銅陽極板生產(chǎn)加工與調(diào)度管理優(yōu)化

劉敬師，劉士祥，魏 棟，董廣剛

（陽谷祥光銅業(yè)有限公司，山東 陽谷 252327）

1 引言

陽谷祥光銅業(yè)有限公司（以下簡稱祥光）擁有世界領(lǐng)先的”雙旋浮”銅冶煉技術(shù)，遵循綠色［1］、循環(huán)、低碳發(fā)展，一直以來在節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)等方面為國家和社會做出了突出貢獻(xiàn)。經(jīng)不斷技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，目前祥光在銅冶煉行業(yè)已具規(guī)?；?、專業(yè)化、國際化，技術(shù)裝備、生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量在世界各國都得到了認(rèn)可。其中，銅陽極板的生產(chǎn)、加工與調(diào)度在其冶煉生產(chǎn)過程中起著重要作用。

2 銅陽極板生產(chǎn)工藝及實(shí)踐

2.1 工藝流程

陽極板的生產(chǎn)工藝流程：銅陽極板澆鑄主要原料為液態(tài)粗銅、電解殘極、陽極機(jī)組的拒收板、銅屑等，其中液態(tài)粗銅在陽極爐處理，電解殘極、拒收板、銅屑在豎爐處理。當(dāng)陽極爐裝滿規(guī)定數(shù)量的粗銅后，根據(jù)精煉過程物理、化學(xué)變化的特點(diǎn)，控制吹煉終點(diǎn)銅液中的氧 濃度0.05%～0.3%,直接向陽極爐通入不與銅反應(yīng)的氣體強(qiáng)烈攪拌銅液至精煉作業(yè)終點(diǎn),利用銅液中自身的氧和雜質(zhì)反應(yīng)達(dá)到一步同時脫雜除氧［2］。產(chǎn)出有：煙氣（經(jīng)余熱鍋爐、除塵、脫硫裝置處理然后達(dá)標(biāo)排放）、精煉渣（送渣包內(nèi)緩冷自然沉降分離銅渣）、陽極銅（澆鑄成陽極板送電解精煉）和煙塵（返回熔煉系統(tǒng)）。銅陽極板生產(chǎn)流程見圖1。

圖1 銅陽極板生產(chǎn)流程圖

2.2 粗銅的生產(chǎn)控制

液態(tài)粗銅作為銅陽極板的原料，對化學(xué)品位要求較為嚴(yán)格，上游液態(tài)粗銅各元素品位如控制不好，將會直接影響銅陽極板氧化、還原等作業(yè)過程，因陽極爐排渣有諸多的限制因素，進(jìn)而可能影響銅陽極板能耗、質(zhì)量、產(chǎn)量，誘發(fā)后期銅電解鈍化等一系列問題。

（1）嚴(yán)格監(jiān)控制度：祥光在液態(tài)粗銅控制上嚴(yán)格要求，針對FCF 爐況專門制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋O(jiān)控制度，根據(jù)粗銅、爐渣的化驗(yàn)結(jié)果及粗銅溫度檢測判斷沉淀池內(nèi)反應(yīng)情況進(jìn)而及時調(diào)整。

（2）規(guī)范粗銅取樣：粗銅取樣時間在粗銅口燒開后8～12 分鐘內(nèi)進(jìn)行取樣，避免由于各粗銅口使用間隔時間較長造成取樣不具有代表性，并在堵口前再次取樣作為參考進(jìn)行對比。

（3）熔體溫度的控制：測溫每小時進(jìn)行一次，測溫前必須進(jìn)行檢尺以確定測溫槍的插入深度在渣層中間即測溫槍插入深度。FCF 浸渣溫控制在1250℃～1270℃間，粗銅溫度控制在1240℃～1250℃間，過低的溫度會造成排放困難和溜槽粘結(jié)，過高的溫度會造成內(nèi)襯和溜槽的損壞。

