引言
电极壳作为电石炉电极系统的核心组成要素，需依据实际消耗情况定期进行续接操作，同时要适时补充电极糊以维持电极的导电性能与结构稳定性。传统作业模式下，电极壳的搬运、对接、焊接、打磨环节，以及电极糊的运输与加料流程，均依赖人工操作完成，劳动强度处于较高水平，电石炉作业环境普遍存在高温多尘特征，作业人员在此环境中需应对机械伤害、高温灼伤等多种安全隐患。基于电极壳续接自动化改造方案与电极续接设备方案，开展电极壳自动续接加糊技术的研发工作，对于解决传统作业模式中的各类难题、推动电石生产自动化进程具有重要意义。
一、技术研发背景与现状
（一）研发背景
当前电石炉电极壳续接与加糊作业仍完全依靠人工完成。生产强度方面，单台电石炉日均需续接2节电极壳，每节续接操作耗时达40分钟；以18台电石炉计算，每日需完成36节电极壳续接，作业人员承受的工作负荷颇为繁重。安全层面，电石炉炉况常处于不稳定状态，焊接电极壳过程中，高温辐射、有害气体泄漏等安全风险因素持续存在，既制约生产效率提升，也给作业人员人身安全带来显著压力，人工操作的不确定性容易导致焊接质量出现波动，进而影响电极系统稳定性，难以满足企业降本增效的实际需求。
（二）现状分析
依据电极壳续接自动化改造方案与电极续接设备方案，现有操作模式在电极糊加糊、电极壳续接及电极糊柱高度测量等环节存在明显不足。电极糊加糊作业中，操作人员需先将电极糊运送至一楼吊装口，四楼操作人员再通过单梁起重机转运至四楼存储区域；加糊过程中还需人工辅助将电极糊筒吊运至对应电极筒正上方完成加料操作，电极壳续接作业流程更为繁琐，维修车间人员需将验收合格的电极筒放置于一楼吊装口，由四楼操作工吊运至存储区域；当电极筒消耗至距离环形加料机内部水平面900mm时，巡检工与焊接人员需配合完成对接、焊接、打磨等一系列作业，单节操作耗时在30-45分钟区间；电极糊柱高度由巡检人员采用激光测距仪进行不定期测量，每班测量次数不少于一次，测量的精度与效率均显有限。
二、自动续接加糊技术总体设计
（一）设计目标
基于电极壳续接自动化改造方案与电极续接设备方案，本技术研发的核心方向聚焦于实现电极壳续接与加糊作业的全流程自动化。其中包含对电极深度的自动测量，通过实时掌握电极消耗状态为续接作业提供精准依据；完成电极壳的自动定位与矫正操作，确保新电极壳与原有电极的对接精度；实现电极壳的自动搬运环节以减少人工参与；开展电极壳的自动对接、焊接与打磨工序，同时对焊缝进行实时监控以保障焊接质量；达成电极糊的自动加料并精准控制加料量；同步实现电极壳与电极糊的自动上楼及存储管理以提升物料管理效率。这些目标的实现能够最大限度降低人工干预程度，有效减少安全隐患。
（二）系统组成
自动续接加糊系统的组成根据电极壳续接自动化改造方案与电极续接设备方案明确，涵盖多项关键设备，桁架机械手作为核心设备承担电极筒、电极糊及电极筒盖的搬运工作，可完成电极深度测量并按预设轨迹自主运行。焊接模具用于新电极筒与原有电极的自动找正、夹紧与对齐，完成后等待机器人进行焊接作业。电极筒定位存储工装共设6套，具备电极筒矫正、定位与存储功能，单次可存储6个电极筒，满足2台炉1.5至2天的使用需求，焊缝打磨工具在电极筒焊接作业结束后对电极筒外筋板处焊缝进行打磨处理，确保焊缝表面平整光滑。系统同时包含负责电极筒对接缝焊接的焊接机器人、控制整套系统自主运行的电器控制柜、支持中控室远程操控的中控操作台以及实时呈现现场设备运行状态的视频监控系统等。
