提高銅精煉陽(yáng)極板質(zhì)量的生產(chǎn)實(shí)踐

呂新寧

（山東方泰循環(huán)金業(yè)股份有限公司，山東 煙臺(tái)264000）

1 前 言

山東方泰循環(huán)金業(yè)股份有限公司銅精煉系統(tǒng)于2010年7月投產(chǎn)，該系統(tǒng)是連接熔煉和電解的重要環(huán)節(jié)，采用傳統(tǒng)的固定式反射爐粗銅火法精煉工藝。系統(tǒng)主要設(shè)備為1臺(tái)100 t和2臺(tái)120 t反射爐、2臺(tái)單圓盤澆鑄機(jī)、2臺(tái)落地式加料機(jī)。生產(chǎn)原料為外購(gòu)紫雜銅、銅錠、自產(chǎn)粗銅等，澆鑄的陽(yáng)極板大部分自行電解，部分外銷。投產(chǎn)初期受諸多因素影響，產(chǎn)品合格率嚴(yán)重偏低，給公司生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)造成影響，經(jīng)過(guò)采取合理措施后，產(chǎn)品的合格率逐漸提升。

2 電解對(duì)陽(yáng)極板的要求

銅電解精煉的生產(chǎn)效率、電流效率和電解銅質(zhì)量很大程度上取決于陽(yáng)極板的物理性質(zhì)［1］。為滿足公司電解精煉要求，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)為陽(yáng)極板厚度38～44 mm（視開動(dòng)電流大小而定），上下端厚度≯4 mm，表面平直，飛邊毛刺≯5 mm，板彎曲度≯5 mm，鼓泡≯5 mm，氣孔直徑≯5 mm，表面黑皮部分≯單面面積的1/4，銅板耳部堅(jiān)固飽滿，不得有冷隔層及折損，兩耳端部距離（1 029±5）mm。陽(yáng)極化學(xué)成分（Cu+Ni）≥99.2% ，Pb≤0.2% ，Ni≤0.3% ，As＜0.04% ，Sb＜0.03%，Bi＜0.002%，O2為 0.1%～0.15﹪。在電解陽(yáng)極整型工段處理無(wú)法滿足物理規(guī)格的，都會(huì)返回精煉爐做廢品處理?；瘜W(xué)成分若超出一定含量，電解精煉通過(guò)采取一定措施，可以產(chǎn)出合格陰極銅［2-3］，因此主要分析影響陽(yáng)極板物理規(guī)格方面的因素。

3 影響陽(yáng)極板質(zhì)量因素

3.1 模具的質(zhì)量

陽(yáng)極模具是陽(yáng)極板成型的關(guān)鍵工具，其質(zhì)量包括了材質(zhì)的優(yōu)劣，加工水平的高低，在圓盤上校模水平度。

1）材質(zhì)。陽(yáng)極模材質(zhì)良好是保障陽(yáng)極板合格率的必需條件，也是降低單耗的重要因素。銅陽(yáng)極模具的材質(zhì)主要有紫銅、鑄鐵和鑄鋼。紫銅模具資金占用較多，返爐還會(huì)占用陽(yáng)極爐處理冷料的時(shí)間和能力，鑄鋼模制作價(jià)格不菲，綜合考慮選用了鑄鐵模具。由于公司投產(chǎn)之初資金緊張，陽(yáng)極模具主要由當(dāng)?shù)匦∫?guī)模鑄造廠提供，這些模具在使用中出現(xiàn)了嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。澆鑄過(guò)程中新模子澆鑄點(diǎn)被沖出凹坑，陽(yáng)極板背面有凸包（10 mm），有的陽(yáng)極板彎曲比較厲害，甚至出現(xiàn)陽(yáng)極模炸裂（斷模），導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)澆鑄。雖然這些模具價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，但材質(zhì)無(wú)法滿足澆鑄銅水的要求。由于廢品率過(guò)高只能中斷生產(chǎn)，公司損失較大。停止使用這批模具后，模具改用專業(yè)鑄造銅陽(yáng)極模具廠家的產(chǎn)品，材質(zhì)得到保障，產(chǎn)品合格率達(dá)到98%以上。

