提高單圓盤銅陽極板質(zhì)量的生產(chǎn)實(shí)踐

李文峰，付 宇，劉 ?。ń縻~業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

提高單圓盤銅陽極板質(zhì)量的生產(chǎn)實(shí)踐

李文峰，付 宇，劉 俊
（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

剖析了江西銅業(yè)集團(tuán)貴溪冶煉廠（簡(jiǎn)稱貴冶）傾動(dòng)爐車間單圓盤澆鑄銅陽極板質(zhì)量不高的現(xiàn)狀，從貴冶制定的“銅陽極板物理規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)”出發(fā)，經(jīng)研究分析查找影響因素，通過技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化過程控制,使得陽極板品質(zhì)有了較大提升。

澆鑄；陽極板；質(zhì)量；銅模；電子秤

1 引言

江銅集團(tuán)貴溪冶煉廠傾動(dòng)爐車間10萬t雜銅冶煉項(xiàng)目2007年3月投產(chǎn)運(yùn)行，該項(xiàng)目的圓盤澆鑄機(jī)采用江銅集團(tuán)（貴溪）冶金化工工程公司自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單16模圓盤澆鑄系統(tǒng)。經(jīng)過不斷摸索對(duì)圓盤澆鑄機(jī)的性能和工藝流程控制有了更加充分的認(rèn)識(shí)，在火法精煉中，銅陽極板質(zhì)量不僅與冶煉工藝技術(shù)有關(guān)，還與澆鑄機(jī)的性能息息相關(guān)。下面將一一闡述傾動(dòng)爐車間在生產(chǎn)實(shí)踐中，提高單圓盤澆鑄機(jī)性能，從而提高銅陽極板質(zhì)量的措施。

2 貴冶通用銅陽極板物理規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)

銅電解精煉的電流效率和電解銅質(zhì)量很大程度上取決于陽極板的物理規(guī)格。為了滿足電解精煉的要求，陽極板要求厚薄均勻，無飛邊毛刺，表面光滑平整、無帶渣。目的是使陽極板在電解槽中保持垂直，減少電解短路現(xiàn)象，提高電流效率；減少陽極泥沉降附著現(xiàn)象，提高陰極銅質(zhì)量；降低殘極率。下面是貴冶制定的通用陽極板物理規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)（如表一所示）［1］。

表1 貴冶通用陽極板物理規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)

3 陽極板物理規(guī)格的影響因素

3.1 影響陽極板物理合格率因素統(tǒng)計(jì)

為了弄清影響陽極板物理合格率的因素，車間對(duì)2011年10月111爐共計(jì)34830塊陽極板進(jìn)行了工序內(nèi)的檢驗(yàn)（含陽極板的自檢)，檢驗(yàn)合格陽極板34210塊，不合格陽極板620塊。主要影響不合格陽極板各類因素的分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)如（表2所示）實(shí)際陽極板物理合格率只有98.22%。

表2 不合格陽極板各類影響因素的分布

3.2 不合格陽極板各類影響因素的分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)研究分析，影響不合格陽極板質(zhì)量的主要因素可歸納為：（1）大量的飛邊毛刺，誘因是澆鑄過程中冷卻水控制不當(dāng)，噴涂效果不理想有關(guān)；（2）陽極板變形嚴(yán)重、背筋大與銅模溫度控制有關(guān)，銅模冷卻水控制不當(dāng)，易造成銅模開裂或變形嚴(yán)重；（3）耳厚耳薄屬于銅模的水平度未調(diào)整好［2］，面部長(zhǎng)、面部寬、兩耳寬、內(nèi)耳寬、錐度等應(yīng)屬于母模的澆鑄和澆鑄過程中銅模的維護(hù)；（4）銅模耳部不光滑和澆鑄過程中易灌頂桿造成陽極板耳部彎曲；（5）陽極板板厚、板薄屬于澆鑄過程中陽極板單重的控制。

4 解決陽極板質(zhì)量問題的對(duì)策與成效

4.1 陽極板單重的控制

4.1.1 電子秤的維護(hù)