（4）FCF 渣型的控制：鑒于FCF 正常生產(chǎn)時沒有爐底結(jié)，側(cè)壁掛渣較薄，且鐵酸鈣渣對爐磚具有較強(qiáng)的侵蝕性，所以嚴(yán)格控制渣中的SiO2在2%～3%以下，鈣/鐵控制在0.35～0.45，F(xiàn)e3O4控制在30%～50%。這樣就間接的降低了陽極板中雜質(zhì)含量，提高陽極板質(zhì)量，避免雜質(zhì)在電解過程中極造成陽極鈍化［3］。

（5）祥光2018 年對粗銅、FCF 爐渣取樣化驗(yàn)2000 多次，各元素含量略有浮動，控制較好，具體詳見表1 和表2。

表1 2018 年粗銅化學(xué)成分 %

表2 2018 年FCF 爐渣化學(xué)成分 %

2.3 銅陽極精煉作業(yè)控制

根據(jù)吹煉爐終點(diǎn)粗銅液成分選擇陽極爐精煉作業(yè)，若銅液中硫含量大于0.05%時，采用淺氧化還原作業(yè)；若銅液中硫含量小于0.05%時，采用無氧化淺還原作業(yè)；若銅液中硫含量小于0.03%以及氧含量小于0.2%時，取消氧化還原作業(yè)

（1）淺氧化還原作業(yè)過程控制：淺氧化期間根據(jù)爐內(nèi)銅液溫度隨時調(diào)整爐內(nèi)負(fù)壓和惰性氣體流量，并密切注意氧化風(fēng)管情況防止銅液倒灌，當(dāng)流量出現(xiàn)報(bào)警時應(yīng)立即轉(zhuǎn)爐清理，注意銅液溫度維持在1180℃～1220℃之間。淺氧化還原過程需要借鑒粗銅樣來估算出需要的時間，還原接近估算時間時取樣觀察確定還原終點(diǎn)。還原終點(diǎn)樣判定：表面平整，花紋細(xì)而均勻，呈玫瑰紅色［4］，表面有油光。還原結(jié)束時須測銅液溫度，還原結(jié)束銅液溫度為1220±10℃之間。通過還原反應(yīng)有效地降低了銅液中氧含量，平均下降到0.11%。

（2）無氧化淺還原作業(yè)過程控制：惰性氣體氮?dú)馔ㄟ^透氣裝置鼓入陽極爐內(nèi)，流量50～2000Nm3/h,壓力0.4-0.8MPa，促使銅液中的硫和自身的氧及銅液表面從大氣中吸收的氧反應(yīng)生成二氧化硫氣體，達(dá)到脫除銅液中90%之上硫的目的。

（3）澆鑄過程控制：圓盤澆鑄過程［5］中液態(tài)銅從陽極爐出銅口不間斷的流出，經(jīng)流槽后流入中間包、澆鑄包，當(dāng)澆鑄包內(nèi)的銅液達(dá)到設(shè)定重量時，澆鑄包開始按設(shè)定程序向銅模內(nèi)澆鑄銅液，當(dāng)注入量達(dá)到所設(shè)定陽極板的單重時，澆鑄包停止?jié)茶T然后圓盤轉(zhuǎn)動，澆滿銅液的銅模進(jìn)入噴淋冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻，而中間包和澆鑄包則重復(fù)上一次的動作。陽極板澆鑄流程見圖2。

圖2 銅陽極板澆鑄流程圖

2.4 銅陽極板化學(xué)成分

（1）控制標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)合陽極板生產(chǎn)情況與電解生產(chǎn)對陽極板的質(zhì)量要求，對陽極板的化學(xué)成分做了具體的要求，控制標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 陽極板化學(xué)成分要求 %

（2）實(shí)際達(dá)標(biāo)情況：2018 年祥光陽極爐產(chǎn)銅陽極板共計(jì)1238 爐次，受入爐精礦中雜質(zhì)高影響，部分批次出現(xiàn)鉛或者鉍元素超標(biāo)現(xiàn)象，其余各元素合格率均為100%，總體合格率達(dá)98.12%，2018年陽極板各元素含量加權(quán)值如下表4 所示。

