提高再生銅陽(yáng)極板外觀質(zhì)量的生產(chǎn)實(shí)踐

秦運(yùn)輝

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提高再生銅陽(yáng)極板外觀質(zhì)量的生產(chǎn)實(shí)踐

秦運(yùn)輝

敘述了再生銅陽(yáng)極板外觀質(zhì)量存在的缺陷，分析了原因，通過相應(yīng)的改進(jìn)措施，提高了陽(yáng)極板外觀質(zhì)量的合格率，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)成本。

再生銅； 陽(yáng)極板； 外觀質(zhì)量； 影響因素

0 前言

某再生銅冶煉公司于2011年11月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為年產(chǎn)30萬(wàn)t陰極銅。該公司熔煉廠安裝有2臺(tái)350 t精煉搖爐、2臺(tái)250 t NGL生產(chǎn)陽(yáng)極銅，與之配套的是2套M18雙圓盤澆鑄機(jī)，采用能耗低、效益佳的“一段法”工藝，處理品位不小于85%的廢雜銅，生產(chǎn)出含銅大于99.2%的陽(yáng)極銅供電解廠使用。

銅陽(yáng)極板合格的外觀質(zhì)量，是保證電解工序連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)的前提條件?；鸱ň珶捝a(chǎn)出的每塊銅陽(yáng)極板，其外觀質(zhì)量和重量必須符合要求。若陽(yáng)極板單重偏高，則電解周期內(nèi)殘極率高；而單重偏低，則需提前吊換陽(yáng)極。如果陽(yáng)極板表面粘附雜物或有凸出鼓泡、板筋，則容易引起短路，造成陰極銅外觀質(zhì)量和整體品質(zhì)下降。銅陽(yáng)極板外觀質(zhì)量經(jīng)過修整仍無法達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的，只能回爐處理，導(dǎo)致天然氣單耗上升，生產(chǎn)成本增加。

該公司電解工藝陽(yáng)極板同極間距為100 mm，陰極電流密度為220～300 A/m2，電解工藝對(duì)銅陽(yáng)極板的外觀要求如下：?jiǎn)螇K重量370～400 kg(根據(jù)生產(chǎn)電流密度進(jìn)行調(diào)整)，耳部及附近無裂紋。面部長(zhǎng)990±10 mm，模面寬960±5 mm，澆鑄面寬978±10 mm，兩耳寬1 314±10 mm，板厚48±5 mm，耳厚38±5 mm，耳部歪斜≤8 mm，板筋、頂突≤10 mm，毛刺、鼓泡≤8 mm，

1 生產(chǎn)概況

1.1 陽(yáng)極板單塊重量保持穩(wěn)定

該公司配置的M18雙圓盤澆鑄機(jī)，采用差量法電子稱量系統(tǒng)，澆鑄過程中所有稱量數(shù)據(jù)都顯示在電腦屏幕上，可非常直觀地反映各階段的澆鑄數(shù)據(jù)。差量法稱量的工作原理是，當(dāng)中間包分配給澆鑄包的銅水重量達(dá)到設(shè)定裝載值后，開始澆鑄陽(yáng)極板，待澆鑄包倒出設(shè)定重量的銅水時(shí)停止?jié)茶T[1]。由于整個(gè)澆鑄過程中重量清晰可見，并且平時(shí)定期校正電子稱，所以無論是手動(dòng)澆鑄、半自動(dòng)澆鑄還是全自動(dòng)澆鑄，投產(chǎn)至今，生產(chǎn)的銅陽(yáng)極板單塊重量偏差均非常小，電解工序殘極的重量也保持穩(wěn)定。

1.2 陽(yáng)極板有毛刺飛邊

合格的銅陽(yáng)極板應(yīng)該沒有毛刺飛邊，但生產(chǎn)中澆鑄出的陽(yáng)極板或多或少都有毛刺飛邊，澆鑄不順利時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)單爐半數(shù)以上陽(yáng)極板需要人工修整的情況。不僅影響陽(yáng)極板外觀質(zhì)量的合格率，還要花費(fèi)大量的人力、物力修整陽(yáng)極板，增加了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，增大了生產(chǎn)成本。 圖1為陽(yáng)極板毛刺飛邊。

