鋁冶煉多功能天車的大修及改造分析

陳鐵軍

(株洲天橋起重機股份有限公司， 湖南 株洲 412000)

1 背景介紹

20世紀80年代以來，鋁冶煉電解槽技術不斷突破技術壁壘，發展迅速，電解槽電流由100～150 kA增加到21世紀的500～600 kA，且每噸鋁電能能耗逐步降低至12 800 kW·h以下，電流效率逐步提高到96%以上[1]。一段時間內，部分地區政府為發展經濟，采取各種優惠措施，鼓勵電解鋁投資項目，在諸多因素的作用下，我國電解鋁新建項目迅速增加，鋁冶煉多功能起重機的市場需求旺盛，鋁冶煉多功能生產制造廠家應接不暇。

近些年來，隨著原鋁產量急速增長，造成電解鋁產能已經出現階段性過剩，為保持健康發展的電解鋁工業，國家實行一系列宏觀調控政策，其中確保完成任務有：“穩定國內市場，改善出口環境；嚴格控制總量，加快淘汰落后產能；加強技術改造，推動技術進步[1]?！贝藭r，鋁冶煉多功能生產制造廠家抓住機遇，緊跟政策調控，紛紛進軍國外電解鋁市場和國內維保、大修及改造板塊業務，彌補市場空白。

2 鋁冶煉多功能天車的日常維保

日常維護和保養是鋁冶煉專用起重機可靠運行的前提，是為消除不正常狀態進行的一種預防性的維護保養，是鋁冶煉專用起重機在使用壽命期限內性能充分發揮的基礎。日常維保主要包括交接班檢查、定期檢查(周檢、月檢、半年檢、年檢)、潤滑油加注和更換，通常由業主的使用或維修人員完成。

維保的主要項點包括：檢查傳動機構是否有異響、松動；鋼結構有無變形、開裂、連接和耳板、導軌、車輪等磨損腐蝕情況；接觸器、控制器的接觸和腐蝕情況，是否有燒焦味；絕緣是否正常；制動器閘瓦磨損情況；鋼絲繩有無磨損過度現象、壓板緊固情況；各儀表、指示器、指示燈是否正常；各安全裝置是否正常起作用；各減速機及潤滑油的油質油量；液壓氣動油缸氣缸及油管氣管接頭密封、各類電磁閥動作正常；移動電纜、空調等設備或元件工作狀態。

3 鋁冶煉多功能天車的大修

鋁冶煉多功能起重機在運行3～5年后，需要對機組進行大修，大修主要檢查各重要部件磨損情況并及時做出調整，清洗更換不良件和損壞件，確保機組處于良好的工作狀態。

大修的主要項點包括：校正天車構架尺寸，進行修復或更換；對傳動、液壓、氣動(含空壓機)系統及軸承進行解體清洗或更換、拆卸下大小車行走機構、出鋁起升機構、葫蘆升降、操縱室回轉機構，清洗零部件、更換磨損件、超標鋼絲繩、更換或調整制動片；拆卸下工具車的打殼機構、陽極機構、撈渣機構、下料機構、工具回轉機構，檢查齒輪軸承磨損、校正垂直度和平面度、更換連接螺栓及磨損件；電氣系統進行徹底整修與更換(包括滅火器)，對屬于淘汰的高能低效、性能差的部件、零件必須進行更新；更換絕緣件；根據實際情況和安全規范、工藝進行結構件油漆配漆刷漆。

大修還需要根據設備運行、點檢記錄、維護有關標準、部件使用壽命周期制定，其須制定對應的安全協議、檢修方案、檢修進度表；主梁、電葫蘆大修需報國家質檢部門檢測合格。

4 鋁冶煉多功能天車的改造

鋁冶煉的新工藝、新技術、新設備、新材料的不斷涌現和應用，使技術壽命周期愈來愈短，鋁冶煉多功能天車是電解工藝中關鍵設備，其工作效率對鋁生產環節的節能減排有著舉足輕重的作用，因整個電解鋁生產車間及其服務的鋁冶煉多功能天車價值較高，業主通常根據生產需要進行必要的改造，達到以小成本、小改動提升設備性能，完善工藝提高整個工藝生產效率。目前鋁冶煉實際改造市場中，根據改造的性質，大致可分為以下幾類。

