鉛電解車間成套裝備關鍵技術探討與實踐

中圖分類號：TF812 文獻標志碼：B 文章編號：1004-4345（2025）02-0025-04

Exploration andPracticeof Key Technologies fora Complete Setof Equipment in Lead Tankhouse

XIONG Jiazhi12， PENG Hongdao12， CHEN Hao12， YANG Guang1，2 （1.China Nerin Engineering Co.，Ltd.，Nanchang，Jiangxi 33Oo38，China; 2.Jiangxi Nerin Equipment Co.，Ltd.， Nanchang，Jiangxi 330o32， China）

AbstractInresponsetolong-termdependenceonimportedlead electrolysisunitsandinsuficientstabilityofkeyprocesses，a complete set of lead electrolysis equipment with independent intelectual propertyrights has been developed basedon a new 480kt/a （2 projectofalargedomesticleadsmeltingenterprise.Thethreemajortechnicalbotlenecksexistigintetraditioalequpmenthave beensystematicallysolvedbytheinnovativedesignofaverticalinsertionsystemofleadstartingshets，asegmentedhigpresure cleaningsystemforconductiverods，andnon-destructiveseparationtechnologyforleadrodinterfaces：1）Thedeviationinthe pendencycontrolofthestartingsheetsleadstoahighshortcircuitrateintheelectrolysis;2）Teloweficiencyofremovingsedient onthesurfaceofconductiverodsleads toanincrease inenergyconsumption;3）Themechanicalwearduring theseparationof plate androdleadstoshortservicelifeoftheconductiverodIndustrialapplicationshaveshowthatthenewtechnologyhasrducedthe short-circuit rate in the electrolysis from 1.12% to 0.43% ，improved the operating efficiency of the unit to 11.5 s/pair， extended the service life of the conductive rod by 12.8% ，and significantly optimized the economic and technical indicators of the electrolysis.

Keywords lead electrolysis; cathode plate spacing; rod-plate separation; high-pressure cleaning

鉛電解機組作為鋁電解車間的核心裝備，其運行效能與工藝穩定性直接決定著鉛電解車間的產能規模及產品質量。目前，該成套裝備的技術長期被國外壟斷，雖有國內企業開展了技術消化與吸收工作，但未取得較大的技術突破，設備運行中的關鍵工藝問題仍未得到解決。行業調查表明，現有鉛電解成套裝備常見的問題集中于：1）陰陽極自動排距機組排布的始極片懸垂度不足，導致電解過程中易出現短路問題2；2）導電棒表面清潔度不達標導致導電性能下降、能耗上升[3；3）鉛棒板分離效率低下與導電棒異常磨損造成的設備故障率攀升及關鍵部件壽命縮減[4]

為突破上述技術壁壘，提高國產裝備技術競爭力，江西瑞林裝備有限公司依托國內某大型鉛冶煉企業新建 480kt/a 項目，通過集成創新成功研制出成套鉛電解機組。該裝備通過多項創新技術的應用，顯著改善了設備對復雜工況的適應性，在生產效率提升、產品品質控制、導電棒使用壽命延長等方面展現出顯著優勢。本文擬重點解析該設備的關鍵技術特征與結構設計要點。

1問題分析

1.1鉛始極片懸垂度較差

在鉛電解工藝中，鉛始極片和鉛陽極板需在電解槽內保持精確等距排列。過大的極距會導致電解的沉積電流效率下降，過小的極距則易引發極板接觸短路。因此，鉛始極片的懸垂度偏差會直接影響間距的穩定性。受限于材質特性與幾何尺寸，鉛始極片的機械性能剛性較差，在轉運和插裝過程中極易發生變形，因此懸垂度控制成為陰陽極自動排距機組的核心工藝指標。生產工藝通常要求入槽前鉛始極片懸垂度偏差應嚴格控制在 ±15mm 范圍內，但傳統機組實測懸垂度分布存在顯著偏差，如圖1所示。