表4 2018 年祥光陽極板實(shí)際情況 %

祥光結(jié)合陽極板生產(chǎn)實(shí)際情況，做好粗銅的精煉工作，確保陽極銅的化學(xué)成分及銅液溫度達(dá)到工藝規(guī)范所規(guī)定的要求，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范化操作，以產(chǎn)出外觀質(zhì)量及化學(xué)品位較好的銅陽極板［6］；祥光另有豎爐-保溫爐、精煉爐進(jìn)行銅陽極板生產(chǎn)，始終保持科學(xué)化、規(guī)范化、精細(xì)化、有序化的生產(chǎn)管理，提高銅陽極板產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、安全的目標(biāo)，滿足生產(chǎn)需要，取得最佳效益。

3 銅陽極板的加工工藝及實(shí)踐

3.1 加工流程

堆場陽極板需先經(jīng)過陽極機(jī)組加工，對物理規(guī)格篩選、整型、銑耳、排板，再經(jīng)電解專用吊車裝槽后進(jìn)行電解。其中銅陽極板經(jīng)陽極機(jī)組加工后，物理規(guī)格不達(dá)標(biāo)的廢陽極板、銅屑定期返爐處理。陽極板加工流程見圖3。

圖3 陽極板加工流程圖

3.2 規(guī)格控制

為使陽極板滿足電解實(shí)際生產(chǎn)需求，針對陽極板外觀情況，對其物理規(guī)格要求主要有以下幾點(diǎn)：

（1）陽極板應(yīng)平整垂直，沿板體中心左右對稱，陽極板筋梁部位不能有裂縫。

（2）耳部飽滿平直，無斷裂、夾渣、上翹、彎曲、裂縫、分層現(xiàn)象。耳朵下部無飛邊毛刺和鼓包。

（3）板體應(yīng)當(dāng)厚薄均勻，整潔致密，板體不得有分層，不得有大量銅粉、脫模劑、灰渣等，背面無冷隔層。

（4）背筋、飛邊毛刺、鼓包凸起及擋邊高度小于5mm。

（5）氣孔面積不得超過平面面積的1/5，單個蜂窩氣孔直徑及深度小于7mm。

（6）其他參數(shù)。陽極板單重385±10kg；陽極板耳厚38 ～45mm；陽極板板體厚度45 ～49mm；陽極板錐度≤10mm。

3.3 加工過程

陽極板的加工由陽極整形加工機(jī)組進(jìn)行，主要對陽極板進(jìn)行耳部矯正、板面壓平、測重、測厚、銑耳（側(cè)銑和底銑）、排距及極距校正、廢板輸出等處理。

（1）壓耳、稱重：陽極板經(jīng)叉車裝運(yùn)至接受裝置，先進(jìn)行壓耳，為后續(xù)銑耳做好準(zhǔn)備；然后進(jìn)行稱重，系統(tǒng)自動讀取每塊陽極的重量數(shù)據(jù)。同時，工藝人員根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行人工檢查判斷，對頂部貫穿性裂紋、耳部明顯分層、鼓包、耳朵缺陷等問題嚴(yán)重的陽極用自噴漆進(jìn)行標(biāo)記，在篩分時作人工拒收處理。

（2）板面檢測與校正：陽極稱重后，經(jīng)橫向運(yùn)輸機(jī)送至板面處理工序，由壓力機(jī)對耳部和板體表面的飛邊、毛刺、鼓包夾渣及彎曲等進(jìn)行檢測校正，避免給電解過程帶來不良影響。同時，對耳部、板體上部和下部的厚度進(jìn)行測量，系統(tǒng)自動計(jì)算出陽極的耳部厚度、板體錐度等數(shù)據(jù)。