4.1 功能改造

功能改造主要將鋁冶煉多功能天車在投產之初受技術水平、投資控制、生產工藝限制影響而未考慮的功能通過改造的方式增加完善，主要包括：增加撈渣功能改造(包括將葫蘆升降撈渣改造成油缸升降撈渣)、單料倉改雙料倉改造、增加陽極自動測高改造、精準出鋁系統改造、新增揭槽蓋功能改造、全功能遙控控制改造、吸卸料收塵改造等。通過以上增加的功能，可以改善操作工環境、減少操作勞動強度 ，提高控制精度和生產效率。

4.2 技術升級改造

技術升級改造主要從使用維護的經濟性考慮，將鋁冶煉多功能天車上落后的、性能差的、能耗高的、備件采購周期長價格高的配套的電氣元件或外購設備進行升級換代，主要包括：PLC控制系統(包括通訊網絡)升級改造、變頻器控制改造、機械平移撈渣抓斗改造、遙控器網絡通訊改造、半自動化運行改造等。

圖1 淘汰控制系統

圖2 改造后控制系統

4.3 提高安全性能改造

提高安全性能改造主要借鑒冶金行業發生的質量事故經驗或國家或行業標準要求提高而進行的升級改造：增加安全監控系統造；起重機滑線設置專門接地極改造；增加安全制動器改造等。

4.4 政策原因引起的搬遷改造

鋁冶煉行業屬于高能耗、高污染行業，與國家及地方政策息息相關，由于地方政府及國家政策或企業融資并購等影響，部分企業進行設備的異地搬遷及改造。如2016年撫順鋁業項目整體搬遷到包頭鋁業、魏橋鋁業部分系列擬搬遷改造到內蒙創元、新疆其亞鋁業搬遷至云南文山、河南中孚鋁業搬遷到四川廣元等。

4.5 其他原因

由于鋁冶煉各廠家自身生產工藝及使用維護習慣或技術擅長不一致、新車安裝初期缺陷造成故障率高、業主個性化要求、環保升級等原因進行的改造。如：移動供電拖鏈方式改滑車方式或滑車方式改拖鏈方式、工具回轉驅動由液壓泵改電機+變頻驅動、下料管改造成變頻驅動、下料收塵改造等。

4.6 國內使用的國外制造設備改造

最晚進入國內市場的ECLNOLL鋁冶煉設備已有十多年，結構件都面臨第二次以上大修，配套設備都面臨更換，而國外設備廠家備件保養和維護費用高、供貨周期長(半年以上)，使用單位從使用經濟性考慮，迫切需要改造。如山西華澤鋁焙燒夾具改造、廣西蘋果鋁焙燒項目改造、四川眉山電解項目改造等。

4.7 國外鋁冶煉項目的改造

國外鋁冶煉項目建設較早，大多數已經30年以上，受電解電流小、技術老舊、效率低下、設備已達使用壽命年限，冶煉工藝及鋁冶煉設備都面臨著大規模升級改造。如意大利165 kA鋁冶煉電解槽及電解車項目改造、印尼170 kA鋁冶煉電解槽及電解車升級改造。

圖3 印尼項目現場舊設備

圖4 意大利項目現場舊設備

5 鋁冶煉多功能改造實施及面臨風險

5.1 改造項目實施

改造項目實施階段包括技術準備、方案設計、施工圖設計、改制或新制、現場改造施工、驗收等環節。因其廠房建設和設備使用時間久、資料缺失或變更、維護保養不合理等不確定因素的特點，使得在技術準備階段尤為重要，其次施工圖設計、現場改造施工環節，參與人員必須具備豐富的設計或現場安裝維護使用經驗，改造項目才得以安全、經濟、有效的完成。