圖1 陽(yáng)極板毛刺飛邊

1.3 陽(yáng)極板模面板筋、氣孔多

該公司投產(chǎn)一段時(shí)間后，銅陽(yáng)極板模面開始出現(xiàn)一些向外突出的板筋，這類板筋大多數(shù)縱橫交錯(cuò)分布，在電解工序中縮短了極間距，嚴(yán)重的會(huì)引起短路，導(dǎo)致電流密度在板面上分布不均勻，陰極銅局部長(zhǎng)粒子，影響陰極銅的質(zhì)量[2]。而另一個(gè)長(zhǎng)期存在的問題是氣孔，雖然氣孔對(duì)電解生產(chǎn)的影響不是很明顯，在外觀標(biāo)準(zhǔn)中也未作規(guī)定，但從實(shí)際生產(chǎn)情況來看，對(duì)應(yīng)氣有孔存在的模面，電解得到的陰極銅板面質(zhì)量普遍偏低。圖2為陽(yáng)極板上的氣孔。

圖2 陽(yáng)極板上的氣孔

1.4 陽(yáng)極板耳部斷裂

生產(chǎn)中存在部分陽(yáng)極板耳部開裂甚至斷裂的情況，該類陽(yáng)極板即使其他外觀指標(biāo)均符合要求，但由于無法安裝入槽，只能回爐處理，導(dǎo)致天然氣單耗上升，生產(chǎn)成本增加。圖3為耳部斷裂的陽(yáng)極板。

圖3 耳部斷裂的陽(yáng)極板

1.5 陽(yáng)極板澆鑄面鼓泡、夾帶雜質(zhì)

ISA法電解工藝要求，陽(yáng)極板的鼓泡高度不超過8 mm，在實(shí)際生產(chǎn)中，鼓泡一直是影響陽(yáng)極板外觀質(zhì)量合格率的一個(gè)重要因素。大大小小的鼓泡分布在澆鑄面上，鼓泡為空心的且非常松脆，進(jìn)入電解液之后，鼓泡銅皮極易脫落。

此外，一些澆鑄料或精煉渣也經(jīng)常附著在澆鑄面上，這類雜質(zhì)大多不參與陽(yáng)極板電解作業(yè)，在電解初期就掉落至電解液內(nèi)。

陽(yáng)極板的鼓泡銅皮和夾帶的雜質(zhì)都會(huì)對(duì)電解液造成影響，使出現(xiàn)短路和陰極銅長(zhǎng)粒子的可能性增大。圖4 為陽(yáng)極板上的鼓泡和雜質(zhì)。

圖4 陽(yáng)極板上的鼓泡和雜質(zhì)

1.6 陽(yáng)極板面、耳部厚度不均

電解廠采用從加拿大進(jìn)口的陽(yáng)極機(jī)組，經(jīng)過機(jī)組檢測(cè)達(dá)到公司標(biāo)準(zhǔn)的陽(yáng)極板方能進(jìn)入泡洗槽，反之則被退回。陽(yáng)極機(jī)組通過紅外線12個(gè)點(diǎn)來檢測(cè)陽(yáng)極板各部分厚度。投產(chǎn)以來，除了陽(yáng)極機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)外，質(zhì)檢員也進(jìn)行人工檢測(cè)。陽(yáng)極板厚度不均集中表現(xiàn)在板面上薄下厚、左厚右薄、耳部偏薄。陽(yáng)極板厚度不均會(huì)造成電解工序短路、電流密度不均、殘極率升高等，極大地影響了電解生產(chǎn)。

