陰極銅剝片裝置的優化改造

江越文

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴溪冶煉廠（以下稱貴冶）陰極銅生產主要工藝是先火法煉制粗銅陽極板，再電解精煉得到最終產品陰極銅［1］。陰極銅剝片機組是貴冶電解車間三系列生產陰極銅的最后一道工序，產品陰極銅需要在該機組進行洗滌、剝離、堆垛、輸出等工序［2］。核心區域剝片裝置正是對陰極銅進行剝離，由于剝片區域故障多、檢修時間長，導致剝片機組作業率難以提高。為此，需要降低剝片裝置故障率，縮短故障處理時間。

2 剝片機組簡介

2.1 機組構成

電解車間三系列剝片機組結合現場工況經過不斷優化，移除了取樣裝置、壓紋裝置和打包裝置，增設了二次洗滌裝置。目前機組由14個部分組成，如圖 1，分別是 ：（1）接受裝置 ；（2）洗滌裝置 ；（3）1#移載裝置；（4）橫送裝置；（5）撓曲裝置；（6）剝片裝置；（7）3#移載裝置；（8）次品陰極板輸出裝置；（9）2#移載裝置；（10）陰極板輸出裝置；（11）陰極銅輸送裝置；（12）二次洗滌裝置；（13）陰極銅堆垛裝置；（14）陰極銅輸出裝置［3］。

2.2 剝片裝置區域構成及功能

剝片裝置的功能主要是將陰極銅從陰極板分離［4］，該區域主要由鑿刀部位、機械手部位和分離部位等部分組成［5］。鑿刀部位包括鑿刀、鑿刀升降油缸、鑿刀導向桿、鑿刀夾緊油缸以及鑿刀機架；機械手部位包括機械手、舉升油缸、滑動軸承、偏心軸承、弧形軌道以及弧形面板；分離部位由分離油缸及分離梁構成。

當陰極銅移入剝片裝置區域，南北兩側鑿刀夾緊并且落下將銅板從陰極板分開至機械手抓取位置，然后由滑動裝置帶動機械手在弧形面板上滾動，分離梁帶動機械手對陰極銅進行徹底分離，放在輸送運輸機上，然后進入到下一步工序。

圖1 剝片機組構成及工藝流程

3 故障原因以及解決方案

從剝片區域設備結構可以看出：該區域油缸種類多，各部位銜接緊密，動作快速且頻繁，鑿刀工作次數高達單日3500次，機械手和分離部位動作次數更為頻繁，造成該區域的故障率居高不下，影響整臺機組的運行速度。

為了滿足日常生產需求，提高機組作業率，需要降低機組故障率，減少故障檢修時間，從設備結構、材質、檢修方案等三個方面分析研究，查找出造成剝片裝置故障率高居不下的主要原因是：鑿刀機架固定座銅套不耐磨、機械手弧形面板材料選用不合理、分離油缸材質選用不合理、分離梁設計不合理等四個因素，并針對性地予以改進。附表1：機組部件年度故障次數及使用壽命統計表。

表1 機組部件年度故障次數及使用壽命

3.1 鑿刀機架固定座銅套不耐磨

在鑿刀部位，鑿刀導向桿通過銷軸吊裝在鑿刀機架固定座上，見圖2。由于鑿刀夾緊油缸動作，會使鑿刀油缸出現小幅度擺動，會造成銷軸與機架固定座銅套產生磨損，而且鑿刀導向桿自重大，這種載荷情況下會加劇固定座銅套磨損，見圖3，最終導致鑿刀不能貼緊陰極板而出現“頂刀”現象，頻繁頂刀會嚴重制約機組的作業速度，并且加快鑿刀的磨損。

圖2 鑿刀導向桿裝配示意圖

為了解決銅套磨損帶來的問題，將鑿刀機架固定座銅套換成關節軸承，這種軸承具有承載能力強、耐沖擊、防腐蝕、大角度調心等眾多優點[6]。安裝關節軸承的固定座避免了銅套與銷軸之間的磨損，并且加大了固定座的承載能力，見圖4。通過觀察，軸承在使用一段時間后，并未出現磨損現象，鑿刀的使用壽命明顯提高，基本解決了由于鑿刀固定座銅套磨損帶來的設備故障。