影響陽極板重量最為關(guān)鍵的是電子秤的精度，電子秤是個(gè)高精度的計(jì)量設(shè)備，電子秤采用差量法秤量澆鑄包淌出的銅水重量［3］。在圓盤定量澆鑄系統(tǒng)中,機(jī)械電子稱的測(cè)量精度與系統(tǒng)狀態(tài)量數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、澆鑄的速度曲線均對(duì)澆鑄銅水的重量控制起至關(guān)重要作用。系統(tǒng)可根據(jù)澆鑄包淌出的銅水重量來控制陽極板的單重，自動(dòng)根據(jù)上一塊陽極的重量偏差來修復(fù)下一塊陽極的重量,以達(dá)到自動(dòng)調(diào)整偏差的目的,實(shí)現(xiàn)單重的精確控制。影響機(jī)械電子稱的測(cè)量精度因素及解決對(duì)策（如表3所示）。

表3 影響機(jī)械電子稱的測(cè)量精度因素及解決對(duì)策及解決對(duì)策對(duì)照表

4.1.2 澆鑄速度和澆鑄灌量的控制

在圓盤定量澆鑄過程中，電子秤的測(cè)量精度與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、澆鑄的速度曲線均對(duì)陽極板重量起至關(guān)重要的作用。銅液澆鑄速度曲線以模擬銅水傾倒的特性而設(shè)計(jì)，遵循“先慢后快再慢”的控制理念，可通過澆鑄速度設(shè)定畫面的15個(gè)澆鑄設(shè)定段的速度調(diào)整［4］。在澆鑄前期采用較慢的澆鑄速度，以控制銅水飛濺等。在澆鑄過程中，澆鑄速度加快以縮短澆鑄時(shí)間。在澆鑄后期，澆鑄速度減慢以精確控制陽極板的澆鑄重量。澆鑄包主要功能是準(zhǔn)確地稱量每次澆鑄所給的銅水重量，并澆鑄出合格的陽極板。陽極板澆鑄過程是中間包向澆鑄包傾斜，待澆鑄包內(nèi)的銅水重量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，澆鑄包便會(huì)向模內(nèi)灌注銅水。澆鑄液位的調(diào)整每一次變化±15kg，最大的變化量是±45kg。當(dāng)澆鑄包內(nèi)澆鑄灌量過大時(shí)，澆鑄包邊框上就會(huì)粘結(jié)冷銅從而增加包子自重，使?jié)茶T包內(nèi)銅水量超出電子秤的秤量范圍，沖出澆鑄包的銅液是不計(jì)量的，澆鑄出的陽極板超重。當(dāng)澆鑄包內(nèi)澆鑄灌量過少時(shí)，就會(huì)發(fā)生中間包內(nèi)銅水飛濺，灼傷工作人員，延長(zhǎng)圓盤等待時(shí)間，澆鑄包內(nèi)易結(jié)冷銅，從而影響電子秤的精度和正常澆鑄速度。另外中間包也具備自動(dòng)調(diào)整澆鑄包液位的功能，液面過高或過低時(shí)，經(jīng)過電子稱重信號(hào)和PLC運(yùn)算控制后，造成陽極板前后重量偏差較大。針對(duì)上述原因，控制合理的澆鑄速度和澆鑄灌量相對(duì)比較重要，保證陽極板重量合格相應(yīng)的對(duì)策有：（1）澆鑄前對(duì)圓盤進(jìn)行模擬澆鑄，調(diào)整好澆鑄速度、澆鑄灌量。（2）在澆鑄過程中使用自動(dòng)澆鑄盡量避免手動(dòng)澆鑄。（3）中間包、澆鑄包、溜槽一定按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸制作，以防頻繁調(diào)節(jié)和大起大落的調(diào)節(jié)澆鑄速度、澆鑄灌量。（4）澆鑄包的清理，應(yīng)盡量小心清理，防止過大的力干擾稱重，可在中間包返回后，澆鑄包手動(dòng)清理澆鑄包冷銅。

