李恩龍，杜學(xué)海，崔文杰，任文明，王九策

（河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司，河南三門(mén)峽 472100）

0 引言

在銅電解精煉過(guò)程中，為維持電解液中的銅、酸及雜質(zhì)離子都在規(guī)定范圍內(nèi)，必須采用對(duì)電解液進(jìn)行凈化和調(diào)整。凈化和調(diào)整是通過(guò)蒸發(fā)濃縮析出結(jié)晶硫酸銅、硫酸鎳和采用不溶陽(yáng)極電積法脫銅、脫雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。

不溶陽(yáng)極電積法就是將廢電解液或硫酸銅結(jié)晶母液中的銅基本脫除，同時(shí)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(yáng)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(dòng)，到達(dá)陰極后獲得電子而在陰極析出銅，也稱電積銅。

不溶陽(yáng)極電積法工藝流程第二段（共分為三段）是用陽(yáng)極銅板的電解殘留（簡(jiǎn)稱殘極）作為陰極得到黑銅板，陰、陽(yáng)極板之間距離100 mm，陰極板耳朵厚度48 mm，陽(yáng)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(yáng)極鉛板外耳之間縫隙太小，導(dǎo)致吊裝陰極板時(shí)通過(guò)鉤掛外耳的方案在使用過(guò)程下鉤困難，吊具吊鉤很容易剮蹭陽(yáng)極板，使陽(yáng)極板位置偏離。如果陽(yáng)極板位置偏離，就需要重新擺放陽(yáng)極板，導(dǎo)致工作量增加。顯然，采用傳統(tǒng)吊具不能滿足生產(chǎn)要求，并且安全性差，因此需要設(shè)計(jì)專用的電積槽陰極板吊具。

1 工作原理

采用鉤掛陰極板內(nèi)耳的方案，即通過(guò)吊鉤平移鉤掛陰極板內(nèi)耳。吊具上設(shè)計(jì)有各帶18 個(gè)鉤的移動(dòng)橫梁和靜止橫梁，移動(dòng)橫梁通過(guò)鏈輪、鏈條、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)水平移動(dòng)，這樣移動(dòng)橫梁和靜止橫梁上對(duì)應(yīng)的每對(duì)L 形吊鉤相對(duì)位置就能增寬或收窄。使用時(shí)，兩個(gè)橫梁距離先收窄使L 形吊鉤進(jìn)入陰極板內(nèi)耳之間，再把兩個(gè)橫梁距離增寬，使電積陰極板的兩個(gè)內(nèi)耳牢靠地掛在背靠背設(shè)置的一對(duì)L 形吊鉤上，由于在兩根梁上并排安裝18 對(duì)L 形吊鉤，每次可以同時(shí)吊起18 塊陰極板，并對(duì)其進(jìn)行起吊、移動(dòng)、安放[1]。

2 研發(fā)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 吊具結(jié)構(gòu)

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(guī)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(shè)備掛吊點(diǎn)之間無(wú)障礙物，即起吊過(guò)程中吊繩不會(huì)與其他物品發(fā)生干涉的場(chǎng)景。

剛性框架式吊具主體為剛性框架結(jié)構(gòu)，適用于被吊物安裝位置與起吊設(shè)備掛吊點(diǎn)之間有障礙物的場(chǎng)景。在有障礙物的情況下，因吊繩會(huì)與障礙物干涉，軟索式吊具無(wú)法使用。

電解凈液電積陰極板吊具是一種多吊點(diǎn)吊具，同時(shí)具有軟索式吊具、剛性框架式吊具的二者的特點(diǎn)，基本組件包括：吊鏈、絕緣吊環(huán)、吊架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，吊鏈的下端與絕緣吊環(huán)的上端相連，絕緣吊環(huán)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(jié)構(gòu)

吊架包括兩個(gè)平行設(shè)置的前橫梁和后橫梁，吊架上設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。前橫梁頂部的兩端以及后橫梁頂部的兩端分別設(shè)有和絕緣吊環(huán)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(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下可在連接板滑槽內(nèi)水平移動(dòng)。前橫梁和后橫梁的外側(cè)沿軸向設(shè)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(shè)有18 根吊鉤。吊鉤為L(zhǎng) 形吊鉤，前垂直板和后垂直板上的L 形吊鉤相背設(shè)置，

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)于前橫梁上，前垂直板和后垂直板的兩端分別設(shè)有限位板。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(dòng)鏈輪、主動(dòng)鏈輪軸、搖柄。主動(dòng)鏈輪軸通過(guò)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(shè)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(guò)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(dòng)端依次穿過(guò)前橫梁、后橫梁，并和固定在橫梁上的螺母螺紋連接。主動(dòng)鏈輪軸上間隔設(shè)有兩個(gè)鏈輪，一個(gè)鏈輪通過(guò)鏈條和左鏈輪連接，另一個(gè)鏈輪通過(guò)鏈條和右鏈輪連接，主動(dòng)鏈輪軸和搖柄連接。

