提高陰極銅剝片機組鏈條使用壽命的實踐

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

質量是企業的生命，成本是企業生存的保障，在設備維護方面要盡可能做到物盡其用，最大程度發揮備件的使用價值，但在實際生產過程中，由于工況改變或是原始設計與現場不契合等原因，備件達不到正常使用壽命的情況不在少數。貴溪冶煉廠ISA 法陰極銅剝片機組備件成本中鏈條備件的成本占了很多大一部分，特別是輸送鏈條和橫送鏈條，一方面是鏈條單價較高，另一方面是鏈條的設計與現場工況不相符。致使鏈條故障率較高，備件損耗較快。在大力推進降本增效的今天，如何控制備件成本，提高設備使用壽命是非常必要的［1］。

2 剝片機組運行現狀

2.1 機組的工藝流程

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，產品陰極銅需要通過該機組的洗滌運輸機進行洗滌，再通過橫送運輸機傳送至剝片裝置進行剝離，剝下的陰極銅通過輸送運輸機至堆垛裝置，堆垛成型的陰極銅最后通過輸出運輸機送出機組［2］。每種運輸機都包括：驅動設備（液壓馬達或電機），傳動設備（鏈輪、軸），執行設備（鏈條）。在運輸機運轉過程中，其附屬設備鏈條一直在滾動或是滑動，其磨損最為直接，并且由于鏈條價格較高，因此鏈條是設備管理人員最需要關注的機組設備之一。

2.2 鏈條的消耗情況

鏈條的更換依據是其存在劣化程度達到不可控的范圍或是引發的設備故障嚴重影響機組作業效率。通過近幾年對各運輸機鏈條年故障發生次數及使用壽命進行統計，由表1 可以看出輸送運輸機的附屬設備輸送鏈條出現故障最多，更換最為頻繁，使用壽命只有4 個月，其次是橫送鏈條。通過現場調查，輸送鏈條故障主要表現為鏈條運行卡頓、脫軌、錯位、銹蝕、拉長、斷裂，橫送鏈條故障主要表現為鏈條運行卡頓、脫軌、拉長、斷裂。這些故障嚴重制約了鏈條的正常使用。

表1 機組運輸機附屬鏈條年故障次數及使用壽命

3 輸送鏈條故障原因及優化方案

3.1 二次洗滌對輸送運輸機腐蝕較大

為了滿足陰極銅洗滌質量要求，剝片機組輸送運輸機部位增設了二次洗滌裝置［3］，如圖1。二次洗滌在使用過程中殘留的洗滌水酸性較大，會對碳鋼材質的部件造成腐蝕，由于輸送運輸機框架材質為Q235 碳素結構鋼，洗滌水長期腐蝕致框架鏤空，造成鏈條下沉，最終導致鏈條卡住致使故障頻發。由于輸送鏈輪材質為45 號鋼，二次洗滌的酸水同樣也會對其產生腐蝕，加劇鏈輪齒尖的磨損。當鏈輪齒尖磨損到一定程度后，極易產生鏈條跳齒的現象，造成鏈條錯位從而引發故障，如圖2。

圖1 輸送運輸機增設二次洗滌裝置示意圖

圖2 鏈輪腐蝕導致鏈條跳齒錯位示意圖

輸送鏈條為圓柱輥子鏈條，其銷軸、滾輪材質都是45 號鋼，酸水腐蝕導致銷軸、滾輪磨損加快，間隙逐漸加大，造成了輸送鏈條整體拉長，甚至斷裂。由于陰極板重量直接作用于鏈條上，當鏈條銷軸、滾輪磨損到一定間隙后，使鏈條鏈板與軌道完全貼合，滾動摩擦變為滑動摩擦，如圖3，加大了運輸機的負載，進一步加快了鏈條的磨損速度，最終導致鏈條使用壽命降低。輸送運輸機長時間大負荷的運行易造成減速機齒輪壓板螺栓松動，從而導致齒輪破碎，引發減速機故障。

圖3 銷軸和滾輪磨損導致鏈條下沉示意圖

3.2 優化材質和結構

針對陰極銅輸送運輸機框架不耐腐蝕,將框架整體更換成304 不銹鋼材質，可有效避免框架腐蝕、漏水，鏈條下沉等故障的發生。由于輸送鏈條和鏈輪存在運動副，304 不銹鋼材質硬度不足，所以將鏈條和鏈輪材質改為高強度、高硬度兼具抗腐蝕性的SUS630 不銹鋼［4］，并且通過熱處理使其達到最佳的力學性能，能有效減輕鏈條和鏈輪的腐蝕磨損。

在此基礎上將輸送鏈條鏈板厚度由4mm 增加至6mm，進一步提升了鏈條的抗拉強度，并且在鏈條滾輪內鑲入耐磨尼龍套，如圖4。尼龍套材質選用尼龍1010，該材料具有自潤滑性、良好的耐磨性、耐熱性和耐化學性［5］，是減少金屬磨損的理想材料，能夠有效緩解鏈條銷軸、滾輪的磨損，提高鏈條的使用壽命。