4.1.3 中間包、澆鑄包的標(biāo)準(zhǔn)化制作

中間包、澆鑄包的標(biāo)準(zhǔn)化制作對(duì)澆鑄陽極板單重起著重要作用。在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)中間包向澆鑄包傾倒銅水時(shí)，擋渣磚制作的太低銅液經(jīng)常從擋渣磚上沿溢出，從而使銅水灌注到澆鑄包時(shí)銅水能沖到銅模內(nèi)，當(dāng)流量控制過大時(shí)，澆鑄包制作的太淺，銅液經(jīng)常從澆鑄包前、后方溢出澆鑄包，澆鑄包內(nèi)、嘴子下方易結(jié)冷銅，從而影響電子秤的精度。車間加強(qiáng)了對(duì)中間包、澆鑄包制作標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化，澆鑄包的制作襯磚的砌筑的要求（如圖1所示）修改為，邊框厚度70±10mm，嘴子有效寬度520±10mm，澆鑄包有效深度260±10mm，修改了澆鑄包三個(gè)邊的澆鑄料厚度縮小為≤50mm,從而增加了澆鑄包內(nèi)灌注銅水的體積，澆鑄包嘴子磚內(nèi)坡度由陡坡修改制作為緩坡，減少澆鑄時(shí)銅水對(duì)陽極鑄模的沖擊力。中間包的制作襯磚的砌筑的要求（如圖2所示）修改為，邊框厚度為100±10mm，檔渣磚高度40±5mm，修改了中間包擋渣磚銅水出口高度控制在35～45mm，擋渣磚位置由原來直角修改為倒角口，中間包嘴子由圓形結(jié)構(gòu)修改為方形，從而增加銅水的橫切面積，中間包后方加裝鐵塊，以達(dá)到平衡、減少緩沖作用即能滿足中間包傾倒?jié)茶T包內(nèi)的灌注量，又能有效的阻擋中間包內(nèi)的懸浮渣，銅水更加清澈。在制作好的澆鑄包嘴子下方，涂抹一層硫酸鋇防止?jié)茶T包嘴子下方易結(jié)冷銅。通過問題的優(yōu)化，能有效的確保銅水的外溢，電子秤的精度有了很大的提高。

圖1 澆鑄包的制作尺寸標(biāo)準(zhǔn)前后對(duì)比

圖2 中間包尺寸優(yōu)化前后的對(duì)比

4.1.4 黃模報(bào)警的設(shè)置和澆鑄報(bào)表的打印

在澆鑄過程中澆鑄出澆鑄重量偏差較小的陽極板時(shí)，澆鑄操作工用肉眼無法鑒別其是否合格，設(shè)備維護(hù)人員通過優(yōu)化PLC程序控制，當(dāng)出現(xiàn)澆鑄陽極板重量不符合設(shè)定值時(shí)（設(shè)定值為±25kg），輸出黃模報(bào)警。在報(bào)表打印畫面中，在報(bào)表打印畫面中（如表4所示）重量小于等于5kg，5～10kg，10kg在報(bào)表中均有區(qū)分統(tǒng)計(jì)，（如表5所示）操作人員可以很快知道澆鑄的情況，適時(shí)調(diào)整澆鑄狀況，為澆鑄速度、澆鑄包液位控制、也為生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)分析提供了依據(jù)［5］。

4.2 陽極板物理規(guī)格尺寸的控制

4.2.1 噴涂系統(tǒng)的改進(jìn)

