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      某石墨化車間填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

      2015-02-23 15:09:22李雙珠張英麗李逢春
      現(xiàn)代礦業(yè) 2015年10期
      關(guān)鍵詞:填充料碳素天車

      李雙珠 張英麗 李逢春

      (1.中鋼集團(tuán)新型材料(浙江)有限公司;2.常州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院;3.中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司)

      某石墨化車間填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

      李雙珠1張英麗2李逢春3

      (1.中鋼集團(tuán)新型材料(浙江)有限公司;2.常州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院;3.中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司)

      某碳素企業(yè)石墨化車間原使用傳統(tǒng)的“行車-抓斗”系統(tǒng)進(jìn)行填充料的裝卸與運(yùn)輸。在裝卸與運(yùn)輸過程中,碳素粉塵易從抓斗向下跌落,使車間內(nèi)粉塵密布,造成嚴(yán)重的粉塵污染。為改善石墨化車間的工作環(huán)境,實(shí)現(xiàn)人性化生產(chǎn),通過分析碳素粉塵的產(chǎn)生過程,設(shè)備技術(shù)組決定采用先進(jìn)的自動(dòng)化或半自動(dòng)化填充料裝卸和運(yùn)輸系統(tǒng)。系統(tǒng)研究與分析結(jié)果表明,與分體“獨(dú)立料倉”方案相比,集成“吸料天車”系統(tǒng)更適合該車間,并實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果表明,集成“吸料天車”系統(tǒng)大幅度改善了石墨化車間的碳素粉塵污染情況,減少了粉塵導(dǎo)致的設(shè)備和儀器的損壞,降低了車間運(yùn)行的人力成本,實(shí)現(xiàn)了公司對(duì)車間生產(chǎn)環(huán)境人性化的要求。系統(tǒng)的研究應(yīng)用具有一定的創(chuàng)新性,對(duì)國內(nèi)類似石墨化車間填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)的改進(jìn)具有參考作用。

      碳素粉塵 填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng) 吸料天車 集成

      某碳素企業(yè)石墨化車間普遍使用“行車-抓斗”系統(tǒng)進(jìn)行石墨化爐填充料的裝卸與運(yùn)輸。在此過程中,碳素粉塵容易從抓斗中落下,導(dǎo)致車間內(nèi)粉塵飛揚(yáng),污染嚴(yán)重。工作人員大量吸入粉塵,增加了粉塵職業(yè)病發(fā)生的概率,危害健康。因此,公司新型石墨材料項(xiàng)目部要求改善石墨化車間的生產(chǎn)、工作環(huán)境,最大程度地減少碳素粉塵污染。

      公司的設(shè)備技術(shù)團(tuán)隊(duì)(以下簡稱為設(shè)備技術(shù)組)根據(jù)項(xiàng)目部要求,對(duì)石墨化車間石墨化爐裝出料的生產(chǎn)過程進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)了車間粉塵產(chǎn)生的工藝環(huán)節(jié)。觀察上海碳素廠的石墨化車間內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)發(fā)現(xiàn):車間地面上有一層厚厚的石墨粉;在填充料裝出爐過程中,整個(gè)車間里粉塵密布,好像車間局部空間范圍內(nèi)的沙塵暴天氣。石墨化車間的粉塵是在使用抓斗裝卸與運(yùn)輸填充料的過程中產(chǎn)生的。抓斗在提起、行走過程中,粉塵易從抓斗的縫隙中落向地面,下落過程中產(chǎn)生大量飛揚(yáng)的碳素粉塵。

      設(shè)備技術(shù)組據(jù)此認(rèn)為:要改善石墨化車間的粉塵污染,需要對(duì)填充料裝卸與運(yùn)輸?shù)淖鳂I(yè)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造,配置先進(jìn)的填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)裝卸與運(yùn)輸過程的自動(dòng)化或半自動(dòng)化,將勞動(dòng)密集型生產(chǎn)工序轉(zhuǎn)化為技術(shù)密集型的生產(chǎn)工序。另外在裝卸與運(yùn)輸過程中使用除塵系統(tǒng),減少粉塵排放,可實(shí)現(xiàn)工作環(huán)境粉塵污染最小化。

      由于國內(nèi)大部分碳素企業(yè)幾乎所有石墨化車間都存在嚴(yán)重的粉塵污染現(xiàn)象,所以對(duì)石墨化爐填充料的裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)研究與應(yīng)用,具有重要意義。