三、关键技术实现与工作流程
（一）关键技术实现
基于电极壳续接自动化改造方案与电极续接设备方案，该技术的关键实现涉及多个重要层面，自动化测量层面系统具备电极深度自动测量功能，中控室操作人员按下对应号数电极的测高按钮后，桁架机械手即刻依照预设程序移动至该电极的精确位置，通过多点位循环测量并取平均值输出的科学方式保障测量结果的精准度与可靠性。定位与对接层面，电极筒定位存储工装可对电极筒在生产加工、运输搬运过程中因外力产生的变形进行有效矫正，确保电极筒外形符合对接标准，焊接模具借助精密机械结构实现新电极筒与原有电极的自动找正和牢固夹紧，从根本上保障两者对接的高度精度。焊接与打磨层面，焊接机器人依据预设的最优焊接参数自动完成点焊固定和满焊成型作业，焊接过程稳定可控形成的焊缝兼具高度平整性与光滑度，后续由专业焊缝打磨工具对电极筒外筋板处焊缝进行细致打磨，使其达到平整光滑的理想状态，全面保障电极筒续接后的整体质量。
（二）工作流程
依据相关方案，该技术工作流程包含电极筒自动上楼、电极糊自动上楼、电极筒自动续接及自动加糊环节。电极筒自动上楼过程中，按下控制按钮后一层叉车将合格电极筒放入吊笼，电葫芦将吊笼吊运至五层；上料定位装置移动到位后吊笼下落，移位小车举升电极筒后退，桁架机械手抓取电极筒放置于存储工装；之后移位小车将定位架送入吊笼，电葫芦启动起吊，定位装置恢复原位，吊笼放回地面完成整个循环，电极糊自动上楼流程与之相近，区别在于运输的是满料斗并同步回收空斗。自动续接阶段，系统检测到电极筒达到设定高度，按下续接按钮后桁架机械手移开筒盖、对接电极筒，焊接机器人完成作业后复位筒盖；自动加糊由中控操作触发，桁架机械手移开筒盖完成加料后将筒盖复位。
（三）设备参数与性能保障
电极壳续接自动化改造方案与电极续接设备方案中，明确规范了系统各设备的具体参数，为技术性能筑牢基础。桁架机械手X轴最大移动速度设定为18m/min，Y轴为10m/min，Z1轴为8m/min，最大抓取能力达4T，这样的参数配置支撑其高效完成各类搬运任务。焊接机器人定位精度达0.1mm，防护等级为IP65，使其在恶劣作业环境中仍能保持稳定运行状态，保障焊接质量稳定可靠。自动上楼系统最大起升速度为8m/min，最大起升重量3T，完全满足电极筒与电极糊的上楼运输要求，电极筒定位存储工装单次可存储6个电极筒，能为2台炉提供1.5至2天的用量，有效减少频繁上料造成的困扰，这些参数的科学设定，确保整套系统稳定高效运行，充分契合电极壳续接与加糊的作业需求。
四、技术应用效果与优化方向
（一）应用效果评估
自动续接加糊技术投入实际场景后，对生产环节的优化价值得到充分体现。桁架机械手与焊接机器人等自动化设备协同配合，电极壳续接及加糊全过程无需人工介入，人工在高温多尘环境中可能遭遇的安全隐患得以规避，设备持续稳定运行也削弱了人为操作带来的不确定因素，电极系统整体稳定性随之提升。对比传统人工操作模式，单节电极壳续接耗时缩减近半，生产效率相应提高，焊接工艺精度与电极糊添加准确度的改善，为电石炉持续稳定运行筑牢基础，生产流程的连贯性也因此增强。员工劳动负担减轻的同时，企业生产整体节奏更易把控，视频监控系统实时反馈作业动态，异常状况能被及时识别并处置，生产中断可能性进一步降低，操作过程中记录的各项数据为生产参数调整完善提供参考，助力企业在标准化与智能化生产道路上积累扎实条件。