圖2展示了傳統鉛電解陰陽極板自動排距的插入形式。其工作原理為：鉛始極片通過掛鉤支撐定位，由電機驅動絲桿傳動機構帶動始極片從上往下垂直插入前后陽極板之間，完成前后陽極板間的極距設置。然而，該方法僅支持垂直向下的單向插裝模式，無法實現水平側向插裝功能。從使用效果來看，鉛始極片具有薄壁、大長寬比的結構特征，材料剛度較差，在水平移載階段易引發板面擺動現象。特別是在垂直插裝過程中，鉛始極片狀態不穩定會導致鉛始極片變形，嚴重時與陽極板發生碰撞還會造成塑性壓彎，導致陰陽極板間距分布不勻，影響電解過程的正常進行。

1.2導電棒清洗不足

在鉛電解生產過程中，陰極組件由導電棒與始極片組成，其中具有銅包鋼復合結構的導電棒需經歷多周期循環使用。實際工況下，導電棒需將一端搭接于電解槽導電母排上取電，在較高的電流密度下易發熱并氧化發黑，疊加電解液面上方高溫強酸腐蝕性環境的作用，導電棒表面極易附著其他雜質。該現象直接導致導電界面電阻持續增大，導電棒導電性能持續下降，引發電解槽電壓升高、電解能耗增加及陰極銅質量降低等系列問題。

當前行業主流的導電棒清洗工藝主要包括鋼刷打磨、光棒機碰撞清洗和超聲波振動清洗三類。研究表明：使用鋼刷打磨的方式雖可有效剝離導電棒表面的附著物及氧化層，但對導電棒磨損較大，會縮短導電棒的使用壽命，且磨削產生的粉塵會對生產環境造成二次污染。光棒機清洗雖能維持較高的表面潔凈度，但存在勞動強度大、噪聲污染嚴重及操作環境惡劣等問題。超聲波振動清洗通過在酸洗槽中加入清洗劑，使導電棒在超聲波的高頻振動下取得較好的清洗效果，但需配置專用清洗劑及酸洗槽，且存在藥劑成本高、處理周期長等制約。

1.3析出鉛棒板分離效果不佳

析出鉛在完成電解后需要將導電棒與板身進行分離，鉛板經破碎處理后送至熔煉車間回用，導電棒則收集后進人清潔循環系統。棒板分離通常采用人工抽棒和機械自動抽棒兩種模式。這兩種方式雖均可實現基礎分離功能，但也都存在顯著技術短板。具體表現為：人工抽棒勞動強度大，生產效率低，不適用于規模化生產；機械抽棒方式雖可實現單根或多根導電棒同步自動抽離，但是對導電棒直線度需求較高。若棒體直線度偏差超標，易引發卡棒故障。此外，由于鉛始極片制備時鉛皮需經翻折工藝包裹導電棒，在抽棒過程中容易對導電棒表面造成較為嚴重的磨損，從而大幅縮短導電棒的使用壽命。人工抽棒、機械自動抽棒及被夾變形的導電棒如圖3所示

2解決方案

2.1鉛始極片立式插裝系統

該創新裝置主要由翻板裝置、工業機器人、多模態夾持機構及排板鏈運機構成，見圖4。創新點具體體現在：1）翻板裝置摒棄了傳統的斜提升拖平的方案，將制作完成的鉛始極片由水平狀態翻轉為豎直狀態，確保始極片在豎立過程中不會產生變形。2）工業機器人集成多自由度夾持系統，不僅可以完成夾持鉛始極片在壓紋矯平與排板鏈運工序之前的轉運，還能實現陰陽極板交替排序功能。3）靈活的插裝路徑設計，使鉛始極片可以在轉運過程中選擇從排板鏈運機的側面水平插入或者從上方垂直插入，可以有效減少鉛始極片的變形。4）移載機器人重復定位精度高，提高了轉運過程中抓放鉛始極片的準確性，大幅減少了人槽后人工調整陰陽極板的工作量。機器人移載裝置主要技術參數見表1。

面附著的清洗液，同時根據導電棒表面質量判別清洗效果，以便適時調整噴嘴的流量和壓力。

2.2導電棒分段高壓清洗系統

如圖5所示，電棒表面附著物的清洗系統由設備本體、高壓噴嘴和高壓水發生器構成。設備本體采用緩沖區、清洗區和瀝水區3段工藝布局，其中導電棒的清洗通道依次貫穿緩沖區、清洗區和瀝水區。高壓噴嘴設置在清洗區，當導電棒輸送至清洗區時，高壓噴嘴能夠噴出壓力高達 30～100MPa 的清洗液對導電棒表面的氧化層和附著物進行清洗。這個過程是利用表面附著物和銅層結合強度與基體本身內部結合強度的區別，實現對導電棒表面附著物的快速分離。導電棒清洗后進入瀝水區，在瀝水區去除表。

