鋅電積陰極板轉向輸送設備方案設計與選取

肖益民

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

鋅的主要生產工藝為濕法煉鋅工藝，傳統的濕法煉鋅過程可分為焙燒、浸出、凈化、電解沉積和熔鑄五個階段［1］，鋅電積是濕法煉鋅一個不可缺少的工藝過程。鋅電積生產工藝按其電積陰極板有效面積大小的不同分為傳統小極板生產工藝和大極板生產工藝，傳統小極板生產工藝，陰極板有效面積為1.13～2.6 m2；大極板生產工藝，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、陰極剝鋅等設備和電解槽的發展，在不斷地演變［3］，但極板在剝鋅洗刷成套設備之間的轉向輸送仍然是一個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，用含銀的鉛板作陽極，壓延純鋁板作陰極，并聯懸掛在電解槽內，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至剝鋅成套設備中進行沉鋅剝離，先在剝鋅線上進行剝離工序，剝離后的陰極板轉向輸送至洗刷線進行洗刷，然后由電解行車吊回至電解槽中。轉向輸送設備的設計、布置與選取不僅會影響到到整個剝鋅成套設備的速度和可靠性，也影響著成套剝離設備在此處的功能拓展性，直接關系到整個車間的產能。如何設計和選取合適的轉向輸送設備對整個剝鋅作業具有重要意義。

1 轉向輸送設備方案

目前國內外極板轉向輸送方案因為極板大小、場地布局及工藝要求不同而各有不同，下面對可行的幾種極板轉向輸送方案進行介紹。

1.1 多功能行車

傳統大極板剝鋅洗刷過程中，多功能行車吊起1/2電解槽陰極板送至剝鋅線進行剝離，待該批次陰極板全部完成剝鋅作業后，再用多功能行車吊運至洗刷線，完成陰極板的換向，再進行后續的洗刷作業，如圖1所示。

圖1 多功能行車方案配置

該行車轉運方案在國內大極板冶煉初始發展階段中應用較多，該方案中，換向設備可以直接利用行車，投入成本低，但是占用了行車作業時間，對提升整個車間的效率和產能有一定影響，同時剔補板等功能無法得到有效拓展。后期如果為了提升產能，需要增加行車臺數，投資成本相對較高。

1.2 橫向輸送機和移載機

在剝鋅線和洗刷線端部設計一臺橫向輸送機進行極板的橫向輸送，另各設計一臺移載機負責橫向輸送機和剝鋅線、洗刷線之間的極板移載，從而實現極板在剝鋅線和洗刷線的轉向輸送。根據功能拓展需要，可以在橫向輸送機的另一側再布置兩套移載機，分別對接剔板線和補板線，實現剔板和補板功能，如圖2所示。

圖2 橫向輸送機和移載機方案配置

橫向輸送機根據距離長遠以及實際需要可以選擇橫向鏈條輸送機、橫向輸送小車或者橫向動力缸輸送。

橫向鏈條輸送機在國內應用比較成熟，鏈條在立面形成回路，鏈條上一定距離設有吊鉤用來懸掛陰極板，鏈條的工位可以是2個，也可以根據功能需要進行工位的拓展，這種橫向輸送機方式精度較高、速度較快，在小極板剝鋅成套設備中應用廣泛，在大極板中也開始推廣應用，如圖3所示。

圖3 橫向鏈條輸送機

橫向輸送小車采用地面軌道式，電機驅動小車進行輸送，該種方式結構比較簡單，但是極板上滴落的溶液容易腐蝕底部設備，如圖4所示。

圖4 橫向輸送小車

橫向動力缸輸送方案中，動力缸推動懸掛機構往返動作，極板放置在懸掛機構上進行輸送。動力缸可以是氣缸、電缸或者油缸。根據速度需求可采用雙動力缸進行提速，如圖5所示。

圖5 橫向動力缸輸送

移載機用于橫向輸送機和剝鋅線、洗刷線之間的極板移載，根據需要可以設計成頂部移載和底部移載。

頂部移載不占用底部空間，設備不會受到極板上滴落溶液腐蝕，結構比較簡單緊湊，但是占用了上部空間，此處對極板進行干預的空間變小，另外頂部留給移載小車等其它設備進入空間受限，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，能夠留給移載小車等其他設備進入空間，但是設備容易受到極板滴落溶液腐蝕，如圖7所示。