表1為2012年1月影響陽(yáng)極板外觀質(zhì)量因素所占比例，其中陽(yáng)極板厚度問題所占的比例最高，達(dá)59.65%。

表1 2012年1月影響陽(yáng)極板外觀質(zhì)量因素所占比例

2 原因分析

2.1 毛刺飛邊

按照陽(yáng)極板四周的方向，毛刺飛邊可分為左右方向和上下方向兩類。

左右方向的毛刺飛邊主要是由于圓盤澆鑄機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定造成的。圓盤澆鑄機(jī)采用的是中心軸支撐，圓盤并沒有設(shè)置啟停限位，是在控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定好轉(zhuǎn)動(dòng)曲線，利用曲線控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止，從而達(dá)到圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)是非平滑運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度在啟停兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上會(huì)出現(xiàn)突變點(diǎn)，尤其是啟動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)突然的運(yùn)作會(huì)引起圓盤較大晃動(dòng)，此時(shí)模子里的銅水尚未凝固，銅水會(huì)隨圓盤左右晃動(dòng)，形成左右方向的毛刺飛邊。

陽(yáng)極板上下方向的毛刺飛邊主要是澆鑄包澆鑄速度過快引起的。

首先，同圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)曲線一樣，澆鑄包的運(yùn)行也由一條澆鑄曲線控制，澆鑄曲線應(yīng)由最適宜的澆鑄速度來確定，合適的澆鑄速度應(yīng)該遵循“先慢后快再慢”的控制理念[3]。如果在澆鑄初期就采用較快的澆鑄速度，會(huì)造成剛剛澆進(jìn)模子里的銅水四處飛濺，在模子上方結(jié)冷銅；而澆鑄末期采用較快的澆鑄速度，則容易沖刷模子內(nèi)已澆鑄的銅水，造成陽(yáng)極板下方產(chǎn)生毛刺飛邊。

其次，在整爐銅水澆鑄作業(yè)中，會(huì)出現(xiàn)一些非理想的狀況，所以澆鑄工會(huì)把澆鑄模式從自動(dòng)換成手動(dòng)，而手動(dòng)澆鑄對(duì)澆鑄工的技能熟練程度有非常高的要求，一般手動(dòng)澆鑄均難以達(dá)到最理想的澆鑄速度。

第三，整爐銅水澆鑄作業(yè)時(shí)長(zhǎng)達(dá)3.5～4 h，甚至一個(gè)班次出現(xiàn)連續(xù)出銅的情況，員工面對(duì)高強(qiáng)度的勞動(dòng)，就有可能人為調(diào)快澆鑄速度，期望以此縮短作業(yè)時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度[4]，由此增加毛刺飛邊產(chǎn)生的數(shù)量。

2.2 模面板筋、氣孔多

圓盤澆鑄機(jī)使用的模具有鋼模和銅模兩種，鋼模為直接采購(gòu)回來使用，銅模是該公司用鋼母模澆鑄成型的。兩者有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)：鋼模澆鑄出來的陽(yáng)極板外觀質(zhì)量較好，但使用周期短，到后期模子破損率高；銅模使用周期長(zhǎng)，但澆鑄出來的陽(yáng)極板外觀質(zhì)量較鋼模差，澆鑄銅模和廢銅?；貭t均會(huì)增加生產(chǎn)成本。

對(duì)比兩種模具的使用情況發(fā)現(xiàn)，鋼模在使用后期會(huì)出現(xiàn)龜裂，集中在模子中心部位，銅水澆鑄到模子的過程中，會(huì)滲進(jìn)裂痕，冷卻后便形成板筋，而銅模很少出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象。鋼模出現(xiàn)龜裂的原因有兩個(gè)：一是模子在同樣的冷熱交替的使用環(huán)境中，鋼的延展性比銅的延展性低，所以鋼模易形成龜裂。銅水的出爐溫度約為1 220 ℃，經(jīng)過溜槽、中間包、澆鑄包后，澆鑄溫度降至約1 120 ℃，而澆鑄前鋼模溫度約50 ℃，與銅水接觸后溫度驟升，經(jīng)過冷卻水系統(tǒng)冷卻過后又降至130 ℃左右，模溫反復(fù)變化，造成龜裂形成；二是模子中心恰好是與澆鑄銅水的接觸點(diǎn)，與銅水接觸時(shí)間最長(zhǎng)，受到的沖刷力最大，長(zhǎng)此以往也加速形成模子龜裂。

