电积槽阴极板吊具研发与应用

李恩龙，杜学海，崔文杰，任文明，王九策

（河南中原黄金冶炼厂有限责任公司，河南三门峡 472100）

0 引言

在铜电解精炼过程中，为维持电解液中的铜、酸及杂质离子都在规定范围内，必须采用对电解液进行净化和调整。净化和调整是通过蒸发浓缩析出结晶硫酸铜、硫酸镍和采用不溶阳极电积法脱铜、脱杂质实现的。

不溶阳极电积法就是将废电解液或硫酸铜结晶母液中的铜基本脱除，同时除去大部分的砷、锑、铋。这段工艺是以铅、锡、钙合金作为不溶阳极，以含杂硫酸和硫酸铜的混合液作为电积液。通电后，溶液中的铜离子（Cu2+）向阴极移动，到达阴极后获得电子而在阴极析出铜，也称电积铜。

不溶阳极电积法工艺流程第二段（共分为三段）是用阳极铜板的电解残留（简称残极）作为阴极得到黑铜板，阴、阳极板之间距离100 mm，阴极板耳朵厚度48 mm，阳极耳朵厚度28 mm，二者外耳朵平行之间的间隙只有24 mm。阴极板与阳极铅板外耳之间缝隙太小，导致吊装阴极板时通过钩挂外耳的方案在使用过程下钩困难，吊具吊钩很容易剐蹭阳极板，使阳极板位置偏离。如果阳极板位置偏离，就需要重新摆放阳极板，导致工作量增加。显然，采用传统吊具不能满足生产要求，并且安全性差，因此需要设计专用的电积槽阴极板吊具。

1 工作原理

采用钩挂阴极板内耳的方案，即通过吊钩平移钩挂阴极板内耳。吊具上设计有各带18 个钩的移动横梁和静止横梁，移动横梁通过链轮、链条、滚珠丝杠传动机构带动水平移动，这样移动横梁和静止横梁上对应的每对L 形吊钩相对位置就能增宽或收窄。使用时，两个横梁距离先收窄使L 形吊钩进入阴极板内耳之间，再把两个横梁距离增宽，使电积阴极板的两个内耳牢靠地挂在背靠背设置的一对L 形吊钩上，由于在两根梁上并排安装18 对L 形吊钩，每次可以同时吊起18 块阴极板，并对其进行起吊、移动、安放[1]。

2 研发设计要点

2.1 吊具结构

吊具主要分为两类：软索式吊具、刚性框架式吊具[2]。

软索式吊具为常规性吊具，主要由软索（吊带、吊绳、链条）与吊钩配合使用，适用于被吊物装配位置与起吊设备挂吊点之间无障碍物，即起吊过程中吊绳不会与其他物品发生干涉的场景。

刚性框架式吊具主体为刚性框架结构，适用于被吊物安装位置与起吊设备挂吊点之间有障碍物的场景。在有障碍物的情况下，因吊绳会与障碍物干涉，软索式吊具无法使用。

电解净液电积阴极板吊具是一种多吊点吊具，同时具有软索式吊具、刚性框架式吊具的二者的特点，基本组件包括：吊链、绝缘吊环、吊架、驱动机构，吊链的下端与绝缘吊环的上端相连，绝缘吊环的下端与吊架上的吊耳相连（图1）。

图1 电解净液电积阴极板吊具结构

吊架包括两个平行设置的前横梁和后横梁，吊架上设有驱动机构。前横梁顶部的两端以及后横梁顶部的两端分别设有和绝缘吊环相适配的吊耳，两横梁的两端分别固定在左连接板和右连接板上，且后横梁在驱动机构的驱动下可在连接板滑槽内水平移动。前横梁和后横梁的外侧沿轴向设有前垂直板和后垂直板，前垂直板和后垂直板的下部分别设有18 根吊钩。吊钩为L 形吊钩，前垂直板和后垂直板上的L 形吊钩相背设置，

驱动机构设于前横梁上，前垂直板和后垂直板的两端分别设有限位板。驱动机构包括左滚珠丝杆、右滚珠丝杆、左推力轴承、右推力轴承、左链轮、右链轮、链条、主动链轮、主动链轮轴、摇柄。主动链轮轴通过轴承座固定在前横梁的中部，左滚珠丝杆、右滚珠丝杆的固定端分别设有左链轮、右链轮，且左滚珠丝杆和右滚珠丝杆的固定端分别通过左推力轴承、右推力轴承固定在前横梁上。左滚珠丝杆和右滚珠丝杆的螺母和后横梁固定连接，左滚珠丝杆、右滚珠丝杆的活动端依次穿过前横梁、后横梁，并和固定在横梁上的螺母螺纹连接。主动链轮轴上间隔设有两个链轮，一个链轮通过链条和左链轮连接，另一个链轮通过链条和右链轮连接，主动链轮轴和摇柄连接。