（二）经济效益分析
该技术落地后为企业创造的经济收益体现在多个维度，直接成本层面，单台电石炉日常作业人员减少3名，18台炉组全年人工开支可压缩约216万元；电极糊消耗因调控精准下降8%，原材料年度节省金额突破80万元，焊接机器人稳定的工艺表现减少焊条等耗材损耗，耗材类年度支出可缩减12万元左右；间接效益领域，生产效能提升推动18台电石炉年产量增加7884吨，以每吨500元的利润空间计算，年度新增收益约394万元，设备故障频次降低带来维修支出减少，年均维修费用节省超过30万元，自动化系统标准化运行模式降低人工操作失误引发的电极报废情况，电极更换相关年度成本减少约25万元。整套系统投资成本回收周期经测算约14个月，经济层面优势突出，企业资金周转速率得到改善，在行业竞争中形成成本管控优势，使企业面对市场波动时具备更稳健的盈利能力。
（三）现存技术问题
尽管技术落地后成效突出，实际应用中仍有部分问题有待完善，电极壳变形程度超过4mm时，定位存储工装的矫正作用难以充分发挥，这类情况在续接总量中占比约4%，此时需人工介入调整，不仅提高了人工参与频次，调整操作若不够精准还可能对后续焊接精度产生影响，导致约2%的续接部位需要二次处理。高温环境会加速焊接机器人焊枪喷嘴、送丝机构等部件的损耗，相较常温环境使用寿命缩短近40%，这使得设备维护次数增多、成本上升，年均为此增加的维护开支约15万元，更换部件过程中每次停机需30分钟，对生产进度形成间接影响。湿度较高时电极糊容易出现结块，可能造成加料管道堵塞，干扰加糊流程的连续性，每周需安排2-3次人工清理，每次清理耗时约1小时，由此产生一定额外工作量，突发堵塞情况还可能引发生产短暂停顿，与全流程自动化的预期目标尚有差距。
（四）后续改进建议
针对现存问题，后续改进可从三个方向推进。优化电极壳定位存储工装的矫正构造，增设自适应调节机制，搭配高精度视觉检测元件与多自由度机械矫正臂，借助3D扫描即时捕捉变形信息并自主调控矫正强度，增强对变形电极壳的矫正效能，把人工介入比例控制在1%以内，使其更好适配不同状态的电极壳。对焊接机器人的耐高温部件实施升级，选用更耐磨损、抗高温的陶瓷复合材质，配合水冷散热装置，将部件使用周期延长至原有水平的1.5倍以上，削减维护开支，强化设备运行稳定性，同步完善焊接参数自适应计算方法，依据环境温度灵活调整焊接电流与速率。在电极糊存储及输送环节添加智能除湿与搅拌设备，实时监测湿度并自主调节，装配管道堵塞预警感应器，察觉流量异常时即刻启动高压疏通程序，避免结块与堵塞情况发生，保障加料过程顺畅，进一步强化系统稳定性与自动化水准，让技术更契合生产实际需求，助力电石生产达成更高层次的自动化目标。
结语
研发的电石炉电极壳自动续接加糊技术，依托相关方案，集成桁架机械手、焊接机器人等自动化设备，实现电极壳续接与加糊全流程自动化。该技术解决了传统人工操作效率低、安全风险大等问题，提升生产安全性与稳定性，其设备配置、流程设计和参数设定为电石炉电极作业自动化提供可行方案，对推动相关生产环节智能化升级具有重要实践意义。
参考文献
[1]张俊平,高建亮.电石炉出料运输系统的改造[J].聚氯乙烯,2025,53(04):37-39.y
[2]丁启元,刘延安,王大伟.密闭式电石炉出炉系统自动化改造[J].聚氯乙烯,2025,53(02):25-29.
