陽極組裝生產線設備改造和運行優(yōu)化實踐

穆旭平,朱建軍

(山西中鋁華潤有限公司,山西 興縣 033600)

在某50萬噸電解系列中,每日的陽極用量在500～600組左右,公司投產后的組裝小時產量一直維持在30組左右,產能低,勞動生產率低下。為了滿足電解需求,設備日運轉時間維持在20小時左右,設備空耗時間長,造成組裝單塊電耗達到130 kWh;設備點檢時間不能保證,故障率高,設備陷入惡性循環(huán);同時需要增加一個運行班人員來保證產量,造成年人工成本多支出約200萬元;如何利用一條組裝生產線在可控的工作時間內來滿足電解的陽極組用量是制約生產的突出問題,技術人員圍繞制約組裝小時產量的關鍵環(huán)節(jié)進行了分析,并提出了針對性的解決措施。

1 組裝生產線小時產量分析

1.1 小時產量

組裝自投產以來,小時產量一直維持在30組左右,見表1,為了提高組裝小時產量,滿足電解生產用陽極需求,成為技術人員攻關的目標。

表1 實施前組裝小時產量 組/小時

1.2 影響小時產量的主要因素

為了提高組裝小時產量,以便采取相應的措施,從生產流程、設備性能、人員崗位、澆注管控等方面進行了分析。通過分析,影響小時產量的主要因素有以下幾個方面:① 設備方面,單一設備多,故障率高;關鍵單一設備不能滿足生產需求;② 生產流程方面,上下線銜接不暢,等待時間長;③ 澆鑄管控方面,鐵水流動性差,澆鑄速度慢;④ 人員崗位方面,未建立產量掛鉤的績效考評模式,人員積極性不高。

綜合以上分析,為了解決組裝生產線小時產量低的問題,我們從設備性能提升、生產流程優(yōu)化、組裝澆鑄管控、人員崗位優(yōu)化等方面采取措施,以實現提高組裝小時產量的目的。

2 設備改造提升

2.1 電解質錘擊由雙錘清理改為五錘清理

電解質錘擊主要負責清理殘極組表面的電解質,500 kA電解系列采用單陽極,每組陽極四個爪頭,需要利用錘擊將殘極表面覆蓋的電解質清理干凈。

改造前的錘擊清理為兩頭水平進給破碎裝置,一次只能清理兩個爪空,清理完成后需要旋轉角度再清理其余爪空,一組殘極電解質清理時間120秒,小時產能僅為30組。

改造后的錘擊清理為五頭水平進給破碎裝置[1],一次可全部完成殘極爪空及表面電解質的清理,一組殘極清理時間60秒,小時產能為60組。

電解質錘擊清理由雙錘改為五錘清理后,一組殘極電解質清理時間由120秒縮短為60秒,小時產量從30組提升到60組,提升一倍產能。

電解質錘擊清理改造提升后,小時產能見表2。

圖1 電解質錘擊改造前

表2 電解質錘擊改造前后小時產能表 組/小時

2.2 裝卸站排出方式由單塊改為雙塊

裝卸站殘極組排出方式為陽極長度方向與積放式懸掛輸送機運行方向平行(縱向駛入),積放式懸掛輸送機前設有等待位,等待位設置2個停止器ST1和ST8,當裝卸站發(fā)出發(fā)車信號后,停止器啟動,殘極隨著懸鏈外排。

圖2 電解質錘擊改造后

升級前的運行方式為當裝卸站發(fā)出發(fā)車信號后,停止器ST1啟動,間隔20秒后ST8啟動,執(zhí)行單塊外排方式,時間間隔為40秒,一盤6組陽極間隔時間為160秒;升級后運行方式為當裝卸站發(fā)出發(fā)車信號后,停止器ST1和ST8同時啟動,執(zhí)行雙塊外排方式,時間間隔為0秒。

裝卸站通過程序調整,改變?yōu)殡p排方式后,單盤殘極上線時間減少160秒,上線時間從10分鐘縮短到7.3分鐘,小時產能由36組提高到49組,提高幅度36%。

圖3 裝卸站排出方式程序調整前

圖4 裝卸站排出方式程序調整后

裝卸站程序調整后,小時產能見表3。

表3 裝卸站程序調整前后小時產能表 組/小時

2.3 鋼爪拋丸機的推車機改造

改造前鋼爪組步進采用一側氣缸推動,另一側也采用氣缸把鋼爪組拉出來,由于鋼爪組行程比較長,氣缸推送以及拉出來都得分兩次進行,兩次氣缸推送時間為195秒,小時產能僅為18組。

改造后推車機使用雙工位拋丸步進電動推車機[2],采用氣缸抱緊、減速電機驅動,利用電氣驅動一次推送到位,推送時間為72秒,同時拋丸步進電動推車機時間可結合生產實際需求進行調整,小時產能達到50組。

