鋅電積陰極板轉(zhuǎn)向輸送設(shè)備方案設(shè)計(jì)與選取

肖益民

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410019）

鋅的主要生產(chǎn)工藝為濕法煉鋅工藝，傳統(tǒng)的濕法煉鋅過(guò)程可分為焙燒、浸出、凈化、電解沉積和熔鑄五個(gè)階段［1］，鋅電積是濕法煉鋅一個(gè)不可缺少的工藝過(guò)程。鋅電積生產(chǎn)工藝按其電積陰極板有效面積大小的不同分為傳統(tǒng)小極板生產(chǎn)工藝和大極板生產(chǎn)工藝，傳統(tǒng)小極板生產(chǎn)工藝，陰極板有效面積為1.13～2.6 m2；大極板生產(chǎn)工藝，陰極板有效面積為2.6～3.2 m2［2］。電解的布置方案隨著極板大小、陰極剝鋅等設(shè)備和電解槽的發(fā)展，在不斷地演變［3］，但極板在剝鋅洗刷成套設(shè)備之間的轉(zhuǎn)向輸送仍然是一個(gè)需要深入研究的課題。

在鋅電積工序中，鋅的電解沉積是用將凈化后的硫酸鋅溶液送入電解槽內(nèi)，用含銀的鉛板作陽(yáng)極，壓延純鋁板作陰極，并聯(lián)懸掛在電解槽內(nèi)，通以直流電，在陰極上析出金屬鋅［4］。電解行車將沉鋅陰極板從電解槽中吊運(yùn)至剝鋅成套設(shè)備中進(jìn)行沉鋅剝離，先在剝鋅線上進(jìn)行剝離工序，剝離后的陰極板轉(zhuǎn)向輸送至洗刷線進(jìn)行洗刷，然后由電解行車吊回至電解槽中。轉(zhuǎn)向輸送設(shè)備的設(shè)計(jì)、布置與選取不僅會(huì)影響到到整個(gè)剝鋅成套設(shè)備的速度和可靠性，也影響著成套剝離設(shè)備在此處的功能拓展性，直接關(guān)系到整個(gè)車間的產(chǎn)能。如何設(shè)計(jì)和選取合適的轉(zhuǎn)向輸送設(shè)備對(duì)整個(gè)剝鋅作業(yè)具有重要意義。

1 轉(zhuǎn)向輸送設(shè)備方案

目前國(guó)內(nèi)外極板轉(zhuǎn)向輸送方案因?yàn)闃O板大小、場(chǎng)地布局及工藝要求不同而各有不同，下面對(duì)可行的幾種極板轉(zhuǎn)向輸送方案進(jìn)行介紹。

1.1 多功能行車

傳統(tǒng)大極板剝鋅洗刷過(guò)程中，多功能行車吊起1/2電解槽陰極板送至剝鋅線進(jìn)行剝離，待該批次陰極板全部完成剝鋅作業(yè)后，再用多功能行車吊運(yùn)至洗刷線，完成陰極板的換向，再進(jìn)行后續(xù)的洗刷作業(yè)，如圖1所示。

圖1 多功能行車方案配置

該行車轉(zhuǎn)運(yùn)方案在國(guó)內(nèi)大極板冶煉初始發(fā)展階段中應(yīng)用較多，該方案中，換向設(shè)備可以直接利用行車，投入成本低，但是占用了行車作業(yè)時(shí)間，對(duì)提升整個(gè)車間的效率和產(chǎn)能有一定影響，同時(shí)剔補(bǔ)板等功能無(wú)法得到有效拓展。后期如果為了提升產(chǎn)能，需要增加行車臺(tái)數(shù)，投資成本相對(duì)較高。

1.2 橫向輸送機(jī)和移載機(jī)

在剝鋅線和洗刷線端部設(shè)計(jì)一臺(tái)橫向輸送機(jī)進(jìn)行極板的橫向輸送，另各設(shè)計(jì)一臺(tái)移載機(jī)負(fù)責(zé)橫向輸送機(jī)和剝鋅線、洗刷線之間的極板移載，從而實(shí)現(xiàn)極板在剝鋅線和洗刷線的轉(zhuǎn)向輸送。根據(jù)功能拓展需要，可以在橫向輸送機(jī)的另一側(cè)再布置兩套移載機(jī)，分別對(duì)接剔板線和補(bǔ)板線，實(shí)現(xiàn)剔板和補(bǔ)板功能，如圖2所示。