（3）篩分：經(jīng)過前面的加工與檢測，系統(tǒng)進(jìn)行自動識別將超重、超輕、錐度不良、耳部薄、側(cè)邊厚、耳部厚、底部薄等不合格的陽極由輸出裝置暫存至廢板臺，然后由叉車返回至堆場另行存放，最后進(jìn)行集中返爐處理。

（4）銑耳：陽極板經(jīng)篩分后，合格陽極轉(zhuǎn)運(yùn)至銑耳工序，在銑削鏈條上進(jìn)行耳部的側(cè)面和底面的銑削［7］，側(cè)銑主要處理耳部的毛刺和耳部厚的情況，防止電解時出現(xiàn)極間短路，底銑主要處理陽極耳部使底面平整，保證陽極板的垂直度。

（5）排板：加工合格的陽極板由提升運(yùn)輸機(jī)輸送到排板運(yùn)輸機(jī)，經(jīng)過對齊校正后由轉(zhuǎn)運(yùn)小車轉(zhuǎn)運(yùn)至鏈條上，累計(jì)到整槽時由轉(zhuǎn)運(yùn)小車轉(zhuǎn)運(yùn)到排距輸出裝置，經(jīng)過精確排距后由電解專用行車進(jìn)行吊運(yùn)裝槽。

鑒于公司對陽極板有明確的物理規(guī)格要求，而實(shí)際生產(chǎn)澆鑄不可避免會出現(xiàn)飛邊毛刺等情況，所以在陽極板產(chǎn)出放至陽極堆場后，有專人提前對陽極板進(jìn)行初步修整，以達(dá)到符合規(guī)格要求，無法修整的挑揀出來，列為廢陽極板、返爐處理。這樣不僅提高了陽極板產(chǎn)出的合格率，而且有效的降低了不合格陽極板庫存的占壓，避免了不合格陽極板的重復(fù)流轉(zhuǎn)過程。通過加強(qiáng)對陽極板物理規(guī)格要求以及嚴(yán)格控制加工過程，2018 年經(jīng)電解機(jī)組加工統(tǒng)計(jì)，熔煉陽極爐陽極板物理合格率高達(dá)99.84%。

4 銅陽極板的調(diào)度管理

祥光有兩個電解系統(tǒng)，根據(jù)電解單雙極計(jì)劃及陽極板庫存量進(jìn)行不同接收地點(diǎn)的陽極板轉(zhuǎn)運(yùn)，在保證電解生產(chǎn)穩(wěn)定的條件下，依據(jù)陽極板品位、物理規(guī)格及消耗量等方面需求進(jìn)行分批、定量轉(zhuǎn)運(yùn)，如何合理的調(diào)配銅陽極板的轉(zhuǎn)運(yùn)就成了正常生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。

（1）轉(zhuǎn)運(yùn)宗旨：服務(wù)配合生產(chǎn)需求，落實(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)有序。

（2）關(guān)注現(xiàn)場：每天了解陽極板各堆場庫存量，根據(jù)電解一系統(tǒng)、電解二系統(tǒng)及陽極爐區(qū)域陽極板堆放密度，估算庫存，對轉(zhuǎn)運(yùn)需求和流向安排要有計(jì)劃。然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)的實(shí)際量和待轉(zhuǎn)運(yùn)陽極板批次的化學(xué)和物理質(zhì)量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)運(yùn)。

（3）轉(zhuǎn)運(yùn)原則：陽極板生產(chǎn)區(qū)域保持現(xiàn)場有地方可堆放陽極板，電解堆場保持電解一二系統(tǒng)有可用陽極板供應(yīng)加工。

（4）流向基本要求：產(chǎn)量較大的陽極爐陽極板和豎爐保溫爐陽極板供電解一二期加工用，精煉爐陽極板和外購陽極板做為后備量根據(jù)加工實(shí)際情況需要進(jìn)行調(diào)運(yùn)。