      1 國外同行系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)

      國外石墨化爐的填充料的裝卸與運(yùn)輸采用了先進(jìn)的吸放料系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化操作?;趦煞N方案的技術(shù)背景,設(shè)備技術(shù)組將目光轉(zhuǎn)向國外,跟蹤了解國外同行石墨化爐的填充料的裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)。

      設(shè)備技術(shù)組對(duì)日本同行使用的獨(dú)立料倉系統(tǒng)進(jìn)行了研究。日本獨(dú)立料倉系統(tǒng)使用的是分體技術(shù)。它是在石墨化爐位置架設(shè)導(dǎo)軌,小車在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),料斗安放在小車上,實(shí)現(xiàn)石墨化爐填充料的裝卸工作;車間的行車完成料斗和小車的移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是:料斗可以小些,但小車需要在每次使用時(shí)進(jìn)行安裝連接。設(shè)備技術(shù)組也研究了美國同行使用的集成的吸料天車系統(tǒng)。吸料天車料倉跟隨小車運(yùn)動(dòng),沒有配置獨(dú)立的料倉移動(dòng)系統(tǒng)。集成的吸料天車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)石墨化爐填充料的裝卸和運(yùn)輸,使用吸料天車不需要石墨化車間另外配置相關(guān)的生產(chǎn)人員。

      設(shè)備技術(shù)組還詳細(xì)研究了填充料出爐時(shí)的狀態(tài),對(duì)填充料的卸料過程、系統(tǒng)的冷卻要求等有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

      2 系統(tǒng)研究與分析階段

      對(duì)石墨化爐填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行研究,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化操作,是一個(gè)全新的技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目。設(shè)備技術(shù)組提出了設(shè)想,并進(jìn)行一步步的推進(jìn)。

      在研究了填充料的裝卸與運(yùn)輸過程后發(fā)現(xiàn):如果配置一個(gè)可移動(dòng)的料倉,并為料倉配備相應(yīng)的吸放料裝置、除塵裝置、冷卻裝置、電氣與控制系統(tǒng),就可以實(shí)現(xiàn)裝卸過程的自動(dòng)化或半自動(dòng)化;如果該料倉還可以在石墨化車間內(nèi)自由移動(dòng),那么就可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化或半自動(dòng)化。保證該料倉的實(shí)施運(yùn)用,就可以改善石墨化車間的工作環(huán)境。

      根據(jù)設(shè)想,提出了兩個(gè)技術(shù)方案,一個(gè)是集成的“吸料天車”方案,另一個(gè)是分體的“獨(dú)立料倉”方案。

      2.1 集成的“吸料天車”方案分析

      設(shè)備技術(shù)組首先分析了集成的“吸料天車”方案?!拔咸燔嚒狈桨钢饕前烟畛淞狭蟼}與移動(dòng)裝置(如行車,行業(yè)內(nèi)俗稱為“天車”)集成到一起,核心是將填充料的料倉安裝到行車上。

      對(duì)于吸料天車上的料倉位置是選擇固定式的還是移動(dòng)式的,設(shè)備技術(shù)組進(jìn)行了假設(shè)與分析。

      如果吸料天車上料倉的位置固定,那么吸放料裝置就需要移動(dòng)方便。這將導(dǎo)致吸放料過程不順暢,對(duì)其產(chǎn)生不利影響,進(jìn)而降低工作效率。如果出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象,將無法滿足車間生產(chǎn)人員與公司主管部門的要求。因此,在吸料天車上固定料倉的位置,達(dá)不到原設(shè)想的目的。

      如果料倉位置不固定,可以使用行車上的小車移動(dòng)料倉,或者根據(jù)需要增加一套驅(qū)動(dòng)裝置,方便料倉移動(dòng)。由于料倉的容積不能太小,自重較大,滿載后重量很可能非常大,另外安裝一套驅(qū)動(dòng)填充料料倉平面運(yùn)動(dòng)的行走設(shè)備,會(huì)增加較高的設(shè)備成本,經(jīng)濟(jì)上不可行,也缺乏必要性。因此可以直接使用行車上的小車,以移動(dòng)填充料的料倉,實(shí)現(xiàn)無死角裝卸填充料。

