電積槽陰極板吊具研發與應用

李恩龍，杜學海，崔文杰，任文明，王九策

（河南中原黃金冶煉廠有限責任公司，河南三門峽 472100）

0 引言

在銅電解精煉過程中，為維持電解液中的銅、酸及雜質離子都在規定范圍內，必須采用對電解液進行凈化和調整。凈化和調整是通過蒸發濃縮析出結晶硫酸銅、硫酸鎳和采用不溶陽極電積法脫銅、脫雜質實現的。

不溶陽極電積法就是將廢電解液或硫酸銅結晶母液中的銅基本脫除，同時除去大部分的砷、銻、鉍。這段工藝是以鉛、錫、鈣合金作為不溶陽極，以含雜硫酸和硫酸銅的混合液作為電積液。通電后，溶液中的銅離子（Cu2+）向陰極移動，到達陰極后獲得電子而在陰極析出銅，也稱電積銅。

不溶陽極電積法工藝流程第二段（共分為三段）是用陽極銅板的電解殘留（簡稱殘極）作為陰極得到黑銅板，陰、陽極板之間距離100 mm，陰極板耳朵厚度48 mm，陽極耳朵厚度28 mm，二者外耳朵平行之間的間隙只有24 mm。陰極板與陽極鉛板外耳之間縫隙太小，導致吊裝陰極板時通過鉤掛外耳的方案在使用過程下鉤困難，吊具吊鉤很容易剮蹭陽極板，使陽極板位置偏離。如果陽極板位置偏離，就需要重新擺放陽極板，導致工作量增加。顯然，采用傳統吊具不能滿足生產要求，并且安全性差，因此需要設計專用的電積槽陰極板吊具。

1 工作原理

采用鉤掛陰極板內耳的方案，即通過吊鉤平移鉤掛陰極板內耳。吊具上設計有各帶18 個鉤的移動橫梁和靜止橫梁，移動橫梁通過鏈輪、鏈條、滾珠絲杠傳動機構帶動水平移動，這樣移動橫梁和靜止橫梁上對應的每對L 形吊鉤相對位置就能增寬或收窄。使用時，兩個橫梁距離先收窄使L 形吊鉤進入陰極板內耳之間，再把兩個橫梁距離增寬，使電積陰極板的兩個內耳牢靠地掛在背靠背設置的一對L 形吊鉤上，由于在兩根梁上并排安裝18 對L 形吊鉤，每次可以同時吊起18 塊陰極板，并對其進行起吊、移動、安放[1]。

2 研發設計要點

2.1 吊具結構

吊具主要分為兩類：軟索式吊具、剛性框架式吊具[2]。

軟索式吊具為常規性吊具，主要由軟索（吊帶、吊繩、鏈條）與吊鉤配合使用，適用于被吊物裝配位置與起吊設備掛吊點之間無障礙物，即起吊過程中吊繩不會與其他物品發生干涉的場景。

剛性框架式吊具主體為剛性框架結構，適用于被吊物安裝位置與起吊設備掛吊點之間有障礙物的場景。在有障礙物的情況下，因吊繩會與障礙物干涉，軟索式吊具無法使用。

電解凈液電積陰極板吊具是一種多吊點吊具，同時具有軟索式吊具、剛性框架式吊具的二者的特點，基本組件包括：吊鏈、絕緣吊環、吊架、驅動機構，吊鏈的下端與絕緣吊環的上端相連，絕緣吊環的下端與吊架上的吊耳相連（圖1）。

圖1 電解凈液電積陰極板吊具結構

吊架包括兩個平行設置的前橫梁和后橫梁，吊架上設有驅動機構。前橫梁頂部的兩端以及后橫梁頂部的兩端分別設有和絕緣吊環相適配的吊耳，兩橫梁的兩端分別固定在左連接板和右連接板上，且后橫梁在驅動機構的驅動下可在連接板滑槽內水平移動。前橫梁和后橫梁的外側沿軸向設有前垂直板和后垂直板，前垂直板和后垂直板的下部分別設有18 根吊鉤。吊鉤為L 形吊鉤，前垂直板和后垂直板上的L 形吊鉤相背設置，

驅動機構設于前橫梁上，前垂直板和后垂直板的兩端分別設有限位板。驅動機構包括左滾珠絲桿、右滾珠絲桿、左推力軸承、右推力軸承、左鏈輪、右鏈輪、鏈條、主動鏈輪、主動鏈輪軸、搖柄。主動鏈輪軸通過軸承座固定在前橫梁的中部，左滾珠絲桿、右滾珠絲桿的固定端分別設有左鏈輪、右鏈輪，且左滾珠絲桿和右滾珠絲桿的固定端分別通過左推力軸承、右推力軸承固定在前橫梁上。左滾珠絲桿和右滾珠絲桿的螺母和后橫梁固定連接，左滾珠絲桿、右滾珠絲桿的活動端依次穿過前橫梁、后橫梁，并和固定在橫梁上的螺母螺紋連接。主動鏈輪軸上間隔設有兩個鏈輪，一個鏈輪通過鏈條和左鏈輪連接，另一個鏈輪通過鏈條和右鏈輪連接，主動鏈輪軸和搖柄連接。