左连接板和右连接板内相对设有左长圆孔和右长圆孔，左长圆孔和右长圆孔的两端均设有限位柱，限位柱固定在左连接板和右连接板的外侧。后横梁的两端设有滑块，两滑块分别滑动设于左长圆孔和右长圆孔内。滑块外端面的中部设有限位块，限位块的两侧设有和限位柱相适配的限位螺栓。

吊耳上的绝缘吊环由两个相互垂直的上、下U 形卡环组成，下U 形卡环的开口端朝下，上U 形卡环的开口端朝上，下U 形卡环与吊耳相连，上U 形卡环与吊链下端连接。上、下两个U 形卡环围合的区域内设有长方体形的绝缘电木，下U 形卡环和上U 形卡环的螺栓分别穿过绝缘电木，螺栓通过胶木间隔绝缘并连接在一起。

L 形吊钩由竖直部和水平部组成，竖直部通过螺栓螺母固定在前垂直板或后垂直板上，水平部的外端设有锯齿状的防滑齿，防滑齿通过沉头螺钉固定在L 形吊钩的水平部上。

2.2 吊点位置选择

本吊具吊挂点必须垂直位于被吊物重心的正上方，从受力情况、使用寿命等方面考虑，吊链或吊绳间的夹角应在30°～90°之间。通过改变吊链长度和挂吊点位控制吊链间的夹角60°，并确保挂吊点与被吊物重心在一条竖直线上，保证被吊物平稳、水平吊起。

2.3 安全系数确定

吊具在使用过程中必须保证使用者和被吊物的安全，因此，安全性是吊具设计过程的重中之重。吊装时物体存在加速移动的现象，吊具所受的拉力大于物体本身的重力。如果吊装过程中物品发生顿挫，瞬间的冲击力甚至超过物品重力的3 倍以上。所以，在设计吊装工具时一定要慎重考虑冲击载荷的因素。根据JB/T 8521—2007《编织吊索安全性》规定，本吊具选用6 倍安全系数[3]。

2.4 材料选取

本吊物阴极板表面不需要保护，考虑到工作环境有硫酸腐蚀，因此选用耐腐蚀的304 不锈钢常用型材，通过切割后组合焊接而成。

2.5 强度校核

吊具设计完成后，进行CAE 受力分析，用计算机辅助求解分析优化吊具的结构力学性能[4]，受力后最大弹性变形在允许范围内并达到6 倍安全系数要求。

通过类比设计和功能相似性分析的有机结合，对吊具中关键设计部分相似性的集中辨识，并对相似产品或不同类型产品的关键相似点进行比较，校核零件强度的可靠性。

3 操作方法

当电解槽阴极板吸附电解铜数量完成后，先顺时针摇动摇柄，通过主动链轮的顺时针转动带动左链轮、右链轮的顺时针转动，左滚珠丝杆、右滚珠丝杆转动，再通过左推力轴承、右推力轴承和丝杠螺母推动前横梁第二横梁相对运动互相靠近，使背靠背成对设置的L 形吊钩之间的距离小于电积阴极板内耳之间的距离。

利用电动葫芦将电积阴极板吊具吊至电积阴极板上方，并慢慢下降使L 形吊钩进入电积阴极板内耳内，工作人员一只手扶着前横梁使其不再移动，另一只手逆时针摇动摇柄，通过主动链轮的逆时针转动带动左链轮、右链轮逆时针转动，左滚珠丝杆、右滚珠丝杆转动，通过左推力轴承、右推力轴承和丝杠螺母使前横梁、后横梁慢慢远离，使背靠背设置的成对L 形吊钩之间的距离慢慢增大，进而使电积阴极板的两内耳牢牢挂在L 形吊钩上。其中，L 形吊钩上防滑齿的设置增大了内耳和L 形吊钩之间的摩擦力，保证钩挂牢靠。检查各个钩齿挂牢阴极板无误后，利用电动葫芦起吊阴极板到规定位置。

4 结论

电积槽阴极板吊具的研发成功解决了电解铜净液工段电积槽阴极板的吊装难题，提高了工作效率，经过一年多的实际应用，证明该吊具设计简单实用，还可以根据需要改造成用于其他类似工况的吊具，具有推广价值。