      通過以上分析,集成技術(shù)方案變得清晰:填充料的料倉安裝在行車上,料倉的位置不固定,由行車的小車驅(qū)動(dòng)。填充料的料倉用行車的大車帶動(dòng),實(shí)現(xiàn)其在車間長度方向上的運(yùn)動(dòng);用行車上的小車驅(qū)動(dòng)料倉,以實(shí)現(xiàn)其沿行車方向的移動(dòng)。二者結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)石墨化車間無死角地進(jìn)行填充料的裝卸與運(yùn)輸。具體來說,當(dāng)行車的大車停止時(shí),料倉的移動(dòng)只能沿行車方向移動(dòng);只有大車運(yùn)動(dòng)時(shí),料倉的移動(dòng)才具有兩個(gè)方向。在大車停止時(shí),小車移動(dòng)驅(qū)動(dòng)料倉沿大車方向裝卸填充料;當(dāng)需要更換到其他位置時(shí),可通過移動(dòng)行車實(shí)現(xiàn)。根據(jù)這樣的使用要求,行車的大車需頻繁啟動(dòng),需要3級(jí)速度:一級(jí)為低速運(yùn)行狀態(tài),用于更換裝卸填充料的位置;一級(jí)為滿載行走狀態(tài);一級(jí)為空車行走狀態(tài)。行車上的小車移動(dòng),也應(yīng)該有2級(jí)速度:一級(jí)為裝卸料速度;一級(jí)為空載或滿載速度??紤]到小車是在大車?yán)镞\(yùn)行,距離較短,故允許在同一速度下運(yùn)行。另外,吸料天車的工作環(huán)境在石墨化爐的上方,工作環(huán)境的空氣溫度高,需要配備隔熱裝置,操作間需要配置空調(diào);吸料天車是一臺(tái)中型行車,在裝卸料過程中啟動(dòng)頻繁,啟停時(shí)動(dòng)量大,對(duì)行車導(dǎo)軌及行車梁有一定的要求;使用吸料天車對(duì)石墨化車間的填充料裝出爐生產(chǎn)人員沒有特殊操作要求。

      2.2 分體的“獨(dú)立料倉”方案分析

      設(shè)備技術(shù)組也研究了分體的“獨(dú)立料倉”技術(shù)方案?!蔼?dú)立料倉”技術(shù)方案的核心由料倉、料倉的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、行車3個(gè)部分構(gòu)成。其中,料倉可實(shí)現(xiàn)填充料的裝卸,料倉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)料倉在石墨化爐位置附近的移動(dòng),行車是與料倉配套使用的,可以起吊、運(yùn)輸獨(dú)立料倉,實(shí)現(xiàn)填充料的運(yùn)輸。

      驅(qū)動(dòng)料倉的小車系統(tǒng),安裝在石墨化爐附近位置。類似于高架的輕軌,每個(gè)石墨化爐兩側(cè)分別安裝導(dǎo)軌。驅(qū)動(dòng)小車的安裝有兩個(gè)方案:一是在每個(gè)石墨化爐的軌道上都安裝驅(qū)動(dòng)小車,使用多套小車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),另一個(gè)方案是只安裝一套驅(qū)動(dòng)小車,哪座石墨化爐需要時(shí)就挪到哪座石墨化爐旁使用,系統(tǒng)使用一套小車系統(tǒng)。多套系統(tǒng)需要大量的成本,且大部分時(shí)間內(nèi)設(shè)備處于閑置狀態(tài),浪費(fèi)成本。為節(jié)省設(shè)備的采購成本,傾向于使用一套小車系統(tǒng)。但需要經(jīng)常拆裝小車系統(tǒng),以及小車與料倉間的連接與拆卸。

      因?yàn)橐鸬踹\(yùn)輸驅(qū)動(dòng)小車、填充料的料倉,分體的“獨(dú)立料倉”技術(shù)方案在車間同樣需要使用中型行車,同時(shí)每次使用時(shí)都需要對(duì)分體系統(tǒng)進(jìn)行組裝與分拆,對(duì)車間的生產(chǎn)人員的技能要求較高,甚至需要配置專業(yè)的料倉使用與管理人員。

      設(shè)備技術(shù)組在研究分析了這兩個(gè)技術(shù)方案的技術(shù)特點(diǎn)、使用環(huán)境及對(duì)生產(chǎn)操作人員的技能要求和利弊后,得出集成的“吸料天車”方案更合適該公司石墨化車間裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)改造的結(jié)論,認(rèn)為在不可避免地需要使用中型行車的基礎(chǔ)上,采用集成方案的“吸料天車系統(tǒng)”更適合新型石墨材料項(xiàng)目。對(duì)國外同行的填充料裝卸與運(yùn)輸系統(tǒng)使用情況的了解更堅(jiān)定了選擇集成吸料天車技術(shù)方案的信心。

