，其可以提供的壓力為：

F0.6×106×3.14×（0.16÷2）2≈12200（N）（1—1）

改造為彈簧氣缸后為了保障彈簧彈力能滿足要求，所提供額定彈簧力為：

12200×120%=14600（N）（1—2）

將彈簧氣缸缸徑增加到180mm。其可提供的恢復力為：F0.6×106×3.14×（0.18÷2）2≈15200（N）（1—3）

大于額定彈簧力，其中F為活塞桿提供的壓力、為氣體壓強、為活塞面積、為活塞半徑。

3.2? 增加增壓設備

鑒于目前我單位地面風壓力最高只有0.48Mpa，達不到彈簧氣缸使用的額定壓力0.6Mpa，所以設計增加1 臺增壓器。

增壓器是采用大直徑氣體驅動活塞與小直徑加壓活塞連接在一起的結構，利用兩個活塞的面積比產生壓力比，可以使原有壓力增加1 倍以上，可以滿足我們的使用要求。

3.3? 改裝風炮扳手

風炮扳手是結合原有裝置的優點，并根據風炮的工作原理，把原有擰緊裝置靠馬達的擰緊力，改為靠旋轉沖擊力來完成小盒卡具的擰緊工作。其最大擰緊力矩可達到3200N*M（0.6MPa壓力）。遠超小盒卡具擰緊所需要的2000N*M。

4.??? 結束語

通過技術改造提升了母線提升作業的安全性，母線提升作業時電解槽槽電壓更穩定（由于上部擺緊彈簧氣缸抱緊力更穩定），有效防止了抬母線時宊發效應;母線提升過程中上部擺緊彈簧氣缸處于斷氣狀態，有效解決了因天車空壓機宊然斷氣造成陽極導桿壓不緊水平母線而發生重大安全事故的隱患，比改造前更加安全可靠;風炮扳手擰緊力比原有馬達擰緊力大，可降低陽極導桿壓降;改造后在操作及維修方面與改造前沒有差別。

參考文獻：

[1]梁偉，提高陽極母線提升機安全運行.科技向導，18期（卷），2012年

[2]殷華彬，電解廠母線提升機改造技術協議及方案.中鋁青海分公司電解廠，2019年