鎳始極片矯平方案研究及試驗(yàn)分析

〔摘 要〕電解鎳生產(chǎn)過(guò)程中，鎳始極片的懸垂度會(huì)影響電解鎳產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)鎳始極片制作過(guò)程中導(dǎo)致懸垂度差的原因進(jìn)行分析，提出“對(duì)輥矯直+輥壓壓紋”的矯平方案，通過(guò)先粗矯，再精矯，最后輥壓壓紋的過(guò)程，從消除內(nèi)應(yīng)力、增加板身剛性、克服板身回彈等方面改善板身平整度。試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)矯平及壓紋的鎳始極片，外觀有了明顯改善，且鎳始極片越厚，矯平效果越好；適當(dāng)?shù)目v向壓紋有利于克服始極片的縱向卷曲。由此，可以確認(rèn)該矯平方案的可行性。

〔關(guān)鍵詞〕鎳始極片；懸垂度；矯平試驗(yàn)；輥壓；矯平機(jī)

中圖分類號(hào)：TF355；TF351" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B" 文章編號(hào)：1004-4345（2024）05-0033-04

Research and Test Analysis on the Leveling Scheme of Nickel Starting Sheet

ZENG Fangcheng

（Jiangxi Nerin Equipment Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330032， China）

Abstract" During the production of electrolytic nickel， the sagging degree of the nickel starting sheet will affect the quality of the electrolytic nickel product. The paper analyzes the cause of poor sagging degree in the production of nickel starting sheet， puts forward a leveling scheme of \"straightening and pressing by rollers\"， which improves the flatness of the plate by eliminating internal stress， increasing the rigidity of the plate and overcoming the rebound of the plate through the process of rough straightening， then fine straightening and finally roll pressing. The test results show that the nickel starting sheet after leveling and roll pressing has significantly improved in appearance， and the thicker the nickel starting sheet is， the better the leveling effect is. Appropriate longitudinal pressing is beneficial for overcoming the longitudinal curling of the starting sheet. Therefore， the feasibility of the leveling scheme can be confirmed.

Keywords" nickel starting sheet; sagging degree; leveling test; rolling; leveller

電解鎳產(chǎn)品具有純度高、雜質(zhì)含量低、熔點(diǎn)高、抗腐蝕性強(qiáng)，加工機(jī)械性能良好等特點(diǎn)，因而在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用[1]。電解鎳分為粗鎳電解精煉、硫化鎳電解精煉和鎳電解沉積3種方式，生產(chǎn)過(guò)程中采用的都是始極片工藝。鎳始極片的制作是通過(guò)電解的方法在導(dǎo)電陰極母板上沉積一層具有所需形態(tài)的薄鎳層，再通過(guò)物理剝離、切邊、掛耳和穿棒等工序獲得[2]。由于種種原因，鎳始極片在制作好之后，往往懸垂度不能達(dá)標(biāo)。而鎳始極片懸垂度的好壞，直接決定了始極片入槽是否順利，對(duì)保證最終電解鎳產(chǎn)品的質(zhì)量也起著至關(guān)重要的作用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致電解槽內(nèi)出現(xiàn)短路等狀況。

國(guó)內(nèi)某冶金集團(tuán)為了改善鎳始極片懸垂度，采用先模壓壓紋，再滾切板身四邊，最后輥壓縱向條紋的方式進(jìn)行矯平，但所獲得始極片的懸垂度仍然較差，在始極片制作完成后，通常還需要人工輔助將始極片矯平后方能入槽。為此，筆者結(jié)合該集團(tuán)鎳聯(lián)動(dòng)機(jī)組，分析了問(wèn)題產(chǎn)生的原因，提出了“對(duì)輥矯直+輥壓壓紋”的初步矯平方案，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，確認(rèn)了方案的可行性。