左連接板和右連接板內(nèi)相對(duì)設(shè)有左長(zhǎng)圓孔和右長(zhǎng)圓孔，左長(zhǎng)圓孔和右長(zhǎng)圓孔的兩端均設(shè)有限位柱，限位柱固定在左連接板和右連接板的外側(cè)。后橫梁的兩端設(shè)有滑塊，兩滑塊分別滑動(dòng)設(shè)于左長(zhǎng)圓孔和右長(zhǎng)圓孔內(nèi)。滑塊外端面的中部設(shè)有限位塊，限位塊的兩側(cè)設(shè)有和限位柱相適配的限位螺栓。

吊耳上的絕緣吊環(huán)由兩個(gè)相互垂直的上、下U 形卡環(huán)組成，下U 形卡環(huán)的開(kāi)口端朝下，上U 形卡環(huán)的開(kāi)口端朝上，下U 形卡環(huán)與吊耳相連，上U 形卡環(huán)與吊鏈下端連接。上、下兩個(gè)U 形卡環(huán)圍合的區(qū)域內(nèi)設(shè)有長(zhǎng)方體形的絕緣電木，下U 形卡環(huán)和上U 形卡環(huán)的螺栓分別穿過(guò)絕緣電木，螺栓通過(guò)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(guò)螺栓螺母固定在前垂直板或后垂直板上，水平部的外端設(shè)有鋸齒狀的防滑齒，防滑齒通過(guò)沉頭螺釘固定在L 形吊鉤的水平部上。

2.2 吊點(diǎn)位置選擇

本吊具吊掛點(diǎn)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(yīng)在30°～90°之間。通過(guò)改變吊鏈長(zhǎng)度和掛吊點(diǎn)位控制吊鏈間的夾角60°，并確保掛吊點(diǎn)與被吊物重心在一條豎直線上，保證被吊物平穩(wěn)、水平吊起。

2.3 安全系數(shù)確定

吊具在使用過(guò)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(shè)計(jì)過(guò)程的重中之重。吊裝時(shí)物體存在加速移動(dòng)的現(xiàn)象，吊具所受的拉力大于物體本身的重力。如果吊裝過(guò)程中物品發(fā)生頓挫，瞬間的沖擊力甚至超過(guò)物品重力的3 倍以上。所以，在設(shè)計(jì)吊裝工具時(shí)一定要慎重考慮沖擊載荷的因素。根據(jù)JB/T 8521—2007《編織吊索安全性》規(guī)定，本吊具選用6 倍安全系數(shù)[3]。

2.4 材料選取

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

2.5 強(qiáng)度校核

吊具設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行CAE 受力分析，用計(jì)算機(jī)輔助求解分析優(yōu)化吊具的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能[4]，受力后最大彈性變形在允許范圍內(nèi)并達(dá)到6 倍安全系數(shù)要求。

通過(guò)類比設(shè)計(jì)和功能相似性分析的有機(jī)結(jié)合，對(duì)吊具中關(guān)鍵設(shè)計(jì)部分相似性的集中辨識(shí)，并對(duì)相似產(chǎn)品或不同類型產(chǎn)品的關(guān)鍵相似點(diǎn)進(jìn)行比較，校核零件強(qiáng)度的可靠性。

3 操作方法

當(dāng)電解槽陰極板吸附電解銅數(shù)量完成后，先順時(shí)針搖動(dòng)搖柄，通過(guò)主動(dòng)鏈輪的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)左鏈輪、右鏈輪的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，左滾珠絲桿、右滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)左推力軸承、右推力軸承和絲杠螺母推動(dòng)前橫梁第二橫梁相對(duì)運(yùn)動(dòng)互相靠近，使背靠背成對(duì)設(shè)置的L 形吊鉤之間的距離小于電積陰極板內(nèi)耳之間的距離。

利用電動(dòng)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(jìn)入電積陰極板內(nèi)耳內(nèi)，工作人員一只手扶著前橫梁使其不再移動(dòng)，另一只手逆時(shí)針搖動(dòng)搖柄，通過(guò)主動(dòng)鏈輪的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)左鏈輪、右鏈輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，左滾珠絲桿、右滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)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(yuǎn)離，使背靠背設(shè)置的成對(duì)L 形吊鉤之間的距離慢慢增大，進(jìn)而使電積陰極板的兩內(nèi)耳牢牢掛在L 形吊鉤上。其中，L 形吊鉤上防滑齒的設(shè)置增大了內(nèi)耳和L 形吊鉤之間的摩擦力，保證鉤掛牢靠。檢查各個(gè)鉤齒掛牢陰極板無(wú)誤后，利用電動(dòng)葫蘆起吊陰極板到規(guī)定位置。

4 結(jié)論

電積槽陰極板吊具的研發(fā)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(jīng)過(guò)一年多的實(shí)際應(yīng)用，證明該吊具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用，還可以根據(jù)需要改造成用于其他類似工況的吊具，具有推廣價(jià)值。