2）加工水平。設(shè)計(jì)陽(yáng)極模具時(shí)，針對(duì)可能發(fā)生的頂板不起、耳部彎曲、表面凹凸等情況作了嚴(yán)格要求。若做工粗糙會(huì)影響陽(yáng)極板合格率，甚至產(chǎn)生廢板。要求陽(yáng)極模具內(nèi)部全部采用圓角，各圓弧連接部應(yīng)圓滑。內(nèi)型表面不得有裂紋、氣泡、夾渣、砂眼等缺陷。表面平直度及平行度按圖紙規(guī)定制作。但是很多鑄造廠家往往不明晰電解精煉對(duì)陽(yáng)極板的嚴(yán)格要求，生產(chǎn)的模具內(nèi)型面出現(xiàn)大砂眼，澆鑄幾噸銅之后陽(yáng)極板背面便出現(xiàn)凸起，只能用角磨機(jī)打磨才能使用。鑄造廠未重視圓角加工，導(dǎo)致陽(yáng)極板脫模困難，陽(yáng)極板被頂變型成為廢板。模具頂針孔與頂針不匹配會(huì)導(dǎo)致灌頂針，導(dǎo)致陽(yáng)極板頂針處有較厚的飛邊毛刺。陽(yáng)極模具到廠后應(yīng)嚴(yán)格做好驗(yàn)收工作。

3）校模水平度。水平度關(guān)系到陽(yáng)極板厚薄是否均勻，電解對(duì)此要求嚴(yán)格，尤其關(guān)系到電解周期安排及殘極率，若出現(xiàn)下厚上薄則電解后期容易斷掉。出銅前必須完成校準(zhǔn)工作，出銅過(guò)程中要不斷地進(jìn)行檢查校準(zhǔn)。龜裂嚴(yán)重和變型嚴(yán)重的導(dǎo)致無(wú)法校準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。

3.2 溫度控制

1）銅水溫度控制。銅水溫度過(guò)高會(huì)吸收大量的有害氣體，使陽(yáng)極板凝固時(shí)出現(xiàn)大量氣孔，同時(shí)也會(huì)使模具過(guò)熱，縮短使用壽命。銅水溫度過(guò)低會(huì)增加陽(yáng)極板的飛邊毛刺，耳部會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象。銅水溫度宜控制在1 120～1 150℃（高出銅熔點(diǎn)40～70℃），產(chǎn)出的陽(yáng)極板較致密。

2）模子溫度。模子溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極板澆鑄點(diǎn)位置起包，模溫過(guò)低容易發(fā)生放炮現(xiàn)象，放炮部位毛刺增多，若耳部放炮會(huì)導(dǎo)致耳部開裂。模具溫度控制在120～160℃為宜。頂噴淋冷卻對(duì)模子的冷卻效果差，且會(huì)產(chǎn)生大量水蒸汽，因此應(yīng)加強(qiáng)底噴淋冷卻，若澆鑄速度加快可同時(shí)輔助水管澆鑄點(diǎn)，模具溫度可控制在正常范圍。

3）冷卻水溫度。取板槽的水需保持較低溫度，在水激冷下，表面的氧化銅可以掉落。而溫度過(guò)高陽(yáng)極板未等冷卻完畢便被運(yùn)走，導(dǎo)致陽(yáng)極板表面“黑皮”過(guò)多影響質(zhì)量。及時(shí)調(diào)整循環(huán)冷卻水，避免出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象。陽(yáng)極板耳部在取板槽中充分冷卻可以減少倒運(yùn)過(guò)程中機(jī)械彎曲。

