淺談陽極組裝車間工藝流程

曾 勇，朱東旭，曹彥坤

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

預焙陽極是現代鋁電解槽的“心臟”。它的質量和工作狀況不僅影響電解生產的正常運行，而且對電解質溫度、電流效率、電能消耗和鋁液質量等經濟技術指標都有很大影響[1]。預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桿、鋼爪和預焙陽極炭塊組合成為預焙陽極組的工藝過程，通常導桿和鋼爪以焊接的形式，鋼爪頭和預焙陽極炭塊以磷生鐵澆鑄的形式連接在一起。某廠預焙單陽極組如下圖所示：

圖1 預焙單陽極組

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進行破碎篩分，并將破碎后的電解質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。

4)經磷鐵環壓脫機壓脫下來的磷生鐵經過磷鐵環清理機清理之后返回中頻爐循環使用。

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清理、殘極拋丸清理、殘極壓脫、磷鐵環壓脫、鋼爪拋丸清理、導桿/鋼爪維修、導桿清刷、蘸石墨、澆鑄磷生鐵等流水作業站，組裝出新極，再經裝卸站卸下并由陽極拖車運至新極貯存區。裝卸站、電解質清理站清理下的電解質經破碎系統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帶式輸送機送至殘極炭塊處理區；磷鐵環壓脫機壓下的鋼爪上的磷鐵環經清理滾筒清理后，返回中頻爐使用。

3 工藝流程

懸鏈生產線是本車間的主體，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，殘極在不同的作業站接受相應的處理，最終組裝成合格的新陽極組在裝卸站下線。懸鏈輸送系統是自動化陽極組裝車間生產線上的輸送機械，是一種機械化、自動化作業、運行可靠、生產效率高的運載機械。它的主要作用是把殘極導桿組由裝卸站輸送到各崗位進行處理，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，校正導桿位置，使導桿進入懸鏈小車上的鐘罩內并鎖緊，小車攜帶殘極依次進入其他各作業站。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，釋放吊具的導桿鎖緊機構卸下導桿，隨后陽極拖車將盛有新極的托盤送至新極貯存區。裝卸站主要設備為裝卸站和帶式輸送機。

4.2 電解質清理站

電解質清理站一般設有四個清理工位，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%的電解質清理下來。殘極在各工位之間的運輸由步進推車機完成，整個過程由PLC完成控制。電解質清理站清理下來的電解質塊度一般不大于300x300x300（mm），經電解質清理機下方的帶式輸送機送往電解質破碎區，殘極由懸鏈送至殘極拋丸清理站。

電解質清理站的主要設備為自動電解質清理機、手動電解質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、炭塊氧化層以及其他雜質清理掉。清理下來的雜質廢棄，清理完的導桿組由懸鏈送至殘極壓脫站。殘極拋丸清理一般設置兩個工位，拋丸工位和吹掃工位，當殘極到達拋丸工位后（由積放式懸掛輸送機上的停止器定位），PLC向系統發出信號，拋丸機從不同方向對殘極表面噴射鋼丸（在噴射鋼丸的過程中，殘極可360°旋轉），噴射出的鋼丸經螺旋輸送機和斗式提升機完成回收和循環利用；拋丸工作結束后殘極經積放式懸掛輸送機上的步進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。因該設備需要的壓縮空氣用量比較大，為了保證設備用氣的穩定性，故該設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，壓脫后的導桿組由懸鏈送至磷鐵環壓脫站。殘極壓脫站的主要設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 磷鐵環壓脫站

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

磷鐵環壓脫站的主要設備為自動磷鐵環壓脫機和波狀擋邊帶式輸送機。

4.6 磷鐵環清理站

鐵環在滾筒內靠轉動自磨將雜質清理掉，除去雜質的鐵環再送至中頻爐重熔使用，清理下來的雜質廢棄。

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、氧化層及其他雜質清理掉。清理下來的雜質廢棄，導桿組由懸鏈送至檢修站。

4.8 導桿/鋼爪檢修站

在檢修站對導桿組外觀及尺寸進行人工檢測。根據檢測結果，由懸鏈分別送至導桿矯直站、鋼爪矯直站或下鏈維修，檢測合格的導桿組由懸鏈送至導桿清刷站。在導桿矯直站和鋼爪矯直站分別設有導桿矯直機和鋼爪矯直機，對使用過程中彎曲的導桿和鋼爪進行矯直。如導桿組有損壞，或變形較大無法在線矯直的導桿組則由導桿移動升降臺車卸下修理，該修理區域設有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、鋁導桿環縫焊裝置等設備。

4.9 導桿清刷站

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

導桿清刷站的主要設備為導桿清刷機。

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。蘸好石墨的導桿由懸鏈送至鋼爪烘干站。

蘸石墨站的主要設備為蘸石墨機。

4.11 鋼爪烘干站

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

鋼爪烘干站的主要設備為鋼爪烘干機。

4.12 磷生鐵澆鑄站

磷生鐵澆鑄站將導桿組和新炭塊配對組合，并在炭碗中澆鑄磷生鐵，使導桿組與炭塊結合在一起成為新極。新炭塊從炭塊庫經鏈板式輸送機送至澆鑄工位；中頻爐內熔化的磷生鐵水倒入澆鑄小車上的抬包，抬包經澆鑄小車上的軌道送至澆鑄工位；導桿組由懸鏈送至澆鑄工位；炭碗與導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備為中頻爐和澆鑄站。

5 結束語

陽極組裝發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線是貴鋁自日輕引進的由法國ECL公司提供的成套設備[3]。近年來，我國的電解鋁技術飛躍發展，單系列產能達到了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效率的基礎上，還需要注重上下游各工作站之間的生產節拍，通過總結上述各個工作站的生產特點，也有助于今后自動化陽極組裝車間的設計優化。