噴涂系統(tǒng)是在陽極澆鑄時(shí)往母模內(nèi)噴灑脫模劑的關(guān)鍵設(shè)備，如果噴涂系統(tǒng)出現(xiàn)量少或者不均勻、會(huì)導(dǎo)致陽極板粘模、斷耳、飛邊毛刺，噴多了或不均勻?qū)е聺茶T時(shí)銅模不干燥，高溫銅液遇水汽放炮、威脅安全生產(chǎn)。生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)噴涂系統(tǒng)故障主要有，吸嘴孔、噴嘴孔、隔膜泵經(jīng)常堵塞，導(dǎo)致噴壓低，噴扇面積小，噴涂效果不理想［6］。故障發(fā)生后，處理困難，修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)影響大。通過長(zhǎng)時(shí)間的摸索對(duì)噴涂系統(tǒng)噴涂方式進(jìn)行了改進(jìn)，由原來的圓形小噴嘴（13個(gè)）改為中央大噴嘴（圖3所示），再由中央大噴嘴（1個(gè)）改為（如圖4所示）扇形小噴嘴（2個(gè)），改為通過氣缸控制擺動(dòng)次數(shù)的“移動(dòng)式噴涂系統(tǒng)”（圖5所示）。通過氣缸的工作原理的特性，使氣缸桿體作用力于軸承和噴涂支架上，做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。軸承與噴涂支架形成一定的角度，能夠使安裝在噴涂支架上的兩個(gè)噴頭作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，噴涂面積覆蓋整個(gè)模面，已達(dá)到噴涂均勻噴刷整個(gè)模面的效果。噴涂量的大小可通過擺動(dòng)次數(shù)即（氣缸的運(yùn)動(dòng)次數(shù)）來控制。

表4 澆鑄報(bào)表的打印前

表5 澆鑄報(bào)表的打印后

圖3 固定式中央大噴嘴噴涂系統(tǒng)

圖4 兩個(gè)扇形小噴嘴噴涂系統(tǒng)

圖5 移動(dòng)式噴涂系統(tǒng)

接口處安裝鐵絲過濾網(wǎng)能有效的過濾噴涂灌內(nèi)的雜質(zhì)，確保噴涂運(yùn)行正常。通過改進(jìn)后，故障率大幅降低，噴涂的噴扇面積增大，噴壓高，霧化效果好，性能穩(wěn)定完全能滿足工藝生產(chǎn)和安全的要求，陽極板的質(zhì)量有明顯的改進(jìn)，母模的壽命明顯改善，通過改進(jìn)后的陽極板技術(shù)指標(biāo)（如表6所示）。自檢率平均下降了0.71%，銅模壽命平均提高了1.01%，日常維護(hù)跟檢修量有所下降，減輕了噴涂崗位員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也明顯好轉(zhuǎn)。

表6 改進(jìn)前后陽極板14個(gè)月平均技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

改進(jìn)前（2011年12月-2012年6月）七個(gè)月平均技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

改進(jìn)后（2012年7月-2013年1月）七個(gè)月平均技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4.2.2 噴淋冷卻水的控制與改進(jìn)

冷卻水的控制實(shí)質(zhì)就是銅模溫度的控制，冷卻水的正確控制對(duì)陽極板的質(zhì)量跟銅模的壽命均具有決定性的作用。當(dāng)澆鑄好的陽極板進(jìn)入噴淋區(qū)域后，需要通過冷卻系統(tǒng)對(duì)模子及模內(nèi)的陽極板從上、下兩方向進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。安裝在冷卻水管上的氣動(dòng)閥可通過PLC按照預(yù)先設(shè)置好的程序，根據(jù)紅外線測(cè)溫裝置對(duì)溫度的不同反饋來控制冷卻水閥門進(jìn)行開啟或者關(guān)閉。陽極板變形嚴(yán)重、背筋大的主要原因是噴淋冷卻水控制不當(dāng)，長(zhǎng)期模溫偏高。攻關(guān)小組查找原因后發(fā)現(xiàn)，工業(yè)用水中經(jīng)常有泥沙、小石子堵塞噴頭造成冷卻效果差。經(jīng)對(duì)噴頭進(jìn)行徹底改進(jìn)，將原來蜂窩狀噴頭（如圖6所示），改進(jìn)為類似傘狀“蓮花瓣”螺旋式噴頭（如圖7所示），在噴淋總管上加裝過濾網(wǎng)，對(duì)底部水噴頭進(jìn)行固定，底后部水增加噴淋頭并將冷卻水控制改裝成在線自動(dòng)控制。已達(dá)到均衡冷卻的效果。