左連接板和右連接板內相對設有左長圓孔和右長圓孔，左長圓孔和右長圓孔的兩端均設有限位柱，限位柱固定在左連接板和右連接板的外側。后橫梁的兩端設有滑塊，兩滑塊分別滑動設于左長圓孔和右長圓孔內。滑塊外端面的中部設有限位塊，限位塊的兩側設有和限位柱相適配的限位螺栓。

吊耳上的絕緣吊環由兩個相互垂直的上、下U 形卡環組成，下U 形卡環的開口端朝下，上U 形卡環的開口端朝上，下U 形卡環與吊耳相連，上U 形卡環與吊鏈下端連接。上、下兩個U 形卡環圍合的區域內設有長方體形的絕緣電木，下U 形卡環和上U 形卡環的螺栓分別穿過絕緣電木，螺栓通過膠木間隔絕緣并連接在一起。

L 形吊鉤由豎直部和水平部組成，豎直部通過螺栓螺母固定在前垂直板或后垂直板上，水平部的外端設有鋸齒狀的防滑齒，防滑齒通過沉頭螺釘固定在L 形吊鉤的水平部上。

2.2 吊點位置選擇

本吊具吊掛點必須垂直位于被吊物重心的正上方，從受力情況、使用壽命等方面考慮，吊鏈或吊繩間的夾角應在30°～90°之間。通過改變吊鏈長度和掛吊點位控制吊鏈間的夾角60°，并確保掛吊點與被吊物重心在一條豎直線上，保證被吊物平穩、水平吊起。

2.3 安全系數確定

吊具在使用過程中必須保證使用者和被吊物的安全，因此，安全性是吊具設計過程的重中之重。吊裝時物體存在加速移動的現象，吊具所受的拉力大于物體本身的重力。如果吊裝過程中物品發生頓挫，瞬間的沖擊力甚至超過物品重力的3 倍以上。所以，在設計吊裝工具時一定要慎重考慮沖擊載荷的因素。根據JB/T 8521—2007《編織吊索安全性》規定，本吊具選用6 倍安全系數[3]。

2.4 材料選取

本吊物陰極板表面不需要保護，考慮到工作環境有硫酸腐蝕，因此選用耐腐蝕的304 不銹鋼常用型材，通過切割后組合焊接而成。

2.5 強度校核

吊具設計完成后，進行CAE 受力分析，用計算機輔助求解分析優化吊具的結構力學性能[4]，受力后最大彈性變形在允許范圍內并達到6 倍安全系數要求。

通過類比設計和功能相似性分析的有機結合，對吊具中關鍵設計部分相似性的集中辨識，并對相似產品或不同類型產品的關鍵相似點進行比較，校核零件強度的可靠性。

3 操作方法

當電解槽陰極板吸附電解銅數量完成后，先順時針搖動搖柄，通過主動鏈輪的順時針轉動帶動左鏈輪、右鏈輪的順時針轉動，左滾珠絲桿、右滾珠絲桿轉動，再通過左推力軸承、右推力軸承和絲杠螺母推動前橫梁第二橫梁相對運動互相靠近，使背靠背成對設置的L 形吊鉤之間的距離小于電積陰極板內耳之間的距離。

利用電動葫蘆將電積陰極板吊具吊至電積陰極板上方，并慢慢下降使L 形吊鉤進入電積陰極板內耳內，工作人員一只手扶著前橫梁使其不再移動，另一只手逆時針搖動搖柄，通過主動鏈輪的逆時針轉動帶動左鏈輪、右鏈輪逆時針轉動，左滾珠絲桿、右滾珠絲桿轉動，通過左推力軸承、右推力軸承和絲杠螺母使前橫梁、后橫梁慢慢遠離，使背靠背設置的成對L 形吊鉤之間的距離慢慢增大，進而使電積陰極板的兩內耳牢牢掛在L 形吊鉤上。其中，L 形吊鉤上防滑齒的設置增大了內耳和L 形吊鉤之間的摩擦力，保證鉤掛牢靠。檢查各個鉤齒掛牢陰極板無誤后，利用電動葫蘆起吊陰極板到規定位置。

4 結論

電積槽陰極板吊具的研發成功解決了電解銅凈液工段電積槽陰極板的吊裝難題，提高了工作效率，經過一年多的實際應用，證明該吊具設計簡單實用，還可以根據需要改造成用于其他類似工況的吊具，具有推廣價值。