在該方案中，在1個設備內即可完成導電棒的高效清洗和瀝干整個流程。相較于傳統的人工清洗、機械打磨、光棒機清洗和超聲波清洗等方式，該系統不僅提高了清洗效率和清洗質量，而且對導電棒表面銅層的損傷也相對較小，能延長導電棒的使用壽命。

2.3析出鉛板與導電棒的分離技術

如圖6所示，析出鉛板與導電棒的分離系統由壓棒裝置、割刀、無桿氣缸和托架等組件構成。壓棒裝置將析出鉛板露出的導電棒部分進行固定，板身部分則由托架進行承托，防止其在分割過程中導電棒與板身發生位移引發故障。隨后，無桿氣缸帶動割刀從鉛皮與導電棒底部形成的V形張口內進刀（見圖7）。由于鉛皮的硬度較低，隨著高強度合金鋼的割刀快速移動，張口單側的鉛皮被分割，板身得以與導電棒進行分離。

在該方案中，析出鉛板與導電棒的分離通過切割機構實現：割刀精準切入吊耳部，使導電棒與鉛皮快速分離。刀割過程中，由于鉛皮所受機械應力極小，可有效避免鉛皮和析出鉛斷裂。同時，此種分離方式消除了導電棒與鉛皮間的摩擦作用，確保導電棒表面無物理磨損，可延長其使用壽命。此外，由于導電棒無需在吊耳部中滑動，對導電棒本身在長度方向的直線度和表面缺陷要求較低，不會出現傳統抽棒方式所產生的卡阻現象。

3技術效果分析

使用創新技術后的鉛電解機組展現出以下優勢：1）機組布置方式更為靈活。使用機器人進行鉛始極片的轉運對于陰極制造機組和陰陽極自動排距機組的相對位置要求不高，只需保證取放板的位置在機器人的活動范圍內即可，鉛電解機組的配置更加靈活。2）機組智能化程度高，故障率低。機器人轉運和高效棒板分離技術的應用，不僅提高了陰陽極板的排距質量，而且提高了電解機組的運行速度，保證了物料轉移和分離的效率。因此，電解車間的整體運行速度可提高到 11.5s3^? 電解過程能耗降低。鉛始極片懸垂度的提高降低了電解過程中的短路率，新技術項目投產后電解平均短路率從 1.12% 下降到0.43% 。導電棒清洗效果提高也降低了導電棒與導電母排之間的接觸電阻，電解能耗進一步降低。4）導電棒使用周期延長。高效棒板分離技術的應用提高了棒板分離的效率、準確性和穩定性，導電棒銅層在提取過程中不會被磨損。此外，高壓水清洗技術也能避免對導電棒銅層的直接物理磨損。經試驗驗證，與傳統的鋼刷清洗相比，采用高壓水清洗技術，導電棒銅層的使用壽命延長了 12.8% 。

4結論

目前，該鉛電解機組相關新技術已在國內某大型鉛冶煉公司新建 480kt/a 項目中得到應用并成功投產。這項集成裝備技術不僅打破了國外相關領域的壟斷，而且在此基礎上結合業主的生產難點進行了針對性地解決：1）提出的鉛始極片立式插裝系統通過多自由度機器人協同作業與雙模式插裝路徑設計，將極板懸垂度控制精度提升至 ±15mm ，極間距均勻性改善率達 63% ，解決了電解短路問題。2）開發的導電棒梯度式高壓清洗系統采用 30～100MPa 可調射流與在線質量監測技術，使表面潔凈度合格率得到提升，接觸電阻得以降低，單位清洗能耗較傳統工藝下降。3）創新的鉛棒界面無損分離技術通過V形間隙楔形切割機制，實現導電棒零磨損分離，導電棒使用壽命較采用傳統抽棒工藝的大幅提升。4）整套裝備經過該項目的工業化驗證，技術經濟效益顯著，可為該設備推廣應用打下堅實基礎

參考文獻

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