在陽(yáng)極板模面出現(xiàn)的氣孔屬于較淺的侵入性氣孔。侵入性氣孔主要是由脫模劑中的水分蒸發(fā)造成的，當(dāng)銅水澆鑄到模子內(nèi)時(shí)，脫膜劑中的水分在此之前沒有全部蒸發(fā)，殘留的水分在1 120 ℃的高溫銅水下快速蒸發(fā)，形成許多高氣壓的中心點(diǎn)，水蒸氣從銅水底部侵入銅液中，在銅水表面未凝固前，從銅水的表面逸出。當(dāng)銅水表面凝固后，來不及逸出的氣體被封閉在銅水里，使陽(yáng)極板產(chǎn)生侵入性氣孔，這些氣孔侵入較淺，主要集中在陽(yáng)極板的模面和兩側(cè)[5]。

2.3 耳部斷裂

陽(yáng)極板耳部斷裂的原因，主要是由于模子溫度冷卻不夠，尤其是模子的耳部位置冷卻不夠，導(dǎo)致澆鑄好的陽(yáng)極板在預(yù)頂起時(shí)，依然存在較強(qiáng)的高溫變形能力使耳部不易脫模，從而導(dǎo)致耳部形變、產(chǎn)生裂紋，甚至在頂起時(shí)被卡在模內(nèi)，導(dǎo)致耳部極度彎曲。耳部形變、存在裂紋的陽(yáng)極板冷卻之后，在叉車運(yùn)送過程中或陽(yáng)極機(jī)組整形、上板的時(shí)極易發(fā)生斷裂。

2.4 澆鑄面鼓泡、夾帶雜質(zhì)

鼓泡產(chǎn)生的原因主要有三方面：一是由于銅水的溫度較高，使得氣體在銅水中的溶解度增大，陽(yáng)極板在鑄完后，表面先于內(nèi)部冷卻而凝固，隨著溫度的降低，氣體在銅水中的溶解度急劇下降，析出的氣體開始外溢，而此時(shí)陽(yáng)極板表面已結(jié)成一層硬殼，溶解在銅水中的氣體外溢受阻，內(nèi)部壓力不斷升高將陽(yáng)極板表面頂起，從而形成 “鼓泡”[6]；二是模子溫度隨澆鑄時(shí)間的推移而升高，模溫越高則澆鑄出的陽(yáng)極板降溫越慢，從而導(dǎo)致陽(yáng)極板內(nèi)氣體的析出速度降低；三是當(dāng)精煉好的陽(yáng)極銅含氧量低于0.05%時(shí)，溶解在銅水中的氫急劇增加，澆鑄時(shí)又大量析出，形成鼓泡。

澆鑄面夾帶的雜質(zhì)，大致有兩類，一類是砌筑溜槽、中間包、澆鑄包時(shí)的澆鑄料，在澆鑄過程中散落下來，隨銅水一同澆鑄到模子內(nèi)；另一類是精煉渣，這主要是精煉工序中造渣不理想、爐前工放渣操作不到位，爐內(nèi)殘留過多的爐渣造成的。澆鑄料和精煉渣的密度都比銅低，所以粘附在澆鑄面上。

2.5 板面、耳部厚度不均

該公司采用差量法電子稱量系統(tǒng)，保證了陽(yáng)極板單塊重量穩(wěn)定，而出現(xiàn)板面、耳部厚度不均，主要是因?yàn)榈醴旁陔p圓盤澆鑄機(jī)上的模子水平度存在偏差，導(dǎo)致澆鑄出的陽(yáng)極板厚度不均；其次是銅水含氧高于0.2%或出銅溫度低于1 200 ℃時(shí)，均會(huì)造成銅水流動(dòng)性變差，其很難順利地流進(jìn)模子耳部，導(dǎo)致陽(yáng)極板耳部不飽滿，即厚度偏薄。