1" "原因分析

鎳始極片板身發(fā)生翹曲，或制造好的鎳始極片懸垂度不達(dá)標(biāo)，原因分析如下：1）在始極片電解過(guò)程中，不同位置的電場(chǎng)強(qiáng)度和電解液濃度不同，始極片板身往往會(huì)出現(xiàn)厚薄不均勻的現(xiàn)象[3]。厚度不均導(dǎo)致板身的剛度等力學(xué)特性分布不均。2）始極片在電解槽內(nèi)外溫差較大，導(dǎo)致始極片板身發(fā)生不均勻收縮，產(chǎn)生初始內(nèi)應(yīng)力。3）在鎳始極片預(yù)剝離過(guò)程中，人工在始極片的上邊沿一側(cè)手動(dòng)插入剝刀，并撬動(dòng)板身進(jìn)行預(yù)開口時(shí)，使始極片一角發(fā)生塑性變形。4）鎳始極片剝片機(jī)組在對(duì)板身進(jìn)行剝離時(shí)，采用的是吸盤吸附及撕離的方式。上吸盤先撕開上部后，下吸盤隨后撕開板身下部，在上下部撕開的動(dòng)作間隔過(guò)程中，板身中部有朝外側(cè)的折彎動(dòng)作，發(fā)生塑性變形。5）始極片電解過(guò)程中，因電解工藝等原因，造成始極片局部與陰極種板黏結(jié)力過(guò)大，強(qiáng)行剝離導(dǎo)致極板發(fā)生塑性變形。6）始極片電解過(guò)程中，包邊條內(nèi)滲入電解液，極板周邊發(fā)生 “黏連”現(xiàn)象，在始極片剝離過(guò)程中，因 “黏連”導(dǎo)致極板彎曲，發(fā)生塑性變形。7）鎳始極片在加工機(jī)組經(jīng)模壓后，因彈性好，發(fā)生回彈，未實(shí)現(xiàn)矯平功能。8）鎳始極片加工機(jī)組中，縱向輥壓條紋的壓紋深度不足（小于0.5 mm），壓紋后，始極片板身整體剛性不足。9）始極片剝離或制作過(guò)程中，其他流程異?；蛟O(shè)備故障，造成始極片發(fā)生塑性變形。

2" "矯平方案擬定

如上所述，始極片懸垂度不達(dá)標(biāo)，原因較為復(fù)雜。若要根治，需從電解工藝、始極片剝片機(jī)組、始極片加工機(jī)組等各個(gè)方面多管齊下。本文僅考慮在鎳始極片剝離之后，在始極片加工機(jī)組的前序工段增加矯平設(shè)備，對(duì)已經(jīng)發(fā)生翹曲的始極片進(jìn)行矯平，以便從消除內(nèi)應(yīng)力、提高板身剛度、克服板身回彈等方面改善板身平整度，從而使板身的懸垂度也隨之得到改善。

筆者參考了傳統(tǒng)法銅電解工藝中銅始極片的矯平方式，考慮將剝離下來(lái)的鎳始極片，按需要的規(guī)格裁剪四周薄邊沿后，直接送入現(xiàn)有的銅始極片對(duì)輥矯平機(jī)進(jìn)行矯平試驗(yàn)，以最小的成本驗(yàn)證該方案的可行性。擬定矯平方案為“對(duì)輥矯直+輥壓壓紋”，具體思路是：先粗矯，用大壓下量將極板“矯彎”，即使鎳始極片發(fā)生大變形，去除板身內(nèi)應(yīng)力；再精矯，用小壓下量將始極片矯平；最后送入輥壓壓紋工段，壓出多條縱向條紋，提高板身剛度，防止板身回彈。

3" "試驗(yàn)及分析

3.1" 試驗(yàn)原料

選用的原料為鎳始極片，其參數(shù)如下：1）鎳始極片電解周期為48 h（硫化鎳電解精煉工藝）；2）鎳始極片尺寸為880 mm×880 mm；3）鎳始極片密度ρ=8 900 kg/m3；4）鎳片彈性模量E=220 GPa；5）鎳片屈服強(qiáng)度σs=118 MPa；6）鎳片硬度120HB。其中，參數(shù)1）、2）依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)參數(shù)獲得，參數(shù)4）～6）依據(jù)相關(guān)資料查詢獲得。