圖2 橫向輸送機(jī)和移載機(jī)方案配置

橫向輸送機(jī)根據(jù)距離長(zhǎng)遠(yuǎn)以及實(shí)際需要可以選擇橫向鏈條輸送機(jī)、橫向輸送小車或者橫向動(dòng)力缸輸送。

橫向鏈條輸送機(jī)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較成熟，鏈條在立面形成回路，鏈條上一定距離設(shè)有吊鉤用來(lái)懸掛陰極板，鏈條的工位可以是2個(gè)，也可以根據(jù)功能需要進(jìn)行工位的拓展，這種橫向輸送機(jī)方式精度較高、速度較快，在小極板剝鋅成套設(shè)備中應(yīng)用廣泛，在大極板中也開始推廣應(yīng)用，如圖3所示。

圖3 橫向鏈條輸送機(jī)

橫向輸送小車采用地面軌道式，電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車進(jìn)行輸送，該種方式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是極板上滴落的溶液容易腐蝕底部設(shè)備，如圖4所示。

圖4 橫向輸送小車

橫向動(dòng)力缸輸送方案中，動(dòng)力缸推動(dòng)懸掛機(jī)構(gòu)往返動(dòng)作，極板放置在懸掛機(jī)構(gòu)上進(jìn)行輸送。動(dòng)力缸可以是氣缸、電缸或者油缸。根據(jù)速度需求可采用雙動(dòng)力缸進(jìn)行提速，如圖5所示。

圖5 橫向動(dòng)力缸輸送

移載機(jī)用于橫向輸送機(jī)和剝鋅線、洗刷線之間的極板移載，根據(jù)需要可以設(shè)計(jì)成頂部移載和底部移載。

頂部移載不占用底部空間，設(shè)備不會(huì)受到極板上滴落溶液腐蝕，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單緊湊，但是占用了上部空間，此處對(duì)極板進(jìn)行干預(yù)的空間變小，另外頂部留給移載小車等其它設(shè)備進(jìn)入空間受限，如圖6所示。

圖6 頂部移載

底部移載不占用上部空間，上部空間充足，易于觀察和干預(yù)，能夠留給移載小車等其他設(shè)備進(jìn)入空間，但是設(shè)備容易受到極板滴落溶液腐蝕，如圖7所示。

圖7 底部移載

總的來(lái)說(shuō)，橫向輸送機(jī)和移載機(jī)結(jié)合方案設(shè)備簡(jiǎn)單，可進(jìn)行一定功能拓展，速度較快，但是設(shè)備接口多，在一定程度上影響整個(gè)機(jī)組可靠性。

1.3 移載小車和高架移載車

移載小車和高架移載車方案與橫向輸送機(jī)和移載機(jī)方案類似，不同的是該方案屬于多片極板轉(zhuǎn)運(yùn)形式。移載小車上可一次放置多片陰極板，移載小車一次將剝鋅線上的多片極板提起轉(zhuǎn)運(yùn)至橫向輸送的高架移載車上，高架移載車將多片極板進(jìn)行橫向輸送，然后同樣通過(guò)移載小車將多片陰極板轉(zhuǎn)運(yùn)至洗刷線上，如圖8所示。

圖8 移載小車和高架移載車

該方案能在一定程度上提升速度，但是不能進(jìn)行剔板和補(bǔ)板功能，同時(shí)對(duì)于場(chǎng)地占地面積要求更大，也需要進(jìn)行極板間距變化，設(shè)備接口多，所以鋅冶煉行業(yè)不多。不過(guò)在鉛、銅冶煉行業(yè)等不需要剔補(bǔ)板功能的殘極板輸送上有應(yīng)用。

