阴极剥片机组国产化改造应用

前言

阴极剥片机组作为阴极铜制造工艺系统中核心设备之一，机组的作业效率和稳定性对整个电解系统的生产效率有着较大的影响。而大冶有色冶炼厂30 万吨阴极剥片机组运行面临着综合性的问题，例如设备腐蚀老化、设备运行不稳定、进口备件成本高等，为方便维护设备和提高设备运行的稳定性，必须对备件进行国产化替代和改造来提升整体作业效率。

1 剥片机组组成

本剥片机组由装卸站、进出板输送小车、洗涤单元、进出板转移装置、进出板机器人、1#、2#剥片站、出板输送单元、拒收单元、电铜输送链、规整单元、收集单元、堆垛机器人、取样单元、B 级铜拒收单元、堆垛输送链、称重单元、打包单元等组成。

2 机组运行原理

电解行车将整槽的带铜母板(每槽54 块阴极，间距100mm)放到剥片机组接收架上 2 个接收站中的一个时，输送小车将整槽阴极从接收架输送到清洗链条上，输送至洗涤箱以清洗掉阴极表面的酸溶液和杂质。清洗完成后运至链条端部由转移装置移栽至抓取位，进板机器人抓取母板放至任一空位剥片站中进行铜板与母板的剥离，待剥离的母板两侧附着有电解铜，剥片站将电铜板从母板两侧分离。出板机器人抓取已剥离电铜的光板母板至出板抓取位，由出板转移装置将母板移栽至出板链条中，并由出板链将母板按 100mm 间隔排列后由出板小车转移至装载位，其中有不合格电铜或母板由机器人抓取至1#、2#拒收单元。剥离的电铜通过电铜输送链传送至规整单元进行压紧，传送至收集单元将电铜进行两块堆叠，堆垛机器人把铜片放置到堆垛升降台上，升降台同时作为称重单元来控制铜垛的重量，同时B 级铜由堆垛机器人堆放到单独的B 级铜暂存站。当阴极铜堆垛好后，堆垛升降台将铜垛放低到铜垛输送机上，在下一站点打包单元自动将铜垛打包，最后由输送机将打包好的铜垛输送至叉车转移位。

3 主要改造应用

3.1 剥片站分离框架

材料优化：原剥片机组剥片站部分主体材料为碳钢，耐磨性和抗变形能力较不锈钢好，但是作业现场环境中含弱酸性，导致框架在长时间的浸泡中腐蚀，材料强度大大降低，缺陷部分容易发生断裂，并且整体出现较大的变形和震动。国产改造中利用原设备 空间，对国产框架整体进行了重新设计安装，机组主体部分材料采用321L 不锈钢材质，源头上改善了弱酸洗涤水对机组结构本体的腐蚀；

结构优化：原剥片机组小刀装置采用油缸驱动的旋转小刀式，每个剥片站两侧配置 4 个小刀装置，分离动作时先将小刀贴近阴极母板，再由油缸驱动小刀旋转插入阴极母板与阴极铜板之间将其分离脱开，但小刀平面离阴极母板表面较近，旋转时易划伤母板表面，所以将旋转小刀式改为勾刀式，每个剥片站配置2 个勾刀，由勾刀从上方铲入母板与阴极铜的间隙中，然后将其分离开，由于勾刀前端为弧形，即使与母板有接触其接触面积也相对更小，改造后母板表面损伤几乎未出现。

3.2 斩刀装置

原剥片站斩刀动作为辅助动作，需操作工在多次剥离未成功时手动控制使用。在实际生产作业过程中，斩刀的手动使用存在较多的不确定性，例如剥片站已做数次或数十次动作任未完成剥离，但操作工未及时观察到铜板剥离状态未启用斩刀进行辅助剥离，使得作业效率降低。同时使用斩刀时铜板及母板的位姿有不确定性，使用斩刀有可能斩伤母板侧沿。针对这一问题，改造中将斩刀使用并入到自动剥片的程序中，由信号检测分离框架动作数量，同一块母板分离动作超过2 次就会自动启用斩刀，并且每次斩刀动作前框架固定停至合适位置，减少了人为因素导致的剥片时间浪费和母板的损伤，同时也减轻了操作人员的工作量。