（5）廢陽極板處理：全部返熔煉進(jìn)行豎爐處理，節(jié)約成本，增加效益。

（6）特殊情況：受入爐精礦雜質(zhì)元素品位變化影響，冰銅中的雜質(zhì)元素也隨著變化，不同時期處理的冰銅可能導(dǎo)致產(chǎn)出的雖然滿足公司陽極板化學(xué)品位要求，但是會存在雜質(zhì)相對較高的情況，實(shí)時關(guān)注陽極板各元素品位的變化，如發(fā)現(xiàn)陽極板含鉛（大于0.3%）或含鉍（大于0.09%）持續(xù)偏高時，要通知電解，根據(jù)電解平穩(wěn)情況定量調(diào)整含鉛或鉍高的批次陽極板流向，以免電解過多含鉛或鉍相對較高的陽極板影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，出現(xiàn)大面積鈍化現(xiàn)象，影響陰極銅質(zhì)量。

另外，銅陽極板中主品位銅過高也會引起電解大系統(tǒng)的穩(wěn)定，如外購銅陽極板中Cu 元素普遍存在相對較高的現(xiàn)象，在調(diào)運(yùn)過程中銅陽需要多加關(guān)注和溝通。對于以上特殊批次的陽極板電解一般采用混參加工的方法，每次少量加工，重點(diǎn)關(guān)注特殊批次的陽極板在電解周期內(nèi)的電解情況，多觀察陰極銅析出情況，及時調(diào)整，避免因加工過多影響電解大系統(tǒng)的穩(wěn)定。當(dāng)銅陽極板主品位或雜質(zhì)品位階段時間內(nèi)發(fā)生相對變化時，銅陽極板調(diào)度管理就需要及時與生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行情況確認(rèn)，查找原因來源，分析持續(xù)時間。同樣，如陽極板物理規(guī)格發(fā)生變化時，要迅速做出反應(yīng)，及時聯(lián)系生產(chǎn)，適時盡快調(diào)整。無論物理質(zhì)量還是化學(xué)質(zhì)量有相對變化時，調(diào)度方面要及時雙向溝通，查找原因，做好生產(chǎn)加工的聯(lián)絡(luò)，起到樞紐作用，進(jìn)而做好下一步的調(diào)度管理。

通過調(diào)度的優(yōu)化管理，不僅保證較好地完成陽極板的轉(zhuǎn)運(yùn)，避免陽極板的單向積壓，使陽極板的轉(zhuǎn)運(yùn)和堆放管理更加有序，而且間接地輔助了電解對陽極板物理規(guī)格和化驗(yàn)品位的加工要求的管理，明確了重點(diǎn)管理批次；同時，對陽極板澆鑄起到了快速反饋的作用，便于各工藝參數(shù)的監(jiān)督和微調(diào)，加強(qiáng)了陽極板澆鑄的管理，提高陽極板澆鑄質(zhì)量，降低不合格陽極板的庫存占壓，節(jié)約成本，促進(jìn)效益。

5 結(jié)語

銅陽極板的生產(chǎn)跟入爐原料有關(guān)，加強(qiáng)除雜和澆鑄管理，嚴(yán)格控制各元素品位和物理規(guī)格，是提高銅陽極板的質(zhì)量和合格率的重要途徑；陽極機(jī)組加工銅陽極板過程中，執(zhí)行嚴(yán)格篩選和標(biāo)準(zhǔn)操作為電解生產(chǎn)平穩(wěn)奠定了基礎(chǔ)；調(diào)度管理為銅陽極板的生產(chǎn)和加工架起了聯(lián)絡(luò)橋梁，成功完成了從生產(chǎn)到加工的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制。以上所述表明，在銅冶金企業(yè)中，銅陽極板的生產(chǎn)、加工和調(diào)度管理是一個關(guān)聯(lián)的整體，調(diào)度管理是生產(chǎn)和加工的友誼橋梁，是每個銅冶煉企業(yè)追求效益的重要環(huán)節(jié)。