圖6 蜂窩狀式噴頭

圖7 螺旋狀式噴頭

通過改進(jìn)后，因銅模的變形和開裂，引起的陽極板變形或背筋板塊數(shù)由原來的平均七塊降到今年平均三塊，有效的防止了銅模變形與開裂，同時(shí)減少了變形陽極板的產(chǎn)生［7］。為了延長(zhǎng)銅模使用壽命，澆鑄前應(yīng)對(duì)銅模進(jìn)行徹底檢查，有背筋、龜裂的銅模可進(jìn)行錘打，對(duì)變形、破損、龜裂嚴(yán)重的模子進(jìn)行報(bào)廢更換。

4.3 圓盤澆鑄機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性

圓盤澆鑄機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性對(duì)于澆鑄出合格的陽極板是至關(guān)重要的。我車間圓盤澆鑄機(jī)采用中心驅(qū)動(dòng)、周邊調(diào)頻轉(zhuǎn)動(dòng)方式，焊接鋼結(jié)構(gòu)，每個(gè)圓盤中心安裝一個(gè)中心軸承與16根徑向梁成輻射狀聯(lián)結(jié)，徑向梁下安裝了環(huán)形支撐軌道，有17個(gè)托輥支撐圓盤行走。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行，托輥損耗嚴(yán)重導(dǎo)致圓盤晃動(dòng)不穩(wěn)定，利用大修的機(jī)會(huì)對(duì)部分托輥進(jìn)行了更換，托輥和軌道附近的冷銅和噴涂料進(jìn)行了清理。圓盤的穩(wěn)定性有了很大的提高。

4.4 增設(shè)銅模頂桿捶打裝置

銅模頂桿凸起有縫隙，在澆鑄過程中，銅模運(yùn)行至噴涂系統(tǒng)時(shí)，噴涂料經(jīng)常會(huì)噴進(jìn)頂桿縫隙，造成縫隙越來越寬，澆鑄陽極板時(shí)銅水易灌頂桿，不利于生產(chǎn)順行，在噴涂裝置上方增設(shè)氣缸，連接大錘制作捶打裝置（如圖8所示），在澆鑄過程中捶打裝置通過氣缸自動(dòng)對(duì)每塊銅模的頂桿捶打一次，使銅模與頂桿接觸緊密，防止灌頂桿造成陽極板耳彎，并且降低了噴涂崗位勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖8 頂桿捶打裝置

5 結(jié)束語

通過上述技術(shù)改進(jìn)和過程控制，不僅降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，銅陽極板質(zhì)量也得到明顯提高，陽極板物理合格率由原來的98.43%提高到98.72%（如圖9所示），創(chuàng)下歷史最好水平。接下來我們會(huì)不斷摸索創(chuàng)新，進(jìn)一步提高澆鑄陽極板質(zhì)量。在澆鑄前期和后期，澆鑄灌量不好控制，從而影響陽極板的重量，正考慮在PLC上設(shè)置澆鑄包傾倒至銅模后反饋值的方法從而調(diào)整中間包灌量。

圖9 固定式陽極爐2013年1月-2014年10月（22）個(gè)月平均物理合格率分布圖

［1］王文祥, 劉志宏. 影響電解銅質(zhì)量因素分析[J]. 有色礦冶, 2001, 17(5):26-27.

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［6］蔣曉敏, 夏柳飛. 雙圓盤澆鑄機(jī)噴涂系統(tǒng)改進(jìn)[J]. 銅業(yè)工程, 2009(3):41-43.

［7］李洪臻. 提高陽極板質(zhì)量的生產(chǎn)實(shí)踐[J]. 山西冶金, 2013(6):56-57.

Production Practice of the Single Disc Copper Anode Quality Improvement

LI Wen-feng, FU Yu, LIU Jun
（Guixi Smelter, Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

Introduced current situation of casting anode quality from single disc casting operation in JCC Guixi Smelter's (Abbreviated Guixi Smelter) tilting furnace workshop. Base on the Guixi Smelter's standard of "copper anode physical size standard", analyzed and researched the influence factors, the anode quality was obvious improved through technology improvement and process optimization.

casting；anode plate；quality；mold；electronic scales

TF811

B

1009-3842（2015）03-0009-06

2015-03-19

李文峰（1986-），男，青海貴南人，主要從事雜銅冶煉工藝的相關(guān)研究。E-mail: 383774574@qq.com