      3 系統(tǒng)的國產(chǎn)化進(jìn)程階段

      針對(duì)集成的吸料天車技術(shù)方案系統(tǒng)是從國外引進(jìn)還是在國內(nèi)開發(fā)的問題,設(shè)備技術(shù)組認(rèn)為國內(nèi)同行大都使用“行車-抓斗”系統(tǒng)完成填充料的裝卸與運(yùn)輸,國內(nèi)沒有現(xiàn)存的該類設(shè)備,也沒有相應(yīng)的供應(yīng)商。但考慮到集成的技術(shù)方案并不復(fù)雜,吸料天車系統(tǒng)完全可以在國內(nèi)開發(fā)、制造。

      為此,設(shè)備技術(shù)組在全國范圍內(nèi)尋找具備這種集成能力的企業(yè),最后篩選出3家企業(yè)。在進(jìn)行實(shí)地考察與比較詳細(xì)的技術(shù)交流之后,認(rèn)為這3家企業(yè)都具備這種集成能力,都可以設(shè)計(jì)制造出我們需要的吸料天車系統(tǒng)。最后,通過招標(biāo)方式,選擇了合適的企業(yè),設(shè)備技術(shù)組與設(shè)備供應(yīng)商共同開發(fā),設(shè)計(jì)、制造出滿足要求的吸料天車。

      4 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

      2010年建成的某公司石墨化車間通過配置集成的 “吸料天車”,實(shí)現(xiàn)了石墨化爐填充料的裝卸與運(yùn)輸過程的自動(dòng)化或半自動(dòng)化操作。經(jīng)過一段時(shí)間的試用后,石墨化車間內(nèi)碳素粉塵污染現(xiàn)象明顯改善,甚至“窗明幾凈”。整潔的車間環(huán)境,不僅使工作人員的健康得到保證,還減少了設(shè)備因碳素粉塵導(dǎo)致的設(shè)備磨損、儀器儀表與電氣原件的損壞,實(shí)現(xiàn)了石墨化車間“工作環(huán)境要人性化”的目標(biāo)。

      通過使用“吸料天車”,減少了石墨化車間填充料裝出爐班組及其配套班組的人員。上海碳素廠的每組石墨化爐配置一個(gè)裝出爐班組及配套的行車人員共50多人。而該公司石墨化車間的二組石墨化爐共配置一個(gè)裝出爐班組,該裝出爐班組及配套的行車人員只有9人。對(duì)比可知,使用新型裝備“吸料天車”每年可節(jié)省工作人員41人,每年可節(jié)省人力資源成本超過300萬,僅需要兩年就可以節(jié)省出設(shè)備的采購和使用成本。

      5 結(jié) 論

      (1)某公司石墨化車間原和國內(nèi)大部分石墨化車間一樣,普遍使用傳統(tǒng)的“行車-抓斗”系統(tǒng)進(jìn)行石墨化爐填充料的裝卸與運(yùn)輸,易產(chǎn)生碳素粉塵污染。不僅會(huì)損壞儀器設(shè)備,還對(duì)工作人員健康產(chǎn)生危害。

      (2)通過分析粉塵產(chǎn)生的原因,在了解國外同行技術(shù)狀況的基礎(chǔ)上,分析了集成的“吸料天車”方案,并與分體的“獨(dú)立料倉”方案進(jìn)行比較。結(jié)合公司實(shí)際情況,最終確定采用集成“吸料天車”方案。

      (3)在新型石墨材料項(xiàng)目建成后的石墨化車間配置“吸料天車”進(jìn)行石墨化爐填充料的裝卸與運(yùn)輸。生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果表明,“吸料天車”方案從根本上杜絕了碳素粉塵的產(chǎn)生,改善了石墨化車間的工作環(huán)境,因碳素粉塵導(dǎo)致的儀器設(shè)備的損壞率降低75%,大幅度降低了人力成本,實(shí)現(xiàn)了人性化生產(chǎn)。

      2015-07-30)

      李雙珠(1966— ),男,工程師,313100 浙江省湖州市長興縣雉城鎮(zhèn)中鋼大道9號(hào)。

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