3.2" 試驗(yàn)設(shè)備

選用的銅始極片矯平機(jī)，如圖1所示。其配置參數(shù)如下：1）總體結(jié)構(gòu)形式。19輥粗矯機(jī)（上9輥+下10輥）+19輥精矯機(jī)（上9輥+下10輥）+輥壓壓紋。2）壓下量控制方式。先對(duì)始極片進(jìn)行單片稱重，根據(jù)始極片的重量區(qū)間，按預(yù)先設(shè)置好的數(shù)值調(diào)節(jié)壓下量。3）矯直輥徑為ψ40 mm。4）矯直輥距為42 mm。5）壓紋輥徑為ψ145 mm。6）設(shè)計(jì)壓紋深度為2.5 mm。7）壓紋數(shù)量。縱向8條，左、右對(duì)稱布置。

3.3" 試驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)

1）用游標(biāo)卡尺測(cè)量鎳始極片板厚。獲得鎳始極片8張，測(cè)量板厚結(jié)果如下：（1）各始極片板厚相差很大，板厚范圍在0.4～1.5 mm不等。（2）同一張始極片，各測(cè)量點(diǎn)所測(cè)得的厚度相差很大，薄處為0.4～0.7 mm，厚處為1.2～1.5 mm；且通常上部分相對(duì)更薄，下部分相對(duì)更厚（“上”“下”是針對(duì)始極片在電解時(shí)垂直懸掛的相對(duì)高度而言的）。但這個(gè)規(guī)律只是針對(duì)宏觀觀測(cè)結(jié)果而言，實(shí)際在始極片各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，即使同一高度，厚度也偏差較大，且分布無(wú)明顯規(guī)律。推測(cè)是該集團(tuán)采用傳統(tǒng)電解法工藝，陽(yáng)極板的成分復(fù)雜（每批也不一樣），形狀不規(guī)則導(dǎo)致陽(yáng)極板和始極片之間的極距偏差較大，影響了電流分布和電解效率，進(jìn)而導(dǎo)致始極片厚度偏差很大。從原理上看，不同厚度的始極片矯平時(shí)，其壓下量應(yīng)該是不同的。因此，始極片分布不均的厚度，對(duì)于始極片的矯平是非常不利的；若采用電積法工藝，則會(huì)使用永久陽(yáng)極，其成分和極距都有保證，鎳始極片厚度波動(dòng)則會(huì)更小，對(duì)始極片的矯平更為有利。

2）測(cè)量各始極片的原始懸垂度。在每張始極片上邊沿中心對(duì)稱的固定位置打2個(gè)吊掛孔。制作懸掛始極片用的鉤子2個(gè)，穿上繩環(huán)，用導(dǎo)電棒穿過(guò)繩環(huán)，放置在已制作好的始極片懸垂度檢測(cè)支架上。檢測(cè)支架在不同高度上設(shè)上、中、下3根橫梁，調(diào)整檢測(cè)支架底部頂絲，使3根橫梁在同一垂直面上，并在上、中、下每根橫梁上各標(biāo)3個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，共9個(gè)標(biāo)記點(diǎn)。將每張始極片逐步懸掛在鉤子上，用卷尺對(duì)準(zhǔn)每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，測(cè)量每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)距離極板的距離尺寸，作為始極片矯平前懸垂度的原始值，如圖2所示。找出每塊極板中的距離最大值和最小值的差值，以此作為該極板的懸垂度值進(jìn)行記錄。

3）矯平及復(fù)測(cè)懸垂度。將各鎳始極片送入銅始極片矯平機(jī)進(jìn)行稱重；根據(jù)測(cè)得質(zhì)量，結(jié)合鎳始極片密度及規(guī)格尺寸，計(jì)算出板身平均厚度。根據(jù)始極片質(zhì)量，調(diào)整粗矯及精矯壓下量（初次試驗(yàn)時(shí)，具體值依賴現(xiàn)場(chǎng)操作人員經(jīng)驗(yàn)）；操作矯平機(jī)，使鎳始極片經(jīng)過(guò)粗矯及精矯工序（不經(jīng)過(guò)壓紋工序）；取出極板，復(fù)測(cè)并記錄各始極片矯平后的懸垂度。