通過將鋼爪拋丸機進行改造,鋼爪拋丸清理機的推車機由原來的氣缸推動、拉出改為氣缸抱緊、減速電機驅動退出;單組鋼爪拋丸的小時產能由18組提高到50組,提升幅度達到180%。

圖5 鋼爪拋丸機改造前

圖6 鋼爪拋丸機改造后

鋼爪拋丸機改造后,小時產能見表4。

表4 鋼爪拋丸機改造前后小時產能表 組/小時

表5 鋼爪溫度變化表

表6 鋼爪校直后增加風冷裝置前后小時產能表 組/小時

表7 增加殘極轉運車輛殘極壓脫前后小時產能表 組/小時

表8 灰鑄鐵流動性[3]

表9 優(yōu)化磷生鐵配方前后小時產能表 組/小時

表10 實施前后組裝小時產量 塊/時

3 生產流程優(yōu)化

3.1 鋼爪校直后增加風冷裝置

電解槽使用鋼爪組經生產流程循環(huán)利用后,個別鋼爪彎曲嚴重,影響澆鑄,需要進行鋼爪校直后重新進入流程,對于過度彎曲的鋼爪組首先通過鋼爪加熱器進行加熱軟化后,經鋼爪校直機進行矯直。由于鋼爪組在加熱過程中,軟化溫度達到600℃以上,高溫狀態(tài)下的鋼爪組直接進入蘸石墨流程時易著火,通過自然冷卻到沾石墨匹配溫度,用時超過2小時,小時產能僅為0.5組。

通過在鋼爪校直與蘸石墨區(qū)間內設置鋼爪冷卻區(qū),增加吹風裝置進行強制冷卻,降低鋼爪溫度,縮短冷卻時間,經強制冷卻到蘸石墨匹配溫度,用時為1小時,小時產能為1組,提高產能一倍。

3.2 增加殘極轉運車輛

壓脫后的殘極經皮帶直接輸送至殘極轉運車,殘極轉運車轉運殘極至固定庫。增加車輛前,公司只有一臺殘極轉運車,每次轉運往返時間為10～15分鐘,在轉運期間,殘極壓脫處于等待期,殘極壓脫小時產量為40組;增加車輛后,兩臺車輛實現殘極轉運無縫銜接,節(jié)約了殘極壓脫等待時間,殘極壓脫小時產量提高到50組。

4 澆鑄管控

4.1 制作專用取樣磨具

為了解決這一問題,通過制作專用取樣磨具,有效阻止了取樣過程中冷卻水進入碳碗內,提高了取樣塊澆鑄速度。

圖7 使用取樣磨具前

圖8 使用取樣磨具后

4.2 碳、硅元素保證鐵水流動性

在組裝生產工藝中,炭塊與導桿組通過熔融的磷鐵連接,組成成品陽極供電解使用。在磷鐵澆鑄中,鐵水的流動性直接影響澆鑄時間和質量。為保證鐵水流動性良好,考慮到磷鐵屬于灰鑄鐵范疇,而灰鑄鐵的流動性通常以螺旋形試樣的長度來衡量。依據灰鑄鐵碳、硅質量分數對流動性的影響,選擇C+Si=5.2的質量分數作為鐵水碳、硅含量的選擇依據,結合灰鑄鐵流動性,改變了磷生鐵配方中的C、Si含量, 將C%含量≥3.5調整為2.5%～3.5%,Si%含量2.5～3.0調整為2.0～2.5。

通過調整碳、硅含量后,鐵水流動性越好,充型能力越強,越容易填滿鑄型,降低了澆鑄時間,小時產能從45組提高到48組。

5 實施效果

通過以上措施與途徑的實施,組裝小時產量從29組提高到45組,運行班組從3個優(yōu)化為2個,人員優(yōu)化減少17人,年每人減少人工工資11萬元,實現年節(jié)約人工成本187萬元;通過組裝小時產量的提高,組裝塊電單耗從130度降低了98度,平均降低了32度,50萬噸電解鋁產能年需要炭塊約18萬組,年節(jié)約電量18萬×32=576萬度,用電價格按0.5元/度核算,年可實現節(jié)約電成本288萬元。累計年實現效益475萬元。

6 結 語

本文通過對組裝生產線制約小時產量的影響因素分析,從設備改造和運行優(yōu)化作為提高產量的措施,通過對裝卸站排出方式、鋼爪拋丸機推車機、電解質錘擊等設備改造提升,使改造后的單一設備小時產能均提高到45組以上。借助于設備改造提升,同時對生產工藝和人員進行優(yōu)化,使組裝生產線小時產量從29組提高到45組,達到了提高小時產量,實現組裝生產線單一設備年產25萬噸陽極,滿足50萬噸電解鋁生產用極的目標。