1.4 快速轉(zhuǎn)向輸送裝置

極板快速轉(zhuǎn)向輸送裝置，通過(guò)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作直接實(shí)現(xiàn)極板的轉(zhuǎn)向輸送。該裝置主要包括底座、旋轉(zhuǎn)裝置、提升裝置和勾取裝置。旋轉(zhuǎn)裝置包括回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和其驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)臂，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置固定于底座的上端，提升裝置固定于旋轉(zhuǎn)臂的下側(cè)，勾取裝置固定于提升裝置上，提升裝置帶動(dòng)勾取裝置上下運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)勾取環(huán)內(nèi)外擺動(dòng)進(jìn)行極板勾取，通過(guò)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂的連續(xù)回轉(zhuǎn)，即可實(shí)現(xiàn)在兩條輸送線之間快速穩(wěn)定的輸送極板，如圖9所示。整個(gè)輸送裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，成本低，速度較快。但是不能進(jìn)行剔板和補(bǔ)板功能，同時(shí)對(duì)陰極板導(dǎo)電頭需要換向，不過(guò)可以增加一組旋轉(zhuǎn)輸送裝置進(jìn)行換向，但是占用的空間變大。

圖9 快速轉(zhuǎn)向輸送裝置

1.5 機(jī)器人移載

采用機(jī)器人移載，通過(guò)設(shè)計(jì)特定夾具，在一定范圍內(nèi)可現(xiàn)實(shí)極板的快速轉(zhuǎn)向輸送。該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化和智能化水平高，同時(shí)能夠拓展剔板、廢板和補(bǔ)板等多個(gè)功能。正常工作時(shí)，機(jī)器人將極板從剝鋅線移載到洗刷線，當(dāng)發(fā)現(xiàn)未剝離成功或者表面有殘鋅等狀況極板時(shí)，將極板從剝鋅線移載到剔板線，然后從補(bǔ)板線上補(bǔ)充一塊極板至洗刷線。當(dāng)識(shí)別到剝鋅線出現(xiàn)極板變形、橫梁損壞等狀況時(shí)，可以將極板從剝鋅線移載至廢板線處理，如圖10所示。

圖10 機(jī)器人移載

多功能的拓展應(yīng)用，讓機(jī)器人移載有助于整個(gè)裝備自動(dòng)化和智能化的提升，但是機(jī)器人投資相對(duì)較高，在鋅冶煉行業(yè)還沒(méi)有大范圍應(yīng)用，在新建的對(duì)自動(dòng)化要求高的冶煉廠已開始應(yīng)用。

2 極板旋轉(zhuǎn)輸送方案對(duì)比與選取

通過(guò)對(duì)比各種極板旋轉(zhuǎn)輸送方案，我們可以發(fā)現(xiàn)不同方案具有不同優(yōu)勢(shì)，見表1。多功能行車轉(zhuǎn)運(yùn)，成本低，占用廠房空間面積小。橫向輸送和移載機(jī)具有較好的功能拓展性，成本速度都相對(duì)適中，可靠性相對(duì)偏低。移載小車和高架移載車在各方面優(yōu)勢(shì)不是太明顯，在鋅冶煉領(lǐng)域少有應(yīng)用?？焖俎D(zhuǎn)向輸送裝置成本低、速度快，設(shè)備接口少，可靠性高，功能拓展性一般，在自動(dòng)剔補(bǔ)板要求不高的場(chǎng)合可以應(yīng)用。機(jī)器人移載在速度、可靠性和更能拓展性方面都具有優(yōu)勢(shì)，但成本投資偏高，不過(guò)隨著技術(shù)的發(fā)展、成本的降低以及未來(lái)對(duì)自動(dòng)化和智能化水平要求的提高，機(jī)器人移載具有更廣泛的應(yīng)用前景。

表1 極板旋轉(zhuǎn)輸送方案對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

在鋅電積工序中，懸掛極板需要在剝鋅線和洗刷線之間進(jìn)行180°的轉(zhuǎn)向輸送，轉(zhuǎn)向輸送的可靠性以及快速性往往影響著整個(gè)車間的產(chǎn)能。本文對(duì)轉(zhuǎn)向輸送的主要幾種配置方式和工作原理進(jìn)行介紹。傳統(tǒng)的多功能行車可以降低投資成本，橫向輸送機(jī)和移載機(jī)應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟，移載小車和高價(jià)移載車應(yīng)用不多，快速轉(zhuǎn)向輸送裝置是特定情況下的一種合適選擇。而機(jī)器人移載是未來(lái)自動(dòng)化和智能化提升的一個(gè)重要方向。綜合對(duì)比各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，為冶金行業(yè)極板轉(zhuǎn)向輸送的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。