圖 3 原鑿刀機架固定座

圖 4 改進后鑿刀機架固定座

3.2 機械手弧形面板材質選用不合理

當陰極銅被鑿刀從陰極板上鏟開時，機械手裝置將抓住銅板，然后通過油缸將銅板帶到水平位置。這一過程機械手裝置的偏心軸承要在弧形面板上滾動。由于機械手頻繁動作，使偏心軸承與弧形面板的接觸面產生滾動接觸疲勞磨損［7］，弧形面板表面會逐漸形成凹槽，見圖5，機械手動作時就會產生晃動，最終導致機械手裝置使用壽命的降低。如果機械手不能一次性將銅板剝離，分離梁就必須反復動作。這樣就會減少分離梁的使用壽命。

圖5 弧形面板磨損示意圖

經過分析，機械手部位故障主要由弧形面板接觸疲勞磨損引起。弧形面板材質為Q235碳素結構鋼。現場工況下弧形面板更換周期為3個月，使用壽命較短，因此需要提高弧形面板表面硬度，對弧形面板整體進行滲碳處理，滲碳層深度為0.5mm，滲碳后表面耐磨性大幅度提高，表面硬度達到58HRC。在同一工況下將改進后弧形面板與改進前的面板進行對比，改造后面板的磨痕明顯減少。經過現場實測，改進后弧形面板更換周期延長至6個月。

3.3 分離油缸材質選用不合理

陰極板進人剝片裝置區域前需要在洗滌裝置中將陽極泥洗凈，如圖1，進入到剝片裝置區域時陰極板仍殘留少量酸水。分離油缸在陰極板下方，殘留的酸水會沿著陰極板流到分離油缸上，分離油缸材質為45號鋼，耐腐蝕性能差，導致分離油缸后鋼套產生化學腐蝕出現漏油，嚴重影響分離油缸使用壽命。

針對分離油缸不耐腐蝕這一問題，對油缸進行改良。將分離油缸鋼筒、前鋼套、后鋼套、耳軸材質改為304不銹鋼，考慮到耐磨性能及強度要求，活塞和活塞桿材質不變。改良后分離油缸耐腐蝕性能大幅度提升，徹底解決了分離油缸由于材質原因導致的設備故障。

3.4 分離梁設計不合理

分離梁是由油缸支承架與橫梁以焊接形式連接組成，其鋼材的厚度僅為4mm，如圖6。橫梁經過長期運行容易出現斷裂現象，導致故障產生，影響機組作業速度。改造前分離梁為焊接整體式設計，由于分離梁在剝下架下方，空間狹小導致更換步驟繁瑣。更換分離梁首先需要拆除舉升油缸，然后拆除上方鏈條和軌道，其次再拆除舊的分離梁。等到安裝完新分離梁之后再裝上油缸，鏈條和軌道。其中拆裝鏈條和軌道耗費了大量的時間。

圖6 整體式分離梁結構

由于分離梁設計上的缺陷，導致故障頻發，檢修耗時長。針對這些問題，對分離梁進行改造，鋼材厚度由原來4mm增至6mm，并對整體式分離橫梁改為分體式分離橫梁，支撐架與橫梁之間的連接形式改為螺栓連接，且在外部加焊。從圖7中可以看出改造后分離梁為分體式模塊化結構。結構改進后，分離梁故障率大幅度降低，使用壽命由4個月提高至18個月。

結構的改進也簡化了安裝步驟，拆除油缸和舊梁之后，將新橫梁從鏈條中間穿過，油缸支承架分別從鏈條兩側移入，然后用高強度螺栓連接，并在對接口進行焊接加固。此項改進可以避免拆裝鏈條和軌道，檢修用時由原先平均7個小時下降到3.8個小時，提高了檢修效率。

圖7 分體式分離梁結構

4 改進效果

通過對優化后的設備進行跟蹤觀察，統計出了優化后的部件年度故障次數及使用壽命，由表2可知，鑿刀故障率下降40%，使用壽命提高67%；機械手故障率下降67%，使用壽命提高100%；分離油缸故障率下降50%，使用壽命提高100%；分離梁故障率下降50%，使用壽命提高50%。

表2 優化前后年度故障次數及使用壽命對比

5 結語

通過對剝片裝置進行的設備改造，提高了備件的使用壽命，降低了設備的故障率，縮短了檢修時間，降低了勞動強度，顯著提高了整個剝片機組的作業率。這種“部件改進、整體提高”的設備改造新方式，基于“分體式、模塊化”設計思路，效果顯著，值得借鑒。