3.3 階段操作

1）氧化階段是去除雜質(zhì)和提高銅水溫度的重要操作。雜質(zhì)中硫?qū)﹃?yáng)極板的影響較大，因此加強(qiáng)氧化操作終點(diǎn)判斷可以預(yù)防陽(yáng)極板出現(xiàn)“竄硫包”現(xiàn)象。氧化結(jié)束現(xiàn)象為：爐內(nèi)無(wú)渾濁煙氣，銅液清亮。取樣銅試樣為：表面凹槽，斷面無(wú)硫線，方塊結(jié)晶，呈磚紅色，氧化斑分布均勻。

2）將氧化過(guò)程中產(chǎn)生的氧化亞銅還原成銅，還原不到位時(shí)，陽(yáng)極板表面會(huì)大皺褶起包，這時(shí)一方面可以一邊出銅一邊還原，不嚴(yán)重情況下可以向澆鑄包內(nèi)旋轉(zhuǎn)木炭。還原時(shí)如果還原過(guò)了，氧含量減少，氫含量增加，陽(yáng)極板會(huì)有氣孔產(chǎn)生。還原終點(diǎn)試樣為：表面平整細(xì)皺紋，斷面顆粒明顯，金屬星上下分布均勻，呈玫瑰紅顏色。還原劑質(zhì)量較差會(huì)導(dǎo)致還原不到位及含硫升高，采用新型煤基復(fù)合還原劑效果較好。標(biāo)準(zhǔn)為：C≥70%，灰分≤16%，水分≤4%，揮發(fā)分≤12%，硫≤0.5%。低位發(fā)熱量≥29 301 kJ/kg，粒度0～3 mm。

3）出銅過(guò)程中以倒包手為主，扒耳、刷模、起板為輔，從而減少陽(yáng)極板損壞。另外叉車在運(yùn)輸過(guò)程中操作不當(dāng)會(huì)將陽(yáng)極板耳部折彎，應(yīng)做好監(jiān)督工作。

3.4 設(shè)備設(shè)施

出銅采用的單圓盤人工澆鑄，生產(chǎn)初期對(duì)于陽(yáng)極板厚薄控制不佳，陽(yáng)極板經(jīng)常溢模產(chǎn)生大的毛邊。將陽(yáng)極模具內(nèi)槽深度由42 mm改為44 mm，同時(shí)在40 mm模具內(nèi)邊側(cè)位置開小槽做標(biāo)記，改造后陽(yáng)極板厚度均勻、毛刺減少。生產(chǎn)初期澆鑄包包口磚采用四溜口，沖擊壓力大，銅水流量小，造成飛濺毛刺多而且耳部經(jīng)常不飽滿，澆鑄時(shí)間長(zhǎng)。通過(guò)改造包口磚變?yōu)閱瘟锟?，同時(shí)降低了包子口與模具的落差，壓力變小流量變大，使問(wèn)題得到解決。改造后的包口磚結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 改造后的包口磚結(jié)構(gòu)

為提高澆鑄包可控性，將電動(dòng)控包改為杠桿手動(dòng)控包，減少了因電機(jī)慣性造成的陽(yáng)極板厚薄不均。

4 結(jié) 語(yǔ)

公司精煉系統(tǒng)通過(guò)摸索，生產(chǎn)的陽(yáng)極板合格率保持在98%以上，作業(yè)成本費(fèi)用隨著產(chǎn)品合格率的提高，每爐可降低千元左右。相對(duì)于傳統(tǒng)工藝，可控條件多，挖掘潛力大，下一步將通過(guò)加強(qiáng)生產(chǎn)管理和考核工作進(jìn)一步提高陽(yáng)極板質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 王文祥，劉志宏，章誠(chéng).影響電解銅質(zhì)量因素分析［J］.有色礦冶，2001，17（5）：25-28.

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［3］ 曹昌盛，史建遠(yuǎn)，吳永松，等.低品位陽(yáng)極大板高電流長(zhǎng)周期銅電解生產(chǎn)實(shí)踐［J］.有色金屬，2011（4）：6-9.