圖4 滾輪鑲尼龍套示意圖

3.3 增設支撐輪裝置

為了降低輸送鏈條負載，在輸送運輸機鏈條兩側安裝不銹鋼支撐輪裝置用于支撐陰極板，其結構包括剎車緩沖裝置、主支撐輪、過渡輪，如圖5。將支撐輪裝置安裝在鏈條兩側并高于鏈條5mm 處，如圖6，這樣使得陰極銅的負載始終落在支撐輪上，剎車緩沖裝置的作用是防止陰極板在運送過程中由于慣性沖撞導致定位不準。由于支撐滾輪需要承受較大的徑向載荷，同時需具備耐磨損和腐蝕的性能，在滾輪內部鑲入耐磨尼龍套，減少滾輪和銷軸之間的磨損，提升支撐滾輪的使用壽命。支撐輪裝置的運用，減小了鏈條的負載，有效的提升了鏈條的使用壽命，并且減少了減速機的故障。

圖5 支撐輪裝置結構示意圖

圖6 支撐輪裝置安裝示意圖

4 橫送鏈條故障原因及優化方案

4.1 材質選用不合理

橫送鏈條為單根、圓柱形輥子鏈條［6］，鏈節結構由銷軸、滾輪、鋼套、鏈板組成，如圖7。該鏈條作用是將經過一次洗滌后的陰極銅移送經過撓曲裝置至剝片裝置剝離，再將剝離后的不銹鋼陰極板移送至排列運輸機，陰極銅需要在橫送鏈條上運行7 個工位，如圖8。由于陰極銅經過一次洗滌后有酸水殘留，為了減少對運輸機的腐蝕，原橫送鏈條整體采用304 不銹鋼材質，雖然可以腐蝕問題，但304 不銹鋼材質較軟，抗拉強度不足，國標304不銹鋼抗拉強度大于等于520MPa，導致鏈條在負重狀態下長時間運行容易拉長，并且304 不銹鋼材質的銷軸、滾輪、鋼套不耐磨，鏈條長期運行會有銅粉進入銷軸、鋼套之間，會加快其磨損的速度導致鏈條非正常拉長，劣化傾向加快，當鏈條拉長到一定程度時，陰極銅在鏈條上無法同時滿足7 個工位的定位要求，這時就需要整體更換鏈條。當陰極銅經過撓曲工位及剝離工位時，小的銅粒子容易掉進磨損后的銷軸、滾輪之間造成滾輪不轉，引發鏈條卡頓等故障。因此，鏈條材質選用不合理以及現場銅粉、銅粒子較多是導致橫送鏈條故障頻發，使用周期短的主要原因。

圖7 橫送鏈條鏈節結構示意圖

4.2 優化材質和結構

圖8 橫送鏈條工位示意圖

針對橫送鏈條材質較軟的問題，將鏈條銷軸、滾輪、鋼套、鏈板整體更換為SUS630 不銹鋼材質，并且熱處理使其抗拉強度達到1100～1300MPa,遠超過304 不銹鋼，既保證鏈條的抗腐蝕性又極大提高了抗拉強度及耐磨性。為了進一步減緩鏈條拉長，將鏈條銷軸與鏈板配合的部位由圓形改為方形，原因是銷軸與鏈板是間隙配合，運行過程中圓形的銷軸不可避免產生轉動，造成材料的磨損，銷軸與鏈板間隙變大，導致鏈條拉長。當銷軸與鏈板配合部位形狀改為方形就可防止銷軸轉動，減少磨損。

4.3 增設清洗裝置

為了改善鏈條外部環境，減少銅粉及細小粒子在鏈條上的附著，在橫送鏈條尾輪處增設清洗裝置，如圖9，該裝置包括一根清洗水管和兩根壓縮風管。清洗水管安裝至鏈條尾輪處，水壓要求大于0.3MPa，對鏈條進行周期性清洗，一天兩次效果較好。在清洗水管后方安裝兩根壓縮風管，風壓要求大于0.4MPa,可將大部分的洗滌水沖干，保持鏈條的清潔，仍有少量洗滌水由滾輪帶入整條軌道，可實現對鏈條的水潤滑，以減小摩擦系數。通過增加鏈條清洗裝置，可基本消除鏈條銅粉、粒子附著帶來的設備故障，提高鏈條的使用壽命。

圖9 鏈條清洗裝置安裝示意圖

5 改進效果

通過對改進后的設備進行跟蹤觀察，統計出了設備改進后的輸送鏈條及橫送鏈條年度故障次數以及使用壽命情況，通過表可以看出，輸送鏈條的故障率下降71%，使用壽命提升至改進前的3 倍，橫送鏈條的故障率下降57%，使用壽命提升至改進前的2 倍。

表2 改進后鏈條年故障次數及使用壽命

6 結語

機組的輸送鏈條及橫送鏈條使用周期短是由于鏈條內部材質及結構不合理和環境腐蝕、負載過大等外部因素造成，通過對輸送鏈條及橫送鏈條材質和結構的內部優化，并且增設支撐輪裝置、鏈條清洗裝置等措施，改善外部環境，解決了影響鏈條正常使用的內外因素，提升了機組鏈條的使用壽命，降低了機組的維護成本。