圖5 改造項目實施流程

5.2 改造面臨的風險

改造項目都是在已生產的廠房改造修理原有鋁冶煉多功能設備或整體重新設計更換新設備，相比新建項目，改造項目在實施流程中將面臨著更多的技術風險、組織風險、安全風險、合同風險，部分細節如下：施工環境惡劣時間空間受限、廠房結構及承壓有限、檢修平臺及檢修轉運系統利舊受限、裝機容量受限、現場改造過程中零件利舊的不確定性等不利條件。

施工環境惡劣時間空間受限：腐蝕氣體及灰塵重、磁場大焊接困難、改造施工與車間工作交叉影響，作業施工難度大、施工人員組織和安排不確定性、施工周期難以控制。

廠房結構及承壓受限：原有項目的廠房結構設計條件為改造前配套設備的提資(特別是原有設備為國外廠商制造的鋁冶煉多功能天車)，對于改造后需要增加新功能或加大性能參數的新車，受廠房承壓和尺寸限制，非標工作量大，設計困難，部分項目甚至犧牲功能及操作便利性仍無法滿足要求。

檢修平臺、車間轉運系統限制：國外項目的設計對于鋁冶煉設備的維護維修考慮十分完善，在車間設置有各種周檢、月檢、年檢的各種便利性平臺，設置有專門的檢修車間及轉運系統，甚至配備中央空調，改造成新車后，由于設計理念及結構形式的區別，原有的各種檢修平臺很難利用，涉及改造平臺后，成本劇增，有些分步實施改造的，新老交替周期長，給業主的檢修帶來很多困擾，甚至根本不接受。

裝機容量受限：部分老車間增加新的鋁冶煉設備后，原來車間供電滑線、變壓器、車間配電線路容量不夠，整體更換成本極大，嚴重影響業主改造的性價比。

現場改造零件利舊：判斷零件利舊與否以及改造拆卸過程是否會造成新的零件損壞，是整個改造過程的難點重點，其準確性直接影響到項目的成本和改造施工進度，目前大多數改造項目采用非固定總價合同，明確改造項點內容，規避不確定性風險。

另外，出口國外的改造項目還面臨鋁冶煉設備配套的外購件廠家實力不強，技術更新落后，質量不穩定，問題較多，影響整體質量，且廠家自身信心不足，技術改進乏力，產品出口意愿不強烈等困難。

6 未來改造市場趨勢

全世界2019年度公布數據原鋁產量數據約為6 369.7萬t，分布在世界各地，其中中國產量3 510.3萬t，約占世界原鋁總產量的55.1%。

6.1 國外市場

與中國新建的大電流電解槽項目特征相比，國外電解鋁項目主要為200 kA左右電流，建設年代為20世紀70、80年代的小型槽，其生產效率已低于中國，且使用的鋁冶煉設備都已超壽命周期服役，從安全和經濟性考慮，都必須進行改造升級更換。按照國外總原鋁產量與中國相當，單槽出鋁量(單日單槽出鋁量=電流效率×電化學當量×電流強度×24小時)遠低于中國，其生產的電解槽數量和鋁冶煉設備比國內多，推斷其鋁冶煉多功能存量市場至少1 500臺以上，改造整體更換市場巨大。目前已簽訂的意大利項目改造和在談判的印尼項目改造都屬于此類改造。

6.2 國內市場

國內市場的鋁冶煉設備大多服役周期短，在允許的壽命周期內，改造市場主要為局部功能改造、控制系統技術升級改造、安全性改造、搬遷改造，其中技術性升級改造和搬遷改造占比較大。雖然改造為局部改造，但因鋁冶煉設備存量市場大，所以前景較好。目前主要鋁冶煉設備制造廠家成立了專門的維保及改造隊伍，相對于鋁冶煉設備使用廠家的自備隊伍，具有更專業、施工效率高、維修改造質量更可靠，其不但節約改造零件成本，同時節約改造實施時間，給鋁冶煉生產帶來更高的效率。