炭陽極堆垛機組夾具改造的可行性分析

盧勛

摘 要：隨著炭素廠生產任務的變化，針對陽極堆垛機組氣動自鎖夾具只能夾取固定尺寸炭陽極的特點，分析相關參數，提出改造的具體方法。

關鍵詞：炭陽極堆垛機組；夾具；改造

1 炭陽極堆垛機組夾具改造提出背景

炭陽極是電解槽的“心臟”，在電解鋁生產過程中起到導電和參與電化學反應的作用。電力成本和氧化鋁成本是電解鋁企業兩大關鍵成本，隨著近兩年國家關于“自備電廠”政策的調整，處于河南的電解鋁企業喪失了成本優勢，再加上近幾年鋁產品價格一直在成本線左右徘徊，神火永城鋁板塊一直處于虧損狀態。為調結構、促轉型、謀發展，根據國家關于電解鋁發展的產業政策，神火集團決定將位于永城的電解鋁產業整體向水電資源、氧化鋁資源豐富的云南文山轉移。而作為永城電解鋁配套項目而存在的河南神火煤電股份有限公司炭素廠，必須提前謀劃發展出路。結合市場需求和我廠設備實際情況，決定對炭素廠關鍵設備進行升級改造，以滿足為云南神火鋁業有限公司生產500KA預焙電解槽所需炭陽極的需求。

炭陽極堆垛機組是炭素生產車間用來碼放、搬運陽極炭塊的專用、關鍵設備。它的工作地點主要在炭塊中轉庫（生塊庫、熟塊庫）。其工作效率和工作質量直接關系到整個炭素生產的穩定和效率。而夾具是陽極堆垛機組的關鍵部件。它的工作狀態直接決定著炭陽極堆垛機組的工作效率和質量。

2 現有陽極堆垛機組夾具存在的問題

永城炭素廠現有炭陽極堆垛機組是2001年為生產200KA預焙槽所需炭陽極所配套的產品。其結構形式見圖1。夾具采用氣動自鎖夾具，每個夾具由夾具梁和10個夾持器組成。夾持器結構見圖2。

200KA電解槽所用炭陽極尺寸為長×寬×高=1500×660×550mm，重量約為825Kg。而500KA預焙電解槽炭陽極的尺寸為長×寬×高=1750×720×650mm，重量約為1260Kg。即新產品變大變重。現有堆垛機組夾具張口尺寸、中心位置均不能滿足新產品的要求，需改造。彈簧鎖緊力能否滿足要求，需重新測算。

3 預焙陽極堆垛機組夾具改造的可行性分析

3.2 氣缸推力和彈簧鎖緊力測算

3.2.1 氣缸推力測算

經查大連起重機器廠《陽極堆垛起重機使用說明書》和設計圖紙（3432），氣動自鎖夾具選用QGBI-Z250×290型氣缸，工作范圍為0.5-0.55MPa，其理論推力見下表。即采用增加氣缸缸徑或增大工作壓強至0.6MPa兩種方式均可滿足要求。

3.2.2 彈簧鎖緊力測算

經查大連起重機器廠《陽極堆垛起重機使用說明書》和設計圖紙（3432），氣動自鎖夾具選用YA28×135×340圓柱螺旋壓縮彈簧，壓縮彈簧壓縮量≤62mm時的最小負荷為29KN。根據圖4可知彈簧復位負載（彈簧鎖緊力）和夾板夾持力是以動夾板曲臂支撐為支點的等力臂力矩，即彈簧鎖緊力與夾板夾持力相等，最小為29KN，大于500KA炭陽極生產所需的夾持力27.44KN。

3.3 運行方式的調整

原陽極堆垛機組跨距為19.5米，采用43Kg/m軌道，起升重量為22噸，其中炭陽極重量約為10噸。為保證堆垛機組運行安全，因此生產500KA電解槽用炭陽極時，每次最多只能吊運8塊炭陽極（重量：1.26×8=10.08噸；長度：1750×8=14000mm，小于夾具梁總長14420mm）。

3.4 每個夾持器張口尺寸的調整

原張口尺寸為669mm（見圖4），需調整。為保證夾持器彈簧鎖緊機構有效（根據杠桿原理，鎖緊力應≥29KN），因此每個夾持器彈簧連桿、固定連桿、氣缸安裝中心線的相對位置保持不變，通過加高活動夾板曲臂支座，同方向整體平移氣缸固定點、固定連桿安裝固定點的方式來實現。整體同步平移量為60mm，活動夾板曲臂支座加高量也是60mm。即調整后，每個夾持器的張口尺寸可達到729mm。（見圖5）

3.5 炭塊中心線與夾持器夾板中心線的調整

通過調整生陽極編組輸送鏈端頭限位，確保每8塊炭塊為一組，每組的中心與夾具梁水平中心重合。（這樣可確保每組有4塊炭陽極與夾持器夾板中心偏差≤200mm，無需調整），其余4塊，分兩種方式調整。第一種方式是加寬動、定夾板的水平寬度（定夾板加寬200mm，動夾板加寬160mm），并且動、定夾板上各增加1列抓釘（3顆）增加摩擦系數。另一種方式是夾持器安裝位置沿夾具梁方向相向移動100mm，用兩個夾持器分夾炭陽極的兩個端頭，確保炭陽極抓牢，不脫落。

3.6 改造施工注意事項

每個夾持器改造作業時，可采用二氧化碳氣體保護焊作業，盡量減少切割、焊接變形。安裝結束后要確保每個夾持器動作靈活無卡阻，夾持力進行試驗滿足夾持寬度在729mm時，夾持力不少于29KN要求。

4 結論

通過上述分析，可知在夾具梁上通過調整夾持器安裝位置，增加動夾板曲臂支撐座尺寸，完全可滿足夾持500KA炭陽極所需力矩需求和夾持空間需求，可實施改造。按照特種設備使用管理規定的要求，還需專業廠家實施，并辦理相關手續。

參考文獻：

[1]GB/T3811-2008《起重機設計規范》.

[2]機械電子工業部大連起重機器廠《陽極炭塊堆垛起重機使用說明書》和圖紙.

[3]YS/T9-2008《陽極炭塊堆垛機組》.