3 改進(jìn)措施

根據(jù)上述分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，該公司將造成銅陽(yáng)極板外觀質(zhì)量的缺陷原因歸納為以下幾個(gè)方面：陽(yáng)極銅的出爐溫度、含氧量過高或過低造成陽(yáng)極板鼓泡、板筋、氣孔和厚度不均；精煉渣型和放渣操作不理想導(dǎo)致陽(yáng)極板夾帶雜質(zhì)過多；澆鑄速度過快會(huì)產(chǎn)生飛邊毛刺；澆鑄噴淋水和冷卻水流量、模子的使用和保養(yǎng)情況直接影響陽(yáng)極板的外觀質(zhì)量。對(duì)此，有針對(duì)性地進(jìn)行了改進(jìn)。

3.1 控制陽(yáng)極銅的出爐溫度

銅水從精煉爐流出到澆鑄包的過程中，溫度降低約100 ℃。當(dāng)銅水溫度大于1 250 ℃的時(shí)，對(duì)于銅模，澆鑄期間很容易出現(xiàn)粘膜現(xiàn)象；對(duì)于鋼模，會(huì)加快模子的破損速度。當(dāng)銅水溫度小于1 200 ℃時(shí)，銅水粘度增大，流動(dòng)性不好，澆鑄的陽(yáng)極板耳部不飽滿，溜槽、中間包和澆鑄包冷銅粘結(jié)嚴(yán)重，而冷銅的增多又進(jìn)一步惡化澆鑄條件，使銅水溫度下降加劇，以致最終無法進(jìn)行澆鑄。因此該公司將銅水出爐溫度控制在1 220～1 235 ℃。

3.2 改善精煉渣型和放渣操作

強(qiáng)化爐前操作，在加料之前，依照各類廢雜銅的雜質(zhì)含量，制定科學(xué)合理的入爐配料單，并根據(jù)爐內(nèi)實(shí)際情況調(diào)整石英、造渣劑等輔料的加入量。氧化造渣階段，在加料口處增設(shè)一根風(fēng)管，加大對(duì)爐內(nèi)熔體的攪拌力度，將精煉渣型控制在較理想的狀態(tài)。放渣階段盡可能地將浮在銅水上層的精煉渣倒完，為后續(xù)的還原和澆鑄工序提供良好的工作條件。

3.3 控制陽(yáng)極銅的含氧量

精煉好的陽(yáng)極銅含氧高于0.2%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致銅水的流動(dòng)性變差，澆鑄的陽(yáng)極板表面粗糙、起氧化皮、耳部不飽滿；當(dāng)含氧低于0.05%時(shí)，溶解在銅水中的氫會(huì)急劇增加，并在澆鑄時(shí)又大量析出，造成澆鑄面鼓泡產(chǎn)生。所以該公司將陽(yáng)極銅含氧控制在0.06%～0.09%范圍內(nèi)。

3.4 控制澆鑄速度

無論是自動(dòng)澆鑄還是手動(dòng)澆鑄，澆鑄速度都應(yīng)遵循“慢—快—慢”的模式。對(duì)于自動(dòng)澆鑄，在澆鑄之前就必須開始調(diào)試圓盤澆鑄機(jī)，設(shè)定好澆鑄曲線，澆鑄作業(yè)中不得隨意更改澆鑄曲線；而手動(dòng)澆鑄，對(duì)澆鑄工的操作技能要求非常高，只有理論和實(shí)踐相結(jié)合，日積月累不斷強(qiáng)化操作技能，才能減少毛刺飛邊的產(chǎn)生。

3.5 控制澆鑄噴涂水和冷卻循環(huán)水的流量

澆鑄機(jī)配套的自動(dòng)噴涂裝置，在一定程度上降低了人工噴涂的勞動(dòng)強(qiáng)度，但噴涂水的流量直接影響空模子內(nèi)的脫模劑數(shù)量。自動(dòng)噴涂裝置也必須在澆鑄之前調(diào)試完畢，在澆鑄過程中密切關(guān)注噴涂出的脫模劑數(shù)量，如果澆鑄條件不理想甚至不斷惡化，則關(guān)閉自動(dòng)噴涂，避免殘留模子內(nèi)的水分過多產(chǎn)生氣孔。