圖7 底部移載

總的來說，橫向輸送機和移載機結合方案設備簡單，可進行一定功能拓展，速度較快，但是設備接口多，在一定程度上影響整個機組可靠性。

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和移載機方案類似，不同的是該方案屬于多片極板轉運形式。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運至橫向輸送的高架移載車上，高架移載車將多片極板進行橫向輸送，然后同樣通過移載小車將多片陰極板轉運至洗刷線上，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，但是不能進行剔板和補板功能，同時對于場地占地面積要求更大，也需要進行極板間距變化，設備接口多，所以鋅冶煉行業不多。不過在鉛、銅冶煉行業等不需要剔補板功能的殘極板輸送上有應用。

1.4 快速轉向輸送裝置

極板快速轉向輸送裝置，通過旋轉動作直接實現極板的轉向輸送。該裝置主要包括底座、旋轉裝置、提升裝置和勾取裝置。旋轉裝置包括回轉驅動裝置和其驅動的旋轉臂，回轉驅動裝置固定于底座的上端，提升裝置固定于旋轉臂的下側，勾取裝置固定于提升裝置上，提升裝置帶動勾取裝置上下運動，驅動裝置帶動勾取環內外擺動進行極板勾取，通過回轉驅動裝置實現旋轉臂的連續回轉，即可實現在兩條輸送線之間快速穩定的輸送極板，如圖9所示。整個輸送裝置的結構簡單緊湊，成本低，速度較快。但是不能進行剔板和補板功能，同時對陰極板導電頭需要換向，不過可以增加一組旋轉輸送裝置進行換向，但是占用的空間變大。

圖9 快速轉向輸送裝置

1.5 機器人移載

采用機器人移載，通過設計特定夾具，在一定范圍內可現實極板的快速轉向輸送。該種結構設計簡單，自動化和智能化水平高，同時能夠拓展剔板、廢板和補板等多個功能。正常工作時，機器人將極板從剝鋅線移載到洗刷線，當發現未剝離成功或者表面有殘鋅等狀況極板時，將極板從剝鋅線移載到剔板線，然后從補板線上補充一塊極板至洗刷線。當識別到剝鋅線出現極板變形、橫梁損壞等狀況時，可以將極板從剝鋅線移載至廢板線處理，如圖10所示。

圖10 機器人移載

多功能的拓展應用，讓機器人移載有助于整個裝備自動化和智能化的提升，但是機器人投資相對較高，在鋅冶煉行業還沒有大范圍應用，在新建的對自動化要求高的冶煉廠已開始應用。

2 極板旋轉輸送方案對比與選取

通過對比各種極板旋轉輸送方案，我們可以發現不同方案具有不同優勢，見表1。多功能行車轉運，成本低，占用廠房空間面積小。橫向輸送和移載機具有較好的功能拓展性，成本速度都相對適中，可靠性相對偏低。移載小車和高架移載車在各方面優勢不是太明顯，在鋅冶煉領域少有應用。快速轉向輸送裝置成本低、速度快，設備接口少，可靠性高，功能拓展性一般，在自動剔補板要求不高的場合可以應用。機器人移載在速度、可靠性和更能拓展性方面都具有優勢，但成本投資偏高，不過隨著技術的發展、成本的降低以及未來對自動化和智能化水平要求的提高，機器人移載具有更廣泛的應用前景。

表1 極板旋轉輸送方案對比

3 結語

在鋅電積工序中，懸掛極板需要在剝鋅線和洗刷線之間進行180°的轉向輸送，轉向輸送的可靠性以及快速性往往影響著整個車間的產能。本文對轉向輸送的主要幾種配置方式和工作原理進行介紹。傳統的多功能行車可以降低投資成本，橫向輸送機和移載機應用相對來說比較成熟，移載小車和高價移載車應用不多，快速轉向輸送裝置是特定情況下的一種合適選擇。而機器人移載是未來自動化和智能化提升的一個重要方向。綜合對比各種方案的優缺點，為冶金行業極板轉向輸送的設計和應用提供參考。