结构上斩刀连接处增加距离调节装置，左右两侧斩刀中间通过螺栓调节两侧斩刀距离，以应对斩刀动作与阴极母板干涉时进行间距调整。

3.3 翻板装置

原剥片站翻版装置由翻转机和升降机组成，升降机由油缸驱动升降，翻转机则结构复杂，由液压马达驱动齿轮带动链条及固定在链条上的接板叉进行回转运动，并采用编码器进行接板叉的位置进行定位，此套装置存在链条在狭窄空间里易拉长及异物易卡阻的、液压马达存在易发生渗漏、编码器对运行环境要求较高，容易发生故障等问题，且翻板装置及液压马达均为进口件，采购成本较高，所以国产化改造时考虑保留升降装置结构，翻板装置由翻板叉直接90 度进行翻板，使用接近开关检测位置，结构简单且易于维护。

3.4 电铜链改造

原剥片机组电铜链为单链条运输， 作业时如遇到卡阻或链条销断开等故障导致的链条停止运行，剥片机组整体需停机等待链条修复后才能恢 并且 下置于链条上，链条上会出现空工位，使堆垛机器人等待，造成堆 间隔和作业时间。为改善此问题，机组改造将电铜链设计为 输，在某一链条严重故障时可以单站剥铜，节省特殊状况下的作业时间。 并且双链条 以对互相的空 程互补，同时使用收集机将铜板预堆垛至两块，极大提升了堆垛机器人的使用效率。

3.5 动作路径优化

结合原机组生产维护经验，在国产化改造时考虑对各处设备 行动作路径及逻辑进行整体优化，首先考虑到剥片站整体性能提升，剥片站及其它部 运行顺畅时， 铜的情况。所以机器人可以通过适当调整动作路径来加快整体速 特别是3#堆垛机器 增加，机器人抓取点位增加并且有改变。所以在保证奇迹人各轴载荷安全、 夹具运 中将三台机器人动作路径作了微调，使得夹具运行路径更短更平滑。同时将进出板机器人在程序自动状态 ，空载回程速度由原来的跟随系统设置，改为固定95%速度，夹具运动速度整体加快。

4 国产化改造效果与不足

阴极剥片机组经过国产化改造后作业效率及稳定性得到较大提升，在改造完成后测试阶段，对剥片速率进行检测单槽测算作业速度为 480 块/小时，对比改造前平均约288 块/小时的速度提升明显。并且原机组存在的大量变形、腐蚀、渗漏等问题已基本得到改善。同时国产化改造后机组设备备件基本由国内厂家生产制作，大幅降低采购周期及备件成本。

国产化改造同时也存在一定的不足，整体设计上不够完善，实际测试使用时还需再次进行改进优化，部分地方设计强度不够易产生裂纹，同时材质选择上统一使用的 321 不锈钢在使用中发现强度不足，后续应对不同部位考虑采用不同材质以应对不同的使用环境及要求。

5 结语

阴极剥片机组设备国产化达到了预期要求，提升了企业的作业效率，也对设备的设计方提供了实践经验。国产化是一项事关国企发展的工作，在瞬息万变的国际形势下国产产品可自给自足显得尤为重要，随着我国经济的发展及科技水平的提高，越来越多的进口设备将被国产所替代，国有企业的竞争力将会越来越强。

参考文献：

[1]李贵儒,左东平. 提高阴极铜剥片机组作业效率的措施[J]. 山东冶金,2019,41(6):73-74.

[2]陈世宏,张航,姚军鑑. 阴极剥片机组常见故障分析及改造措施[J]. 设备管理与维修,2023(1):95-97.

[3]戴健. 基于TPM 的阴极剥片机组设备综合效率提升研究[D]. 辽宁:辽宁工程技术大学,2023.