該公司的圓盤澆鑄機(jī)冷卻循環(huán)水分為上下兩部分，均有6個(gè)噴頭。上部分主要冷卻剛澆鑄出來的陽(yáng)極板以便其成型，下部分則主要對(duì)模子進(jìn)行冷卻。廢陽(yáng)極崗位人員控制上部分冷卻水噴頭的開關(guān)，并根據(jù)陽(yáng)極板澆鑄面的冷卻情況適時(shí)調(diào)節(jié)各個(gè)噴頭的冷卻水流量；澆鑄工則依據(jù)廢陽(yáng)極崗位人員提供的信息和脫模劑水分蒸發(fā)情況，調(diào)節(jié)下部分的冷卻水流量，保證模子溫度在130 ℃左右。

后期該公司對(duì)其冷卻循環(huán)水系統(tǒng)做了一次技術(shù)改造，將上下部分的冷卻噴頭各增加2個(gè)，都達(dá)到8個(gè)噴頭，更有效地控制模子溫度，減少鼓泡的產(chǎn)生。

3.6 提高生產(chǎn)意識(shí)，開展精細(xì)化管理

(1)提高員工的責(zé)任心，做好澆鑄前的調(diào)試工作，不能隨意修改設(shè)定好的生產(chǎn)參數(shù)。調(diào)試澆鑄機(jī)時(shí)用天然氣烘烤模子，檢查模子破損情況；澆鑄工在澆鑄初期的三圈內(nèi)，快速定位澆鑄出不合格板的模子，及時(shí)調(diào)整模子水平度。對(duì)通過修整可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的陽(yáng)極板，要盡心修整。

(2)實(shí)行全員全崗位培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)員工一專多能，在生產(chǎn)中實(shí)行輪崗制，樹立員工大局觀。

(3)定期進(jìn)行工藝檢查，著重對(duì)精煉渣含銅、陽(yáng)極銅含氧和出爐溫度進(jìn)行監(jiān)控。

(4)開展精細(xì)化管理，制定詳細(xì)的考核制度，獎(jiǎng)懲分明，提高員工積極性，營(yíng)造良好的工作氛圍。

4 改進(jìn)后的效果

該公司從2011年投產(chǎn)以來，經(jīng)過不斷摸索和總結(jié)，找到了適合自身發(fā)展的道路，針對(duì)各項(xiàng)影響陽(yáng)極板外觀質(zhì)量的因素，逐一排查，有的放矢，終于使再生銅陽(yáng)極板外觀質(zhì)量合格率大幅提高，投產(chǎn)以來陽(yáng)極板外觀質(zhì)量合格率見表2。

表2 投產(chǎn)以來陽(yáng)極板外觀質(zhì)量合格率 %

5 結(jié)語(yǔ)

投產(chǎn)3年來，該公司理論結(jié)合實(shí)踐，通過控制陽(yáng)極銅的出爐溫度和含氧量、精煉渣型和放渣情況、澆鑄速度和自動(dòng)噴涂水、冷卻循環(huán)水的流量以及各項(xiàng)工作的精細(xì)化管理，顯著提高了陽(yáng)極板的外觀質(zhì)量，減少了廢板的產(chǎn)生，同時(shí)也降低了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，為實(shí)現(xiàn)“降本增效” 的科學(xué)管理目標(biāo)增添了強(qiáng)有力的砝碼。

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(廣西有色再生金屬有限公司， 廣西 梧州 543103)

Production practice of improving the appearance quality of recycled copper anode plate

QIN Yun-hui

This paper described the defects of appearance quality of recycled copper anode plate, and the causes were analyzed. Through the corresponding improvement measures, qualified rate of the anode plate appearance quality was improved, the labor intensity of the workers and the cost of production were reduced.

recycled copper; anode plate; appearance quality; affecting factors

秦運(yùn)輝(1990—)，男，廣西桂林人，學(xué)士，助理工程師，從事再生銅冶煉和金屬平衡管理工作。

2014-- 09-- 29

2015-- 05-- 27

TF811

B

1672-- 6103(2015)05-- 0018-- 04