4）壓紋及復(fù)測(cè)懸垂度。將矯平后的各始極片直接送入壓紋工序，復(fù)測(cè)并記錄各始極片壓紋后的懸垂度值。

5）試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理。匯總及計(jì)算各步驟的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，并將表1中數(shù)據(jù)繪制成折線圖見3。

3.4" 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

1）經(jīng)過(guò)矯平及壓紋的鎳始極片，從外觀上看有了明顯改善，如圖4所示。從懸垂度值來(lái)看，矯平前懸垂度為20～130 mm不等，精矯后懸垂度為15～60 mm，再壓紋后懸垂度為10～20 mm。最好的極板，其懸垂度值已經(jīng)到了10 mm以下。

2）由圖3可以看出，原始懸垂度越大，壓紋后懸垂度值也越大。因此，為了獲得較好的始極片原始懸垂度，在工藝選擇時(shí)，盡量選擇采用永久陽(yáng)極更優(yōu)的電積工藝，始極片厚度更穩(wěn)定，其內(nèi)應(yīng)力則更少，變形更小；同時(shí)，在始極片剝離等前序工段，也應(yīng)該考慮更優(yōu)的預(yù)開口方式和剝離方案，以使始極片盡量少地發(fā)生塑性變形，從而控制始極片的原始懸垂度。從數(shù)據(jù)上初步估計(jì)，若要矯平后達(dá)到10 mm以下的懸垂度，剝下的始極片懸垂度應(yīng)盡量控制在60 mm以內(nèi)。

3）壓紋。通過(guò)輥壓方式使始極片產(chǎn)生8條縱向折疊紋路，實(shí)際測(cè)得紋深為1.0～1.5 mm。從數(shù)據(jù)上看，適當(dāng)?shù)目v向壓紋深度，對(duì)矯平效果也產(chǎn)生了較明顯的提升效果。始極片主要還是在沿縱向卷曲（與剝片方式有關(guān)），而輥壓的紋路方向正好利于克服縱向卷曲，如圖5所示。

4）將始極片按板厚從小到大排序，同時(shí)計(jì)算始極片精矯后懸垂度與原始懸垂度值的比值可以發(fā)現(xiàn)，該比值隨板厚增大總體趨于減小，如圖6所示。即，鎳始極片越厚，矯平效果越好，反之則越差。據(jù)合理推測(cè)，是由于極板越薄，其剛性越差，粗矯平時(shí)，始極片可以輕松地變形從而降低矯平效果，導(dǎo)致初始應(yīng)力不容易去除，矯直后也更容易回彈。

4" "結(jié)語(yǔ)

本研究對(duì)當(dāng)前鎳始極片加工機(jī)組制作好的鎳始極片成品懸垂度差的問(wèn)題原因進(jìn)行了分析，提出了“對(duì)輥矯直+輥壓壓紋”的優(yōu)化矯平方案，并開展了初步試驗(yàn)，驗(yàn)證方案的可行性。由于此次試驗(yàn)采用的矯平機(jī)原是為銅始極片矯平而設(shè)計(jì)的，試驗(yàn)中壓下量調(diào)節(jié)也是依據(jù)銅始極片矯平經(jīng)驗(yàn)設(shè)置的，而鎳和銅的力學(xué)特性不同，兩者尺寸規(guī)格也不同，因此對(duì)鎳始極片矯平來(lái)說(shuō)并非最優(yōu)值?；诖?，筆者認(rèn)為，若按照鎳始極片的力學(xué)特性及規(guī)格，專門設(shè)計(jì)鎳始極片矯平機(jī)，布置于現(xiàn)有鎳始極片加工機(jī)組的前序工段，在該矯平機(jī)精調(diào)后，使此規(guī)格（880 mm×880 mm）的鎳始極片大部分達(dá)到10 mm以內(nèi)懸垂度值（也即本試驗(yàn)中最優(yōu)值）是基本可以實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，為了達(dá)到更好的矯平效果，建議適當(dāng)延長(zhǎng)鎳始極片電解周期，增加始極片板厚，以便增大板身剛度。這對(duì)改善板身原始平整度，以及減少矯平后的回彈都有一定幫助。

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